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[参考译文] TINA/Spice/OPA2189:OPA2189 BPF 设计

Guru**** 1821780 points
Other Parts Discussed in Thread: TINA-TI, BUF634, OPA2189, INA1620, TLV2422, RC4558, OPA1678
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https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/792864/tina-spice-opa2189-opa2189-bpf-design

器件型号:OPA2189
主题中讨论的其他器件:Tina-TIBUF634INA1620TLV2422RC4558OPA1678

工具/软件:TINA-TI 或 Spice 模型

您好、先生、

以下是 BPF 要求、请提供 TINA 仿真。 谢谢你。

1.25kHz BPF

运算放大器电源5/-5V 或+15/-15V

输入5V 25KHz 方波

BPF 带宽:1kHz  

滤波器阶数:8.

纹波:1dB

阻带衰减:至少-35dB

-25KHz 相位:0度

2. 60Hz BPF

运算放大器电源5/-5V 或+20/-20V

输入5V 60Hz 方波

BPF BW:20Hz  

滤波器阶数:8.

纹波:1dB

阻带衰减:至少-35dB

-60Hz 相位:0度

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    大家好、Tseng、

    您有原理图吗?

    Kai
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    e2e.ti.com/.../webench_5F00_design_5F00_4592932_5F00_12.tscHiKai、

    为 BPF 25KHz 使用 webench 的相位为0度、但导入 TINA-T 会发现相位有移位、而不是0度

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    大家好、Tseng、

    简单的运算放大器放大器电路或 像有源滤波器那样复杂的电路通常 会产生除直流之外的非零相移。 即使在最低频率下、输入到输出之间也可能会发生一定程度的相移。 因此、在特定频率下期望有源滤波器具有0度的相移是不切实际的、除非您处理一类称为全通滤波器的特殊滤波器。 它们的不同之处在于、它们是针对特定相移或延时特性而设计的、但在大多数可用频率范围内、它们的振幅响应几乎是平坦的。 它们无法提供 滤波器最常提供的低通、带通等响应。

    请注意、在 TINA 电路中、您将在多反馈有源滤波器级中指定 BUF634。 BUF634具有小于1V/V 的增益、旨在与运算放大 器配合使用以提供比单独从运算放大器获得的更高输出电流。 因此、必须在有源滤波器级中采用具有高开环增益和适当带宽的运算放大器。 此 e2e 中的 OPA2189是一个可用于有源滤波器的运算放大器示例。

    此致、Thomas 精密放大器应用工程

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    是的、Tseng、这似乎是一个非常积极的滤波器 Q 级。 您可能会考虑这种轮距中显示的极具功能的拓扑-此外、当 BP 滤波器按定义为交流耦合时、为什么使用 OPA2189等精密放大器? 您认为您的最高 Q 级是什么-如果超过10、您将遇到生产问题。 正如 Tom 所说、MFB 滤波器需要使用 VFA 运算放大器实现、而不是像 BUF634这样的缓冲器- webench 工具是否提供了该器件?

    e2e.ti.com/.../788559

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    您好、先生、

    是的、webench 建议使用 BUF634。 我只需键入我在 webench 中提到的 BP 滤波器参数。 无论如何、您能告诉我如何在 webench 上设计8阶 BP 滤波器基座吗?

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    大家好、Tseng、

    使用8阶带通滤波器听起来相当不现实、因为您需要具有极小温漂和极小长期漂移的超高精度滤波组件。 您应该将滤波器要求缩小到绝对最小值、然后查找合适的电路。 或者、您也可以寻找不同的拓扑、例如使用强大的锁定放大器技术。

    Kai
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    大家好、Tseng、

    很遗憾、滤波器工具会将您定向到 BUF634;这是一个错误。 如果您使用的是新的 TI 滤波器设计工具、它是 该程序的测试版、并且仍在发现"错误"。 希望在测试完成后、Webench 团队将清除故障。

    通常、根据 Kai 指出的无源组件容差问题、很难实现8阶滤波器。 分销商在合理范围内提供的最佳容差组件包括0.1%电阻器和1%电容器。 即使组件具有这些容差、实际的滤波器也可能会在理想条件下产生某种程度的失真响应。 可能提供较低容差的组件、但对于 许多应用而言、这些组件的成本太高。

