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[参考译文] OPA344:这种奇怪的调节器的原因是什么?解决方案是什么?

Guru**** 2537360 points
Other Parts Discussed in Thread: OPA344, LM2576

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/848651/opa344-what-is-the-cause-and-what-is-the-solution-for-this-strange-conditioner

器件型号:OPA344
主题中讨论的其他器件: LM2576

尊敬的所有人:

请参阅以下原理图:

我对上述电路进行了实验、给出了一个具有3.3V 峰峰值电压和 1.65V 偏移电压的50Hz 三角波。 输出如下:

我发现、如果我为输入提供恒定的2.6V 电压、输出如下:

如果我在输入端提供低于2.6V 或高于2.6V 的电压、振荡将会消除。 这意味着上述振荡仅在2.6V 输入电压下退出。

您能不能向我解释一下这种奇怪行为的可能原因? 请为我提供问题的解决方案?

此致、Ras

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    您好、Ras、

    我想知道、第一轮输出是否符合我们预期的结果?  我在 TINA 中运行了快速交流扫描、看起来我们希望获得干净的单位增益。  此外、我检查了电路的稳定性、并且有55度的相位裕度。  因此、根据这些信息、我不确定第一个输出脉冲是否合理。  示波器快照中的每个标记是1V 还是100mV?

    此外、输出端是否存在任何类型的负载?

    还包含了一个我将用于 reference.e2e.ti.com/.../Ras_5F00_Sharif.TSC 的 TINA 电路副本

    此致、

    Daniel

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    Daniel、您好!

    感谢你的答复。

    整个电路如下(40pF 是 ADC 输入电容):

    示波器的每分段电压为1V。

    我想作为你。 OPA344可能已烧坏。

    此致、

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    您好、Ras、

    我在此处所示的负载下运行了另一个交流扫描和稳定性分析、但没有看到任何可能解释示波器镜头行为的内容、尽管我不希望看到任何内容。  这种行为非常奇怪、唯一让我感到奇怪的是、这种奇怪的行为似乎都发生在距离 V+轨一个二极管压降的地方。

    您是否有另一个可以交换以进行测试的装置?  这似乎是一种相当可能的情况。

    如果这不起作用、我们可以从那里执行一些后续步骤。

    此致、

    Daniel

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    Daniel、您好!

    第一个波形中的行为表示迟滞比较器。

    我尝试测试一些可能的条件。

    此致、Ras

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    您好、Ras、

    只需全新 OPA344、然后重试。

    Kai

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    尊敬的 Kai:

    感谢你提出这一点。

    我测试了另一个 OPA344电路。 我得到相同的结果。

    我第一次遇到运算放大器的异常响应。

    电源是否有可能包含一个特定的频率、该频率在输入电压达到2.6V 时放大!?

    如果可能、请测试电路、尽管我认为问题是指我的电路?

    此致、Ras

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    您好!

    我测试了一些条件。

    即使输入为零、电路也会以200Hz 的频率振荡。

    当输入大约为2.6V 时、振荡放大并变得令人不安。

    此致、

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    RAS、

    您可以尝试拍摄输入、甚至在电源上运行 FFT。

    但是、我想我们将在最后尝试构建它  这可能是最好的前进方式、但我们现在没有该部件。  因此、我们将在下周之前再次与您进行讨论。  这是可以的吗?

    此致、

    Daniel

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    Daniel、您好!

     明天、我将把电源的输入和 FFT 放置在这里。

    下周还可以。 我应该解决这个问题。

    此致、

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    您好、Ras、

    您能否显示 OPA344输入信号和电源电压的示波器图?

    OPA344的电源电压是否已正确去耦?

    您是否使用试验电路板?

    Kai

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    您好!

    感谢您的答复、请原谅我的延迟。

    请参阅波形和 FFT。

    -电源电压:

    -电源 FFT:

    -另一个电源 FFT:

    -输入信号:

    OPA344位于 PCB 中。 我为每个 OPA344提供一个单独的低 ESR 10nF 电容器、该电容器靠近运算放大器。

    此致、

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    您好、Ras、

    电源电压上有很大的噪声! 当到达电源轨时、噪声数据包似乎与输入信号同步发生。

    您应该为电源电压使用一个更好的源(更刚性和更低的源阻抗)和/或使用一个大得多的去耦电容。 我建议使用一个与100...470nF/X7R 并联的100µF μ F 电解电容器进行测试。

    您从哪里获得3.3V 电源电压? 使用此3.3V 电源运行的 PCB 上是否还有更多电路?

