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] INA186:用于 LS 阻抗检测的放大器

Guru**** 657500 points
Other Parts Discussed in Thread: PCM1861, INA190, INA186, INA190EVM, INA132, INA240, OPA2192, INA240EVM, OPA192, THS4131, INA826, INA821, INA194, THS4551, INA149
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/843168/ina186-amplifier-for-ls-impedance-sensing

器件型号:INA186
主题中讨论的其他器件:PCM1861INA190INA190EVMINA132INA240OPA2192INA240EVMOPA192THS4131INA826INA821INA194THS4551INA149

对于扬声器感应应用、我需要放大叠加在大共模信号上的小差分信号。

我首先尝试使用电流感应放大器、但信噪比非常小。 因此不可能与搭配使用以获得非常小的差分信号。

然后、我尝试使用一个具有较大共模输入范围(输入端为轨到轨)的运算放大器。 这对于差分信号来说效果相当好、但从共模信号变得过高的那一刻起、我的放大差分信号开始变形。 我仍然在指定的共模输入电压范围内工作。

 

我打算实现的电路连接在底部。

我使用的 ADC 是 PCM1861 (低噪声 ADC)。

将感应电阻器电压直接输入到 ADC 差分输入中是不正常的、因为共模信号和差模信号之间存在最坏情况73dB。 PCM1861的共模抑制比为56dB。 因此差分电压不可测量。

 

对于电流感应放大器、我遇到的问题是、对于4A、我只能得到58dB STN、对于0.08A、我只能得到大约18dB STN。 我不确定是电压噪声密度规格过高还是 CMRR 过低(仅为100dB)。

 

对于低噪声、我选择不使用另一个电流感应放大器、而是使用具有轨到轨输入的低噪声运算放大器。 但现在、即使在电压输入规格范围内、输入引脚上的共模电压也很低、放大后的差分信号会变形。

 

您会建议什么运算放大器?

我想尝试使用 INA186A1或 INA 190A1、它具有更高的 CMRR 规格、但电流感应放大器也是如此。 但电流感应放大器没有良好的噪声规格。

对于具有高共模输入电压的低噪声放大器、我在 TI 网站上发现很难获取具有宽共模功能甚至具有超出电源电压的共模功能的放大器。

  • 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。

    嗨、Bart、

    欢迎访问 E2E 论坛、感谢您提出问题。

    我不太关注您的一些信噪比计算。 对于 INA190A1、我计算出0.08A 负载下为31dB。

    en_rm = en_BB*SQRT (kn*BW)= 75nV/rtHz * SQRT (1.22*45kHz)= 17.5uVrms

    en_pk-pk = 17.5uV * 6 = 105.4uVpp

    SNR = 20*log (4mV/105.4uV)= 31dB。

    建议不要使用 INA190、因为 VCM 在20kHz 时可以摆动24Vpp。 尽管交流 CMRR 在20kHz 时显示为100dB、24V 摆幅可产生10uV 偏移、但该器件并非为此目的而设计。 100dB 的 CMRR 可能不可靠、因为交流 CMRR 是在 VCM 摆动更接近1V 而非24V 的情况下进行测试的。 您可以随时使用 INA190EVM 进行试用。 请记住、INA186几乎与 INA190相同、但封装不同、规格略低。

    INA240可能是此处使用的最佳电流感应放大器、但传统上而言、该应用更适合差分或仪表放大器、因为它们具有更好的噪声和失真规格。 如果您走这条路、INA132可能是一个很好的起点。

    希望这对您有所帮助、

    Peter Iliya

  • 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 Peter:

    感谢您的回答。

    我会按照您的计算结果进行计算、但在电路板上、SNR 低于您计算出的值。 我还没有使用 INA190、而是另一个、但电压噪声密度规格相似。 由于计算值与测量值之间存在这种差异、我在论坛上提出了我的问题。

    我知道电流感应放大器不是最佳选择。 但是、当我查看 TI 网站时、我无法筛选具有高共模规格的差分或仪表放大器。

    我也不理解您对 INA132的建议。 这是一个噪声值仍然相对较高且 CMRR 不低的旧放大器。 我更愿意考虑更低噪声的 OPAMP 和更高的 CMRR 规格。

    有什么想法可以让我在 TI 的大常见输入电压运算放大器目录中进行滤波?

