This thread has been locked.

If you have a related question, please click the "Ask a related question" button in the top right corner. The newly created question will be automatically linked to this question.

[参考译文] THS4520:增益= 0.95时的稳定性问题

Guru**** 1815690 points
Other Parts Discussed in Thread: THS4520, ADS5294, THS4541, THS4551
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/802708/ths4520-stability-issue-with-gain-0-95

器件型号:THS4520
主题中讨论的其他器件: ADS5294THS4541THS4551

您好!

我遇到 THS4520稳定性问题。

我使用它来驱动增益为0.95的 ADC (ADS5294)、并对 反馈电阻器进行一些滤波(请参阅随附的文件)。

如果我移除 C9和 C10、电路将保持稳定。 当然、如果我添加它们、这正是我所需要的、电路会振荡、如果我加热放大器、它会振荡更多。 我不理解发生了什么、因为我认为这些电容器应该有助于稳定运算放大器。 您是否知道导致此振荡的原因?

我还仿真了电路的相位裕度、无论有无电容器、它都非常稳定:没有电容器时、我有50度的相位裕度;使用电容器时、我有70度。

我按照 TI 的仿真说明进行了操作: https://www.youtube.com/watch?v=-cWYHAHhBmM

我要附上仿真文件、您能告诉我仿真是否正确?

谢谢你。  e2e.ti.com/.../2626.Full-analogue-chain-with-gain-_2D00_-stability.TSC

  • 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。
    您好!

    您的输入信号的频率和电压是多少? 我还将对电路进行仿真、看看会发生什么情况。 但是、TINA 可能会出现问题。 您能否为我提供您构建的电路原理图? C11和 C12的用途是什么? 您是否认为您可以提供此振荡的示波器截图?

    谢谢!
    卡兰
  • 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。

    尊敬的 Maxime:  

    您的仿真似乎是正确的-您是否在求和结处添加了这些5pF -这是一个很好的噪声增益整形点、我是以差分方式进行的。 点、  

    我已经学习了如何确保我们使用最新的模型-您的文件中有一个2010模型,在线 TINA 参考设计为2011。 我将其放入所附文件中(他们调换了耗材?? 已修复)。相补角没有实际变化。  

    2.这是一个非常旧的模型,开环输出阻抗(这实际上会将相位裕度与反馈 C 混淆)可能不在模型中。 尝试测试它、但到目前为止还不幸运。  

    最近在 FDA 建模方面所做的努力是为了捕捉这些效应、而是的、它们会导致很多问题。 我发现、在输出的环路中插入小型串联电阻可能会有所帮助。 在这篇最近的文章中详细介绍了这一点、  

    更新了2011模型的文件、

    e2e.ti.com/.../2626.Full-analogue-chain-with-gain-_2D00_-stability-2011-model.TSC

  • 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。

    顺便提一下、这种类型中更现代的器件是 THS4541、将非常好的 TINA 模型放入 LG 仿真中会显示58度的相位裕度。

    在对通道进行物理测试时、请勿使用10pF 探针直接在输出引脚上进行探头-通过100欧姆隔离电阻器进行探头。

    e2e.ti.com/.../Full-analogue-chain-with-gain-_2D00_-stability-THS4541-model.TSC

  • 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。
    我认为开环输出阻抗测试运行正常。 看起来是无 R (或 LC)的理想电压源输出。 这是一个建模缺失、因此如果您认为物理电路正在振荡、那么这可能是源代码、我在原始文件的环路中插入了200欧姆、现在它显示了20度的相位裕度-但200欧姆不正确-只是一个比什么都好的东西。
  • 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。

    您好、Karan、

    感谢您的反馈。  

    输入信号是5MHz 时的2Vpp 方波信号。  

    C11和 C12的目的是向电路添加寄生电容、以查看我是否可以使其不稳定。 我应该在发送 TINA 文件之前将其删除。  

    即使使用 C11和 C12的值和位置、该仿真也始终为我提供非常好的相位裕度。 我认为这太好了、我还认为 THS4520模型在仿真相补角时是错误的。

    我将看到我是否可以向您发送原理图。

    Maxime

  • 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。
    您好、Michael、

    感谢您的反馈。

    如果我理解正确、THS4520的 Spice 模型无法正确仿真相位裕度、因为它不包含开环输出阻抗。 我是对的吗?

    Karan、TI 是否可以通过更新 Spice 模型来纠正这一问题?

    如果没有、THS4541的 Spice 模型是否包含开环输出阻抗? 它是否足够接近 THS4520以将其用于稳定性仿真?