    现在、我建议您考虑使用旧版 TI 滤波器工具 FilterPro。 它易于使用 、不会提出任何运算放大器建议。 但是、它确实在滤波器设计结果中提供了一个关键的运算放大器参数"最小 GBW (增益带宽) reqd"。 具有该最小 GBW 后、用户可以 从 TI 放大器网页中选择具有足够带宽的运算放大器、以支持特定滤波器响应。   您 可以通过向上滚动滤波器的原理图、找到最终 FilterPro 原理图屏幕上列出的 GBW。

    您可以在此处访问和下载 TI 的 FilterPro v3.1:

    http://www.ti.com/design-tools/signal-chain-design/webench-filters.html

    FilterPro 的一些在线培训材料过去曾有过、但看起来它们都已被删除。  这不应该是问题、因为 FilterPro 的应用非常简单。 如果您真的很认真地合成8阶带通响应、只需选中"Optional - Filter Order"(可选-滤波器阶数)框至"8"、然后在 FilterPro 中浏览屏幕。

    此致、Thomas

    精度  

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    嗨、Tom、

    我尝试了该链接、我认为它不会带您使用旧版 FilterPro 工具。 它将带您进入新的前端 GUI 进行滤波器设计选择。 我有旧的 FilterPro、它对于常见的滤波器级设计 Q 和 Fo 非常有用。 但它总是高估了所需的 GBP。

    我还提醒团队 BUF634不应包含在这些解决方案中-所有 BUF 器件都将被移除。

    此外、对于此处所示的高选择性 BP、为什么不在最近的主题中尝试 Accurberg-Mossberg 拓扑-我很惊讶它的工作效果如何以及蒙特卡洛的传播程度如何。

    https://e2e.ti.com/support/amplifiers/f/14/t/788559

    您能否指向实际可订购的0.1%低成本 R?

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    您好、Michael、

    我们使用 Panasonic 或 SUSUSUSUSUMU 系列的 ERA3A:

    eu.mouser.com/.../N-7h7yuZ1yzvvqx

    Kai
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    感谢 Kai、Yea、这些产品每5000片大约0.04美元。

    我想在该系列中、对于滤波器而言、这仍然有点高、Mouser 没有显示0.25%、但在0.5%时、它在5k 中下降到0.015美元-我想现在我会将 R 的0.5%保留在 MonteCarlo 中。
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    您好、Michael、

    如果您向下扫描 FilterPro 页面、您会发现一条 列出了以下内容的行:

    下载 FilterPro v3.1

    在屏幕之后 、您登录并最终进入:

    我没有重新加载 FilterPro V3.1、因为我的机器上已经有它。

    是的、FilterPro 和其他 TI 有源滤波器程序中的 GBW 计算在某些情况下非常保守、 但这是有意进行的。 当然、 知识渊博的滤波器设计人员可以使用高级方法更精确地确定提供 精确 滤波 器响应所需的最小运算放大器 GBW。  但是、对于大多数提供 保守 GBW 的用户而言、确保他们能够成功获得所需的响应、同时尽可能缩短解决方案时间。

    实际上、有更复杂的有源拓扑、每个 级需要多个运算放大器、从而轻松实现高 Q 带通滤波器所需的响应。  看起来 Accurberg-Mossberg 拓扑每级需要3个运算放大器、8阶响应总共需要12个运算放大器。 我 最喜欢的是威廉姆斯《电子滤波器设计手册》中讨论的双放大器带通(DABP)。 在 我们的放大器 e2e 论坛上、我已经多次推荐拓扑。 它是一种高性能带通滤波器拓扑、  每个滤波器级需要两个运算放大器。

    我认为"低成本"是一个相对的术语、我确实倾向于考虑 与 十年前为类似组件支付的成本相关的成本。 下面是 Mouser 提供的1千欧、0.1%、25ppm 薄膜电阻器示例:

    https://www.mouser.com/ProductDetail/IRC-TT-Electronics/PCF-W0603LF-03-1001-B-P-LT?qs=sGAEpiMZZMu61qfTUdNhG1Flup5Au%252BywTu6ghkpJc0Y%3D

     可能会有较低的成本选项。

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程

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    是的、这也是一个不错的选择、但假设您在 MFB LP 中需要3个器件、那么现在您可以看到 R 的价格为5k、为0.18美元。