    提前感谢您的回答。

    此致、

    Bart Vercoutter

  • 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。

    嗨、Bart、  

    下面是一种不同的方法-使用高 CM 和 CMRR 对感应电阻器上的 V 进行缓冲、这对于 OPA2192来说是没有问题的。

    在这里、您可以通过交流耦合来去除 CM 电压、并通过 FDA 在 ADC 输入上居中。 ADC 提供差分输入-可能应该使用它。  

    讨论和示例 TINA 文件、  

    e2e.ti.com/.../Current-sense-solution.docx

    e2e.ti.com/.../OPA192-buffered-with-THS4551-FDA-with-MFB.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。

    嗨、Bart、

    我从根据您的参数缩小搜索滤波器的范围中获得了 INA132差分放大器。 由于各种原因、此器件无法用于您的系统、但基本原因是您尝试在电源电压(VS)为3.3V 的0.6V 至24V 电压轨上测量电流。

    现在、电流感应放大器(CSA)通常非常适合这种情况、因为它们通常包含输入偏置级、允许器件以独立于 VCM 的 VS 运行。 这里的问题是 VCM 可以在20kHz 下移动、这通常不是我们建议使用 CSA 的工作模式、因为您将会由于交流 CMRR 而创建动态偏移、我们使用更接近1Vpp、而不是23.4Vpp 的振幅对其进行测试。 我认为仍然值得使用 INA240EVM 或 INA190EVM 进行测试。 如果输出端的噪声太高、则可以使用另一个使用由相同3.3V 电源供电的运算放大器的滤波器对其进行调节。 这将消除对其他电源电压轨的需求。

    对于大多数其他放大器(仪表放大器、差分放大器、运算放大器)、您需要至少24V 的电压轨、以便这些器件在电压达到24V 的电源轨上工作。 这就是为什么您无法探索“大共模输入电压运算放大器”,因为它们不存在。 任何运算放大器都可以获得的最佳性能是轨到轨输入、这意味着 VCM 可以非常接近 V+和 V-电压电源轨。 即使如此、随着 VCM 接近电源轨电压、性能也会降低。 下面的 Michael 的 OPA192解决方案使用26V 和-5V 的电源轨来实现最佳性能。

    一旦 VCM > V+、您可能会考虑使用大型输入电阻器来保护 OPA 输入、但我不是这方面的专家。 另一种选择是在输入引脚上使用电阻分压器将 VCM 分压至3.3V 以下、但这可能会增加噪声和增益误差。 这可以很容易地进行仿真。

    如果您想了解仪表放大器的工作原理,一个很好的工具是“Vcm vs,VOUT 图生成器”。 请参阅下面的链接。 借助该工具、您可以确定在给定所有仪表放大器的 VCM 范围和电源电压的情况下可以实现的输出摆幅。

    http://www.ti.com/tool/INA-CMV-CALC

    我们的所有产品搜索页面左侧都有筛选器、因此您可以使用最佳 CMRR 缩小器件范围并对其进行排序。

    http://www.ti.com/amplifier-circuit/op-amps/general-purpose/products.html&sort=p4typ;desc

    http://www.ti.com/amplifier-circuit/difference/products.html#p358min=1.8;3.3&p1169max=24;500

    此致、

    Peter

  • 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、Peter 和 Michael、

    感谢您的回复。

    我正在等待一些订购的组件来测试您提出的解决方案。 我将继续这两个想法。 可使用电流感应放大器(订购 INA240、INA186和 INA190)。 另一方面、使用差分放大器(THS4131已订购)。 但我不太喜欢最后一种解决方案、因为对于全范围操作、我需要创建额外的电源、但我也会尝试使用0至24V 的电源。

    然后、我还订购了一些仪表放大器:INA826和 INA821进行测试。 以及具有集成内部电阻器的 INA194差分放大器。 对于其他器件、我还订购了一对匹配的电阻器。

    在我取得结果后、我会再向您介绍。

    此致、

    Bart Vercoutter

  • 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 Bart、  

    是的、THS4131可以使直流耦合 CM 电平偏离您的总范围、但确实需要更多电源。 您能否使用交流耦合和我展示的更简单的 THS4551解决方案?  