    Maxime
  • 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。

    尊敬的 Maxime:  

    这就是我的理论-我在 THS4520中的模型测试没有显示开环 Zol -但是这些轨到轨输出器件实际上具有一个非常独特的 Zol。 我在 THS4541器件和模型上做了很多工作-它确实包括正确的 AOL、Zol 和差分输入 Zi 以及许多其他东西-它对相位裕度问题的预测更加可靠。 我如何完成一系列文章中详述的所有这些工作、  

    这个主要是背景信息、  

    https://www.planetanalogue.com/author.asp?section_id=3404&doc_id=565056&

     这重点介绍 FDA、使用我在 THS4551上使用的另一个器件(器件和模型)

    https://www.planetanalogue.com/author.asp?section_id=3404&doc_id=565122&

  • 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。
    尊敬的 Maxime:

    遗憾的是、TINA 模型似乎存在缺陷。 我不相信我们能够及时为您解决这个问题。 从数据表中的典型特性图可以看出、THS4520在行为上与 THS4541不是很相似。

    其次、THS4520的最小增益为1V/V、因此我了解它为何在增益为0.95时不稳定。 但是、除了反馈中的电容器外、您还可以在 FDA 输入之间添加一个电容器。 这会在反馈中的电容器添加的极点之前、在 β 曲线中放置一个零点。 这应该有助于使您的电路稳定。 您可以在设计中使用 THS4541、因为我相信它仍然符合您的所有标准、而且是一款更现代的器件。 正如 Michael 提到的、您的电流电路应该是稳定的。 可能有其他原因导致问题。 您能否提供输出和输入的示波器图?

    谢谢!
    卡兰
  • 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。

    因此、是的、THS4541应该可以工作、我确实将其放入电路中、并且它具有良好的相位裕度。 附件

    1.我没有说 THS4520是稳定的、不知道是哪种糟糕的型号。  

    2.运行反相增益< 1.0对任何运算放大器或 FDA 都没有问题。 如果存在相位裕度问题、这将显示在 LG 仿真中、其中我在 THS4541和 THS4551数据表中的"设计衰减器"部分告诉您需要做些什么来进行必要的改进。  e2e.ti.com/.../5417.Full-analogue-chain-with-gain-_2D00_-stability-THS4541-model.TSC

  • 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。

    我再次查看您的 LG 仿真电路。 一切看起来都很好、但您使用的是奇数分离电源。 通常情况下、FDA 会将 I/O 引脚电平转换为高于接地和在范围内、因此此类应用可能只需要3.3V 单电源。 (GND 端的负电源)、这确实是一个问题、我在本文的第二部分中尝试回答了这个问题、  

    https://www.planetanalogue.com/author.asp?section_id=3404&doc_id=564993

  • 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。
    哦、我现在还记得 THS4520是 RRO、但不是负电源轨、这说明了您的电源-它们对于 THS4520是正确的-对于 THS4541、您可以为此使用单个3.3V 电源。
  • 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。
    大家好、Michael 和 Karan、

    非常感谢您的支持、这对我大有帮助!

    为了给您一些背景信息、我没有自己设计电路板、我正在接管它。 我自己没有看到运算放大器不稳定、但前一个设计人员告诉我这一点。 电路板的旧版本上出现了不稳定、遗憾的是、我们再也没有了。 我尝试在最新版本上重现此问题、但无法重现。 两个版本之间的差异仅为布局、非常小。 我看到的最大区别是在接地层:新版本的运算放大器电路下方有接地层、而在"不稳定"版本中、移除了运算放大器下方的接地层。 我最初以为接地平面引起的寄生电容会改变运算放大器的环路响应、使其变得不稳定。 如果电路对寄生电容很敏感、我认为这掩盖了一个严重的不稳定问题。 这就是我进行这些相位裕度仿真的原因、但正如您所知、结果并不确切。

    根据您的回答、以下是我的结论:

    -由于模型问题、我无法模拟 THS4520的相补角

    -阅读 THS4551数据表的"设计衰减器"部分后、我了解到 C9和 C10反馈电容器可能会导致不稳定。 在运算放大器输入端使用大小合适的差分电容器有助于解决此问题。 因此、我将为新版本的电路板添加一个电容器封装。

    - THS4541和 THS4551是更现代的器件,具有您推荐的更好的 Spice 模型。 我将查看我是否可以使用它们来代替 THS4520。

    Maxime
  • 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。
    Michael、

    您谈论电源很有趣、因为将设计切换到单电源是新电路板修订版的下一个目标!

    每个运算放大器输出都需要能够在0.45V 和1.45V 之间摆动。 共模电压为0.95V。

    我应该在数据表的哪个位置查看以检查我不会获得输出电压削波? 是"最小输出电压低"参数、对于采用-/+ 1.65V 双电源的 THS4520、该参数的额定电压为-1.4V (数据表第7页)。 如果是,如果我决定改用3.3V/GND 单电源,我是否可以说没有削波的最小输出电压将是0V + 1.65V - 1.4V = 0.25V? 0.25V > 0.45V、那么我应该是正确的吗?

    您为什么说 THS4541与众不同? 数据表第9页显示最小输出电压低值为 Vs-+ 0.25V max、这基本上与 THS4520的输出电压相同。

    Maxime
  • 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。
    因此部件之间的输出摆幅非常相似,THS4541负电源的输入范围使其能够支持双极输入的单电源。
  • 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。

    因此、在我将 THS4541放入原始电路测试 LG 相位裕度的文件中、我得到了58度-这是很好的。 现在、如果您想在该电路中对布局寄生效应建模、它可能会发生变化。  

  • 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。
    您好!