    Kai

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    尊敬的 Kai:

    感谢你的答复。

    这是电源电路:

    电源电压稳定的噪声数据包会通过输入电压传播、并且不会站在信号的顶部。

    还有其他电路;一些其他运算放大器和 MCU。 尽管数字电路未在模拟电路中混用。

    如果电源存在此类噪声、我们是否可以预计 OPA344的行为与迟滞比较器类似?

    我添加了一些电解电容器、但没有任何改进。

    此致

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    您好、Ras、

    OPAMP 的电源电压必须稳定、干净且有噪声。 但由于某种原因、3.3V 电源电压根本不干净! 看看噪声有多大。 当噪声使电源电压降至3V 时、您的输入信号甚至超过电源电压。 这是完全不可接受的。 您必须提高3.3V 电源电压。

    我想 LM2576在+5V 输出端产生大开关纹波、而由于较高频率下的输入纹波抑制性能较差、该纹波会通过 LF33冲波。 LM2576数据表的图23显示了如何添加可选输出纹波滤波器。 您应该添加这一建议的后置纹波滤波器。

    或者、对于测试、您可以为 LF33提供不同的+5V 电源电压、该电压没有纹波。

    您能否显示+5V 电源的示波器图? 我想我们会看到很多纹波...

    Kai

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    尊敬的 Kai:

    我探测电源、看到外部开关适配器提供给 LM2576的巨大噪声并传播到供应链。

    我通过更改主电源来消除噪声。 不过、运算放大器的行为与以前一样。

    此致、

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    尊敬的 Kai:

    请将我找到的以下内容视为一个要点(而不是问题的解决方案)。

    我将输入从[0 3.3]降至[0 2.4]、并将增益表单1增加到1.375、在该配置中没有任何问题。

    此致、

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    您好、Ras、

    您能否在 LF33输入端显示+5V 电源电压的示波器图?

    您是否在 C71后面安装了后置纹波滤波器? 并移除 ZNR1以进行测试。 由于齐纳电压的制造容差、齐纳二极管可能会在正常运行期间导通。

    另一个想法是使用自己的电源电压将 OPA344与其余电路完全分离。 从 OPA344部分断开其运行所不需要的所有元件。 如果问题仍然存在(即使是全新的 OPA344)、则可能与 OPA344本身有关、这可能是由于使用的低通滤波器拓扑与轨到轨运行相结合而导致的。 然后、减小输入信号并增加增益可能是一种补救措施。  

    Kai

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    感谢您提供的所有意见 Kai!

    您好、Ras、

    我有几点意见要说。  首先、我认为电源噪声相当明显。  我对这个问题有两个关切。  首先、放大器的性能可能会受到影响。  如果噪声与接近电源轨的输入一致、情况尤其如此。  正如 Kai 所提到的、如果输入超过电源电压、肯定会导致不稳定的行为。  很难预测这种行为会是什么样的、但可能会意外地使用放大器轨。  需要考虑的另一点是、当您对放大器的输入进行过驱动时、您也会对放大器的输出进行过驱动。  当这种情况发生时、放大器的输出在一段时间内不会正确响应、因为它会从过压状态中恢复。  这被称为"过载恢复时间"(请参阅此文章)。  它可能会解释正在经历的"迟滞"类型行为。

    我还想指出、如果您的模拟电源具有如此大的噪声、那么下游的所有东西都会感受到这种影响。  如果您计划使用电压为 ADC 创建基准、这会特别成问题。  在放大器上放置去耦电容器是好的、但它本身是不够的。  降压转换器输出的信号需要保持干净。  Kai 建议添加可选滤波器可能对您很有价值。  您可以做的另一件事是在 e2e 上打开另一个线程、但对于降压转换器。  尝试查看该团队中的某个人是否可以就您的输出过滤提出建议。  甚至可能是布局问题。  LM2576还在数据表中提供了有关"最佳实践"的大量信息、您可能会认为这些信息很有用。

    降低输入并增加增益可能起作用、因为这样可以确保放大器的输入不会超过电源电压、即使电源上存在噪声也是如此。  如果您使用 PCB、我不确定您能多么干净地测试所有这些东西。  我已经为 OPA344提交了器件申请。  样片应尽快送达、然后我将尝试模仿您使用干净的耗材部件。

    此致、

    Daniel

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    尊敬的 Kai:

    现在、我有3.3V 电源的波形图、如下所示。 LF33输入端的5V 完全类似。

    我现在无法在 PCB 上放置后置滤波器、但我在前面的帖子中解释结果时已移除齐纳二极管。

    我将在第一次可能的情况下在完全独立的电路中测试 OPA344。

    此致、

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    尊敬的 Daniel:

