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[参考译文] XTR110:输出(电流)信号上的2mA Pk-Pk 噪声

Guru**** 1133870 points
Other Parts Discussed in Thread: INA114, XTR110, XTR111
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/951270/xtr110-2ma-pk-pk-noise-on-output-current-signal

器件型号:XTR110
主题中讨论的其他器件:INA114XTR111

我设计了一个4-20mA 电流环路发送器、与 Burr-Brown 应用公告"在4-20mA 电流环路上使用低阻抗电桥"(AB-043)中所示的发送器非常相似。  我已经为外部 PMOS 晶体管选择了 Microchip Technology VP0808L-G (TO92-3封装)。

在0V 差分电压(进入 INA114)下运行测试时、我观察到输出信号上有相当大的噪声(来自 PMOS 的漏极)... 当它应该为4mA 时、我观察到大约45kHz 频率下2mA 峰峰值(以大约4mA 为中心)的噪声/纹波。  噪声的波形是、在稳定在4mA 左右之前、电流/电压会先出现低(到大约3mA)尖峰、然后出现高(到大约5mA)尖峰。

我不确定如何消除这种不必要的噪声。  此噪声是否来自开关(它是否切换?) 是什么?  我在开关模式电源方面经验丰富、但我不知道我是否可以为基于电流的电源做任何事情。

您能在这里为我提供任何帮助吗?

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    您好、Matthew、

    您是否说2mA 峰峰值(3mA -> 5mA -> 4mA)噪声会发生一次、然后稳定在正确的电流值? 您能否共享完整的原理图、包括电源电压和电桥电阻。  VP0808L-G 数据表中有一个基本的开关时序图、但它与您描述的噪声波形不同。   

    需要注意的另一点是、数据表建议应将接地端连接到尽可能靠近引脚2的一点。 如果您的设计中目前没有这种设计、那么这是一件值得尝试的事情。

      

    谢谢、

    Katlynne Jones

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    您好 Katlynne、

    是的、3mA->5mA->4mA (基本上稳定在4mA 左右、但有一个轻微的下降曲线/下降、直到突然下降到3mA)。  我的电源电压现在是台式直流电源(在示波器上看起来非常干净)、XTR110KP 的电源通过 LM7815CT 线性稳压器供电。  电桥电阻(一种不在 PCB 上的压力传感器、然后连接到 PCB 上的 INA114BP)为1k Ω 的输入和输出阻抗。  信号从那里发出、INA114BP 也非常干净... 噪声似乎来自 XTR110KP。  (请参阅原理图。)

    关于公共/接地、我目前将引脚2连接到接地平面、我认为我将所有组件都放置得很好。  我之前实际上已经看到过这一点、但我应该使用专用迹线将"公域"直接连接到引脚2 (然后将引脚2连接到接地层)吗?

    尊敬的、

    Matthew

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    您好、Matthew、  

    您能否提供输出噪声波形和 INA114输出在噪声发生时的屏幕截图。 我将继续在您的原理图中查找可能的噪声源。

    在原理图的文本中、您可以从 INA114的输出获得1.8V 至9V 的电压。 在使用电源、增益和基准的情况下、INA114的输出仅能达到8.7V、前提是输入处于5V 的共模。   

    我还看到您写过电桥的 FSO 为150mV。 这对应于1.8V 至7.2V 的 INA 输出。 您能不能澄清您的预期输入是什么? Vin2输入(引脚5)的额定电压为0V 至5V、因此您可能需要将输入引脚切换至 Vin1 (引脚4)。

    最棒的

    Katlynne Jones

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    您好 Katlynne、

    我已附上 XTR110 (外部晶体管)输出信号的两个屏幕截图。  (注意:这些屏幕截图的负载电阻为100欧姆、因此可以轻松地从测量的电压中导出电流。)  其中一个是我在这里描述的原始噪声(请参阅光标)... 另一个实际上是在输出端使用0.22uF 的分流/旁路电容器(示波器上的刻度为20mV)。  使用电容器时、噪声会降低约10倍、但我担心这会导致(频率)响应阻尼(上升/下降时间较慢、因此输入信号的快速变化将在输出端阻尼)。

    您注意到 INA114的相关信息吗?-哦!  :-) 我注意到自己在测试过程中遇到削波,尽管我还没有更新原理图,但我已经将原型板上的 INA114电压源从10V 更改为15V (直接来自 LM7815CT),并且不再削波到9V。  现在键入这个内容、我忘记为您获取 INA114输出的屏幕截图、但我之前确实检查过、以查看噪声来自何处、输出是否无噪声。

    关于来自压力传感器的输入信号、"推荐"FSO 为150mV、但它可以达到绝对最大值200mV (在传感器损坏之前)、这就是我为 INA114设置的增益(200mV x 35.965V/V = 7.193V); 将其添加到1.8V Vref 将产生9V 输出)。  我将在原理图的最后草稿中对此进行更好的说明(很抱歉、存在任何混淆)。  我知道 VIN2是"用于"0V 至5V 输入、但我确实查看了数据表、因此我知道 XTR110的传递函数、并且9V 不会损坏该输入(绝对最大值为+Vcc)。  我打算在下一个版本中切换到 VIN1、并相应地调整"量程调整"电阻器。

    尊敬的、

    Matthew

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    您好、Matthew、

    我知道您说过 INA 输出和您的电源是干净的、但您是否探测了电路中的其他点、例如 Q1发射极和 XTR110上的其他引脚。  

    此外、您的电桥的所有级别是否都存在噪声?