    如果我想仿真更接近现实的东西、应该在电路中在哪里添加寄生电容?

    我还有关于 THS4541输出共模电压范围的问题。 根据规格、该运算放大器能够在0.45V 至1.45V 之间摆动、而不会发生削波。 但是、THS4541是否能够在0.95V 的共模电压下运行而不会降低性能? 当我查看数据表第7页时、我看到"共模环路电源到负电源的余量"可能高达0.94V、这非常接近 ADC 给出的典型0.95V 共模电压。 这种限制的原因是什么? 如果我低于0.94V 规格、会发生什么情况?

    Maxime
  • 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。

    尊敬的 Maxime:

    您是否在谈论 THS4541 -最敏感的节点是两个输出和输入相加结节点。

    我认为您的输出摆幅是每侧所需的摆幅-实际上通常比这低-1dB、以避免0.95V 输入 CM 2Vpp 最大输入 ADC 的削波 物理输出级可在电源内运行至大约0.2V、因此它们的机房与所需的空间相比很好。 输入引脚摆动至负电源、我认为正电源大约为1.2V -通常不是限制

    CM 环路是一个完全独立的电路和摆幅范围问题。 是的、最大值0.94已接近-这就是我通常查找 ADC 输入 CM 容差并将其向上移动一些以获得余量的原因

    当 CM 控制电压降至低电平到负电源时、电流镜会开始饱和、从而降低 CM 环路增益和性能-同时出现直流和交流误差。

  • 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。
    您好、Michael、

    再次感谢您快速高效的反馈。

    当您谈论 ADC CM 电压的升压时、如何实现它? 我使用的 ADC 是 ADS5294。 它具有 CM 输出(设置为0.95V)、可用于设置运算放大器的共模电压。 但我看不到任何方法可以改变这个电平、它看起来是固定的。

    Maxime
  • 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。
    您不必使用 ADC VCM、获取最佳基准电压并对 FDA 的 Vocm 输入执行分压器(在引脚上使用滤波器电容) 我没有查看 ADC VCM 输入容差、但通常至少50mV、因此目标是0.955V、以便在最坏情况下为0.94的负电源提供一些 Vocm 余量。
  • 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。

    我进入 ADC 数据表查看我是否可以在输入端找到 VCM 范围图、是的-图21中有一个很好的图显示了这一点、我可以说目标1V 输入 VCM 将 FDA 的 Vocm 控制设置为1V -此外、 如果您有从 FDA 到 ADC 的任何串联 R、请务必考虑流入 ADC 输入的采样率相关 ICM 电流、该电流将使 FDA 引脚上输出 VCM 的电压产生小幅下降。  

  • 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。

    您好、Michael、

    谢谢你。

    我将使用电压基准为 FDA 提供1V VCM。 我应该也使用电压基准为 ADC 提供1V VCM、还是应该让 ADC 在其内部0.95V VCM 上运行?

    我认为 ADC 和 FDA 必须具有完全相同的共模电压才能正常运行。 但在阅读您的评论并仔细查看 ADC 数据表后、ADC 看起来可以接受输入共模电压上大约0.95V 的-/+50mV 变化(请参阅下面的数据表摘录)。 您确认吗?  

  • 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。

    我还有一个关于 THS4541输出电压余量规格测量条件的问题。   

    数据表显示、最坏情况下的输出电压高为 Vs+- 0.25V、最坏情况下的输出电压低为 Vs-+ 0.25V。  

    我的第一个问题是:在什么负载电流下指定了这些电压? 数据表显示、典型条件为 Rload = 499V 且 Vout = 2Vpp、这将提供 I = 1V/499ohm = 2mA 的电流。 TI 可以确认这一点吗?

    我的第二个问题是:如果 Vocm 输出共模电压不是处于1/2 Vs (数据表中给出的典型测量条件)、这些电压是否保持不变? 如果使用1V 输出共模电压和3.3V/GND 电源、我是否仍具有0.25V 余量?

    谢谢、

    Maxime  

  • 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。

    是的、ADC 中的内部 VCM 通常用于方便对变压器耦合接口的中心抽头进行偏置。 您不必匹配它、它上有一定的范围1.0V 会更好、但实际上、只要使用 R 分频器、就足够好了-只需确保有一些电容器存在噪声。 FDA VCM 输出电压的精度存在一定的差异。  

  • 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。

    好的、最终 ATE 中所做的工作相当复杂、但主要是为了确保每侧和每个输出上的输出余量不超过0.25V。 除非将过多的插入损耗输入级间滤波器、否则不应接近这些限值。

    因此、假设我们需要将1.8V (-1dBFS)差分输入 ADC 以实现满量程-在级间设计中没有插入损耗、每个输出都需要在1.0Vcm 电压附近摆动+/-(1.8V/4)=+/-0.45V。 在高侧几乎永远不会出现问题、而这个0.55V 的最小输出远高于0.25V 的限值。 只要 VCM 设置在范围内、这些输出摆动头室就不会随其变化。