    正如我在前面的文章中所尝试的、我通过更换 LM2576的主电源来消除了如此大的噪声、最后电源相当干净。

    我应该提醒一下、运算放大器的输入不再覆盖。 在我的第二个测试中、输入端的恒定2.6V 电压、问题上升到退出。

    我在电路中的其他 OPA344运算放大器中没有发现任何问题。 基准电压可能会有一些噪声、但现在肯定会有如此大的噪声。

    感谢您对电路进行测试。 这对我来说是很有价值的,希望能帮助解决这个问题。

    此致、

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    您好、Ras、

    很抱歉我的回复延迟、感谢您的更新。  您能否再次总结一下使用全新纯净电压电源进行测试的结果?  我不理解您所说的那一部分、"我应该提醒运算放大器的输入不再覆盖。 在我的第二个测试中、输入端的恒定2.6V 电压、问题上升到退出。"

    我当然很乐意自己测试电路。  我目前正在等待部件送达、他们应该尽快送达。  但是,有一个坏消息。

    正如您在美国报纸上所看到的、我们的一个校园最近遭到了"旋风"的破坏、现已关闭。  遗憾的是、这是我希望对您的电路进行测试的地方。  因此、在我为您取得一些结果之前、可能会有一些延迟。  可能需要等到本周晚些时候、甚至可能需要下周初。  但是、请注意、这个问题对我来说是一个优先事项、我将尽我所能尽快取得一些成果。

    此致、

    Daniel

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    Daniel、您好!

    希望大家都好吗?

    Kai

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    Daniel、您好!

    清洁电源时问题仍然存在。

    我进行了两次测试;第一次测试是运算放大器输入端的三角波。 在三角测试中、输出与您看到的一样。 第二个是输入端的恒定电压。 只有在大约2.6V 的电压下、输出才会振荡。 当电压低于2.55且高于2.65时、问题就会消失。

    我希望该领土上的人民尽快恢复正常的生活。 测试延迟没有问题。

    感谢您的时间和义务。

    此致、Ras

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    您好 Kai 和 Ras、

    感谢您的关注。  幸运的是,当时大楼几乎是空的,没有人受重伤。  但是、这种损坏非常严重。

    我想我现在已经了解了进一步测试的结果。  我将尽快尝试重现电路。  明天我也可能有机会与同事谈论此事。

    我会随时通知您、并在收到更新后立即回复。

    此致、

    Daniel

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    您好、Ras、

    不幸的是、现在看来、我到下周初才有机会访问我的实验室。  我也不确定该站点是否准备好接收样片。

    由于这种拖延,我将请我的另一位经验丰富的同事来看看这个问题。  希望他能在我们等待进行物理测试时分享一些想法。

    我将继续尽可能提供更新。

    此致、

    Daniel

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    您好、Ras、

    OPA344是轨到轨输入。 数据状态(在数据表的第10页顶部):输入级在接近 V+- 1.3V 的 NMOS 和 PMOS 输入对之间切换、并且观察到的不稳定接近 V+- 0.6V。 在开关的两侧、输入失调电压可以快速变化、这会使"单位增益"设置的有效增益不是恒定的1.00。 在这个被测器件上、上限范围也有可能不起作用。   多少百分比的样本 显示不稳定性?

    作为测试、请尝试移除22nF 反馈电容器、并检查是否存在不稳定或任何其他问题。

    您的原理图未显示输出负载。 输出会转到哪里?

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    Ron、

    输出端连接到输入电容为40pF 的 ADC。

    此致、

    Daniel

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    感谢您的付出 Daniel、

    您好 Ron、

    请注意、在输出端没有负载的基本缓冲器电路中存在此问题。 损坏的三角波(如第一个波形)在轨到轨输入条件下输出。

    我发现在2.6V 左右的特定恒定输入电压下、输出开始自行波动。

    我正在研究有关您注意到的转换电压的数据表。 您指出的问题在哪种情况下会出现? 哪种配置会阻止该操作?

    此致、Ras

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    您好、Ras、

    我只会使用 OPA344构建测试电路。 将电路的其余部分全部掉。 此外、请使用全新的 OPA344进行测试、并使用干净、稳定且具有噪声的电源电压!! 如数据表的图5所示、将 OPA344作为单位增益跟随器运行。 如图5所示、还应将一个隔离电阻器100...220R 直接安装到输出端、并在 OPA344的电源引脚上直接安装一个至少为100nF/X7R 的适当电源去耦电容器。

    现在、在输入端施加50Hz 的正弦波、并观察 OPA344的输出电压(在隔离电阻器后面!) 示波器。 然后、将50Hz 三角信号施加到测试电路的输入端、并再次观察输出信号。

    如果到目前为止一切正常、请修改测试电路并从原始帖子中检查有源低通滤波器。

    分裂和征服!