    GBP 利润率是部分判断呼叫、主要是在更高速度下工作、FilterPro 经常要求>1GHz GBP。 然后、对于其保守方法、这会导致实际的成本和功耗降低-这主要是基于1kHz 的原因、确保更多的裕度不会对您造成一定的伤害。
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    您好、先生、

    使用 webench 设计第4个 BP 滤波器、建议使用 INA1620、但它在 TINA-TI 中没有库。

    您能否根据随附的文件推荐合适的产品?  谢谢你。

    TINA-TI 版本9.3.200.277


    e2e.ti.com/.../filter_2D00_design_2D00_report_2D00_20-_2800_1_2900_.pdf

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    大家好、Tseng、

    您将在产品页面上找到 TINA-TI 参考设计:

    我为您运行了仿真:

    e2e.ti.com/.../tseng.TSC

    Kai

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    大家好、Tseng、

    您可能还需要读取此主题:

    e2e.ti.com/.../768679

    Kai
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    是的、Kai、这是一个非常有趣的话题-我看到了 Paul 建议的+/-30% GBP 扩展。 对于具有修整电源电流的器件(如所有最近的高速器件)、我使用了 GBP 扩展+/-15%。

    在任何情况下、在这个线程上、INA 从 Webench 中提出的建议是一个奇怪的-通常您只需要使用一个双路运算放大器。

    我在几种不同的工具之间进行了设计跳转-我实际上具有非常小的 BP 有源滤波器体验、所以我对很多这种设计都很陌生-然而、有很多 LP -只是出于好奇、 我将在这里看到一个单级 Accurberg-Mossberg 设计会给我带来什么。 我的 FilterPro 似乎已经停止工作、因此我无法将其用于设计- webench 结果看起来是一个1/2的气泡。

    e2e.ti.com/.../25kHz-4th-order-BP-suggestions-initial-MFB.docx

    e2e.ti.com/.../TLC2272-25kHz-BP-4th-order.TSC

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    我使用 Selguide 来查找5MHz 器件、但我只是注意到 TLV2422几乎没有压摆率、我想知道类似的更高压摆率器件可能是什么?

    让我们在这里测试需求、假设在+/-5V 电源上、我们要求在25kHz 时提供8V 输出摆幅-这将是0.6V/uSec、远远超过这个低功耗器件中令人惊讶的低0.01V/uSec -也许需要更多的实施。
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    因此、我可以使用 AccurbergMossberg 拓扑。 每个3放大器级都是一个双极 BP、其中设计的明显优势是、一旦您设置 RC 以提供中心频率、您就可以独立控制 Q 和增益-这是正确的、效果真的很好。 但对于4阶、您需要6个运算放大器。 我确实将其设置为比我先前发出的更标准的 MFB 低得多的输出噪声、并且它可能具有更低的组件容差-需要一段时间才能完成。 我觉得这种拓扑更适合 IC 开发。 但有趣的是、它的调谐是多么容易。

    我还将介绍双放大器带通-我也是新手。
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    您好、Michael、

    下面是指向最近 e2e 线程的链接、其中我提供  了有关双放大器带通(DABP) 滤波器的信息:

     我 最初在《电子滤波器设计手册》中找到了拓扑。  手册 作者 Arthur B. Williams 提供了原始文章的参考、Sedra、A.S.和 Espinoza、J. L."二次有源滤波器的灵敏度和频率限制"、《IEEE 电路和系统交易》、第卷 CAS-22,第2号,1975年2月。

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程

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    AccurbergMossberg 方法的一些结果。

    该应用手册的目标是其他方面、其中一些似乎并不重要、只是一个基本滤波器、因此电路简化了一点。

    简而言之、所有这些都等于 R 和 C 的1/RC 会设置 F0

    第一级 C 上的 R 设置 Q

    输入 C 是针对峰值增益的独立调优-只需从开始位置到理想工作位置进行比例化即可

    已将所有内容添加到此字文件中、 成本极低的 RC4558似乎运行良好-即3MHz、如果您能找到一个- BP 的一个关键因素、则可能会在该设计中使用5MHz 器件、这可能是将任何事情花费在直流精度上的错误。 此外、我想说、这种拓扑似乎比 MFB 2级具有更严格的展频。