    我正在与一些同事合作、尝试确定您的噪声来自何处、但由于这是一个较旧的器件、因此我们从数据表中获得的信息是有限的。 另一个建议是在引脚14 (栅极驱动)和13 (源极感应)之间添加一个小型补偿电容器。 如果您对 Qext 使用2个 PNP 晶体管(达林顿连接)、则建议使用补偿电容器以实现稳定性。 您可以尝试将此补偿添加到 Q2、看看它是否有用。  

    最棒的

    Katlynne Jones

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    您好 Katlynne、

    现在键入以下内容、我忘记检查 Q1的发射器(明天我可以再次检查、因为我想在今天离开办公室之前收到此消息)、但我记得 U2的输出(引脚6)非常干净。  如果 Q1有噪声、那么这可能会影响传感器信号以及来自 U3的 Vref (但不会影响 U2、因为我现在正直接从+15V 电源关闭)、不会?

    我发现噪声的唯一地方是 Q2的漏极。  我尝试了0.047uF 补偿电容器、虽然它确实对噪声的最尖锐峰值产生了影响、但仍然存在相同的"纹波"(请参阅随附的波形图像;重复照片、不使用电容器、然后使用补偿电容器拍摄一张照片)...

    原始图像:

    使用补偿电容器(和不同的示波器):

    该纹波似乎约为45kHz ... XTR110KP 是否会对电流进行脉冲(类似于 SMPS)?  我知道数据表似乎表明引脚13本质上是内部运算放大器的负反馈、但实际上并没有其他信息。  当我尝试使用0.047uF 补偿电容器以及漏极上的0.22uF 电容器(我之前尝试过)时、输出与没有补偿电容器时完全没有变化。

    我还会提到、无论输出(电流)电平如何、45kHz 的"纹波"都存在... 它存在于4mA、也存在于20mA。  我相信我可能很快就会发现、最好是制作新的 PCB、其中包括自我发送给您的初始原理图以来所做的所有修改(但并不是非常广泛... 使用+15V 为 U2供电并将 U1的输入从 VIN2重新配置为 VIN1)。

    我会继续尝试这里的其他一些东西、但我对您或您的同事可能拥有的任何其他想法感兴趣。

    尊敬的、

    Matthew

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    您好、Matthew、

    我有一些想法、您也可以检查:

    1.删除 D1。

    2.将 XTR110的电源电压增加+24V,并移除 D1。

    3.将470nF 电容直接安装到引脚12上。

    4.取一个比 MJE3055 "小"的晶体管。 尝试使用 BD139或类似产品。

    5.仅使用引脚12为 R6和 R7供电,并使用 LM7815为所有其他电路供电。

    Kai

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     尊敬的 Kai:

    所以... (我有点尴尬、但)我觉得我发现了噪声: Q1输出的10V 电压基准(请参阅图像)

    我之前检查过 U2的输出、当时没有看到噪声、但很明显、这是示波器的"用户错误"(我的错误)、因为我现在确实看到了它(这里没有图像、但它本质上是与上面相同的波形)。  (当我第一次遇到噪声时、示波器可能没有正确的设置。)  我知道传感器输出的差分电压行为不是错误的、但这很可能是因为进入 U2的差分信号的两侧都存在噪声(模式)。  10V 电压基准上的噪声会导致电压跟随器 U3上的噪声、进而导致 U2输出的噪声。

    今天结束了... 星期一、我将了解我是否可以找到与 BD139类似的晶体管(因为我认为我没有任何该特定型号)、以及可能订购一些 BD139。  对于该电路、MJE3055TG 可能太"大"(它的额定电流为10A、我的电路中没有靠近它的地方)。  我将首先尝试、然后我将告诉您这是如何实现的。

    谢谢、

    Matthew

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    早上好、Matthew、

    没有理由感到尴尬:-)

    您可以尝试从 XTR111的数据表中给出图45c。 我认为从 REGF 引脚到晶体管基极的1k 电阻可能很重要。 并使用470nF 去耦电容器的值进行一些运算。

    Kai

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    尊敬的 Kai:

    感谢您的建议! 有趣 的是、XTR110数据表没有与 XTR111中的图45 (c)类似的配置、但我同意值得尝试一下。   

     

    Matthew、

    很高兴您找到了噪音来源! 请告诉我们 Kai 的建议是否适合您。

     

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    感谢您对 Kai 和 Katlynne 的其他回答!

    我正在订购一些 BD139、但您(或您的团队)对使用2N2219A (或在更小的封装中具有类似规格的2N22A)有何看法?  这是一个晶体管、我们在其他电路中具有良好的经验(实施后、该电路可能会存在于具有一些中子辐射的环境中)、在测试中、我们将获得良好的结果。

    此致、

    Matthew

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    您好、Matthew、

    是的,试试吧:-)

    5V x (15...20mA)= 75...100mW 的热耗散不应出现问题。

    但请确认它在加电和断电期间也能正常工作。 如果传感器的电缆与信号接地短路、您可能需要添加短路电流限制。 TB1的 VREF 引脚或 Q1的集电极上的简单限流电阻器可以实现这一目的。 但请检查稳定性!

    并且请在与中子相关时小心谨慎:-)

    Kai

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    您好、Matthew、

    它现在是否起作用?

    Kai

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    尊敬的 Kai:

    测试设置工作得非常好。  我已经更新了 PCB 并订购了新电路板。  我渴望用 PCB 上的一切就地测试所有东西(而不是手工修改的最套件)。

    我会告诉你。

    谢谢、
    Matthew

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    祝你好运:-)

    Kai