    Kai

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    您好 Kai、

    这正是我在上次测试中完成的操作。

    感谢您所做的努力。

    RAS、

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    您好、Ras、

    我想向您提供有关我尝试独立重新创建结果的更新信息。

    在过去一小时左右、我已被重新授予实验室访问权限。  我正在等待了解哪些设备已损坏以及哪些设备可用、这种情况应该很快发生。

    一周半前我订购的 OPA344样片现在似乎已重新发送到另一个位置。  我正在尝试跟踪它们。

    如果一切顺利、我希望能够进入实验室、并在明天的一天结束前在达拉斯重新进行测试。

    我感到遗憾的  是,这一问题不可能得到更迅速的处理,但情况完全不能控制。  感谢您耐心等待、请注意、我 正在尽我所能 快速完成这项工作。

    此致、

    Daniel

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    Daniel、您好!

    我非常感谢你的努力和关注,特别是在你现在的情况下。

    我暂时解决了将输入限制在运算放大器的问题。

    但是、我应该了解引起问题的原因和解决方案、因为我应该将运算放大器的输入缩放到全轨到轨。

    此致、Ras

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    您好、Ras、

    好消息:OPA344样片已送达、看起来我将拥有构建您的设置并进行测试所需的所有设备。  不幸的是、我今天无法构建并运行该设置。  但是、我预计明天会取得成果。  希望这将帮助我们确定在限制输入时、但在轨到轨运行期间出现问题的原因。

    出于好奇、最后一个问题是、您是否尝试在每个方向将信号的输入频率改变十倍频?  例如、从5Hz 到500Hz?  它不应改变任何东西。  但是,这是我的一位同事在今天与他讨论这个问题时提到的。

    我明天将为您提供更新。

    此致、

    Daniel

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    Daniel、您好!

    感谢你的好消息。

    我还记得、是的、我更改了频率、问题仍然存在。 现在、我无法再次检查。 如果有必要、我可以在第一天做这件事吗?

    此致、

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    您好、Ras、

    感谢您的耐心等待。  我今天能够在您的电路上运行一些测试。  我在原始图像所示的配置中使用了 OPA344。  换句话说、我没有放置输出负载来模拟 ADC 输入。  首先、我输入一个频率为3.3Vpp、偏移为1.65V 的50Hz 三角波。  一切看起来都正常、因为输出几乎没有衰减、而且只有轻微的相位延迟。  这与预期的一样。

    接下来、我在2.6V 输入直流电压。  输出是干净的直流电压、没有奇怪的振荡。  然后、我将直流输入电压从2.4V 移至2.8V、增量为20mV。  不过、我在输出端没有看到任何奇怪的东西。

    下面是我的示波器截图。  时间分频为4ms/分频、电压分频为1V/分频。  通道1和通道2具有相同的0V 偏移。  黄色的通道1是输入。  蓝色的通道2是输出。

    看起来我的设置工作正常、而您的设置工作不正常。  在与 ADC 断开连接时尝试运行此测试是否正确?  对于我们的测试、我唯一能想到的可能是、我有一个单独的电源并且没有负载。

    请告诉我您的想法。

    此致、

    Daniel

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    Daniel、您好!

    因此测试和图很棒。 感谢您付出的宝贵努力和付出的宝贵时间。

    现在、我确定问题与 PCB 或电路中的其他组件有关。

    我应该检查电路中的所有可能原因。

    我将这些测试推迟到将来可能的时间。

    我将分步将结果放在这里。 这可能需要时间。

    感谢你的贡献。

    此致、Ras

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    您好、Ras、

    感谢您的耐心等待、欢迎您的到来。

    如果您需要任何其他帮助、请随时在 e2e 上提出更多问题。

    如果新论坛帖子不是直接相关的、则您可能希望启动该帖子、因为该主题已变得很长。

    祝你一切顺利、

    Daniel

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    您好、Ras、

    测量 OPAMP 的输出电压时、您使用什么示波器探针? 它是1:10还是1:1示波器探针? 它的电容是多少?

    您是否安装了我在这篇文章中推荐的隔离电阻器?

    您能否显示您的设置照片?

    Kai

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    您好 Kai、

    感谢你的帮助。

    示波器探针为10:1、最大输入电容为12pF。

    我在输出端安装了一个100欧姆的电阻器。

    请查看我的原型:

    我无法通过测试找到可能的原因。 我想在 LM2576之后添加后置纹波滤波器并更改 LDO。

    此致、Ras