    e2e.ti.com/.../3441.25kHz-4th-order-BP-suggestions-initial-MFB.docx

    e2e.ti.com/.../AcerbergMossbert-BP-with-RC4558-25kHz-redesign-4th-order.TSC

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    哦、这里还有一条关于 RC 容差的评论。

    这些滤波器中的大多数似乎都具有由 RC 产品类型术语设置的 Fo。 如果您将自己限制在最佳情况1% C0G 间隙、并开始使用0.5% R、这看起来成本非常低、那么您将会有一些 Fo 展频。 由于1% C 在这种扩散中占主导地位、因此对于0.1% R 的价格而言、价格大幅上涨的回报似乎在减少。
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    Tom 为我指出了完美的部分- OPA1678双路音频放大器、在字段文件底部使用其 TINA 文件进行了更新

    e2e.ti.com/.../25kHz-4th-order-BP-suggestions-updated-AM-filter.docx

    e2e.ti.com/.../AcerbergMossbert-BP-with-OPA1678-25kHz-redesign-4th-order.TSC

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    谢谢、Kai

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    您好、先生、

    我在 TINA-TI 中运行您的设计(OPA1678)、交流传输正常、但随附文件中的瞬态结果会有一些问题。  

    您能帮您检查一下吗?

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    您好、Michael、

    具有 RC4558 25kHz 重新设计的 AcerbergMossbert BP 4阶。TSC 可以下载、但无法通过 TINA 打开。 您可以再次发送吗? 谢谢!
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    我在运行瞬态时也遇到了很多问题、根据时间长度获得某种随机结果、不确定-随附的是 RC4558的 V7版本 e2e.ti.com/.../4213.AcerbergMossbert-BP-with-RC4558-25kHz-redesign-4th-order.TSC

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    早上好、

    嗯、正如我说过的、我通常只会遇到 LP 滤波器问题、几乎没有 BP 问题-所以现在是时候探索这种 DABP 方法了。哇、这种方法有多酷和简单? 它不能产生超过2V/V 的峰值增益、但其他方面看起来相当简单和强大。 需要记住的一点是、这些设计一开始会生成精确的 RC、 然后、您需要将它们切换到 E96 R 和 E24 C -这始终会使标称响应偏离您的设计目标-然后对这些应用容差以进行扩展。

    在这里、我为您的设计青青组装了两个阶段的目标、并详细了解了它-还随附了 OPA1678实施-因此现在只有两个两个两个两个两个两个两个两个阶段、看起来和阿克尔贝格莫斯贝格一样好-但是、人们可以轻松地生成经过调优的宽峰值增益范围。

    e2e.ti.com/.../4th-order-BP-using-the-DABP-topology.docx

    e2e.ti.com/.../4th-order-DABP-with-OPA1678.TSC

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    您好、Michael、

    以下是我上次仿真的结果。 (为清楚起见、我将电流源替换为电压源、并在输出端添加了测量点):

    e2e.ti.com/.../tseng1.TSC

    Kai

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    是的、Kai、这些也是我看到的-我可能连接了我测试输入阻抗的最后一个仿真、这些看起来非常好、不是吗?
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    大家好、Tseng、

    我希望 Kai、Michael 和我本人的集体回答 能为您提供足够的信息、以便您在应用中有效地应用 DAPB 滤波器。 如果是、请继续并关闭此 e2e 查询。

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程

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    大家好、

    我非常感谢您为帮助我所做的所有努力。

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    您好、Michael、

    是的、看起来不错。 遗憾的是、我无法执行相位稳定性分析。

    Kai
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    右 Kai、一种通常工作的替代方案是将输出点噪声扫描到非常高的 F -如果相位裕度较低、您将在 xover 附近看到尖峰。 我没有看到任何东西。  

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    一个真正的主人的明智之词

    我已经知道了查看运算放大器的电压噪声密度图以查找任何隐藏的内部斩波的诀窍。 但是、为了观察仿真输出点噪声的不稳定性、我不熟悉该噪声。 谢谢!

    Kai

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    感谢 Kai、我们经常在 MFB 电路中使用新的 FDA 进行低相位裕度测试、我进行了一个砖型扫描点噪声来查看我是否应该继续设置和运行 LG 相位裕度测试-这将在5月的下一篇 Planet Analog 文章中介绍。

    实际上、斩波器噪声问题是 Jerry Steele 最近在转换时钟对斩波器噪声进行混叠的背景下发表的、这是物理通道中隐藏的伪影。 不确定是否已建模。

    www.planetanalogue.com/author.asp