  • 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、

    我无法从您的文件对其进行仿真、因为它是在 TINA 版本11中创建的。 我只能下载版本9。

    但我已经使用我在 Word 文档中的原理图中找到的值来构建它。 我只用 THS4131替换了 THS4551、因为第一个 THS4551还不在 TINA V9中、但现在我没有发现这方面的问题。 我主要怀疑 CM AC 将在电容器 C5和 C6之后移除。 该 CM 交流信号也会传输到差分放大器的输入引脚。 CM 交流信号超出 THS4551的电源范围。  在我的仿真中、它会导致差分 放大器的差分输出信号削波至其轨。

    我还对 THS4551周围使用的电阻器数量感到很有爱。 它们都需要匹配。 在匹配的电阻器中查找准确的值并不容易、在 PCB 上也很难将其输出。

    此致、

    Bart Vercoutter

  • 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。

    我将 THS4551导入 TINA 并重新运行仿真、但对于这个、运算放大器的输入节点将超出电源范围。

    我在 belowe2e.ti.com/.../AC_2D00_coupled.TSC 此处插入我的仿真

  • 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。

    您的电路中存在许多错误-输入电容器不在适合 MFB 的位置-无法在最大5.5V 的器件上运行8V 电源、  

    这是我保存为 V9的文件

    e2e.ti.com/.../3823.OPA192-buffered-with-THS4551-FDA-with-MFB.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。

    实际上、我在我的文件中的错误位置放置了该电容器-抱歉、将其移动到这里-也开始不平衡 CMRR 仿真的输入 R。  

    更新了文件、

    e2e.ti.com/.../8666.OPA192-buffered-with-THS4551-FDA-with-MFB.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。

    好的、输入 CM 抑制与 Rg R 上的+/-0.1%仿真、也需要在与射频相反的意义上添加输入 CM 抑制 、即 Abou 55dB 抑制中频。  

    现在请记住、INA CMRR 取决于频率、因此先前建议的 INA132看起来与 F 类似。这是典型值、不可容忍-  

  • 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。

    使用您之前的文件进行仿真时、我的仿真器出现问题。 他给出了"收敛问题"的错误。 检查分析参数!" 进行瞬态分析。 最后一个文件是我无法打开的 TINA V11文件。

    从 TINA V9文件中删除。 我看到您使用的振幅是6V。 我始终使用理论最大电平12V 进行仿真。 正确、它只能是11.4V。

    我更改了电源电压和电容器位置、但仍然是 THS4551的+和-输入端超出电源轨的共模交流信号。

    信号 VF1显示了运算放大器的-输入。 信号 VF2是运算放大器+输出端的信号。 VM1是差分输出、VM2是发生器的信号。

    这里还有我使用的 TINA 文件:

    e2e.ti.com/.../6431.AC_2D00_coupled.TSC

    此致、

    Bart Vercoutter

  • 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。

    您是否了解过 INA149?

  • 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。

    我已经测试了不同的解决方案。

    仪表放大器 INA826可提供最佳结果。 我必须测量的信号(最小电流)和 CM 交流感应信号之间约为36dB。 STN 约为48dB。 我必须使用24V 电源、我必须预见中间电源。

    下一个是电流感应放大器 INA240。 这个在信号和 CM 交流信号之间提供33dB。 STN 约41dB。 无需额外的。 由于它像 ADC 一样馈送到3V3上、因此我可以使用 ADC 的1/2 Vs 作为参考。  

    INA190仅为 CM AC 提供所需的30dB 信号、仅为32dB STN。 这里这个不够好。

    THS4551的电路不起作用。 输出信号正在削波。

    感谢您的支持。