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[参考译文] OPA4374:传感器输出信号调节

Guru**** 1125150 points
Other Parts Discussed in Thread: OPA4374, TINA-TI
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/723265/opa4374-sensor-output-signal-conditioning

器件型号:OPA4374
主题中讨论的其他器件: TINA-TI

大家好、

我的客户正在设计用于传感器信号的信号调节电路。 他们希望使用 OPA4374放大输入信号、并具有这两个原理图。

请帮您检查这两个电路是否正常工作? 或者、您是否有更好的解决方案适合此应用?

传感器输出:100-250Hz、5mV (正弦波);AD 范围0-3.3V、12位、250kSPS。

顺便说一下、传感器是单电源、因此输出应该只有正电压。

谢谢!

James

e2e.ti.com/.../test1.TSC

e2e.ti.com/.../test2.TSC

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    尊敬的 James:

    您的第二个电路工作正常、但第一个电路不工作。

    传感器信号、它是否会产生您第一次仿真中所示的直流输出电压? 还是仅交流电?

    Kai

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    尊敬的 James:

    欢迎回来!

    虽然第二个电路正常工作、但实际上不会使用 R3。 除非您计划使用容性负载、否则可以考虑将其移除。

    当我检查您的第一个电路时、请考虑将其除以并征服。 在添加下一级之前、先自行查看第一级、确保稳定性、带宽、I/O 范围。

    我将应用相同的规则、并尽快返回给您。

    谢谢。

    此致、

    -Mamadou
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    尊敬的 Kai:

    传感器输出仅具有交流电压。

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    您好、Mamadou、

    感谢您的关注。

    请帮您检查第一个电路吗? 如果他们想要使用第一个电路、需要进行哪些更改?
    或者、您还有其他解决方案用于此传感器输出检测吗?

    谢谢。
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    尊敬的 James:

    第二个电路完全包含使第一个电路正常工作所需进行的更改。 :-)

    Kai

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    尊敬的 Kai:

    实际上、它们需要两级来放大输入信号。 输入只有正电压。
    传感器输出通常约为1mV、5mV 为峰值电压。 因此、他们希望放大该1mV 传感器信号。
    您能否帮助推荐增益为1000的具有两级放大器的电路?
    顺便说一下、我不知道我们是否无法在输入级上使用带通电路来代替低通电路?

    谢谢。
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    尊敬的 James:

    该电路应具有什么频率响应? 100Hz 时为100...250Hz 至-3dB、250Hz 时为-3dB?

    Kai
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    尊敬的 Kai:

    它们的信号通常小于250Hz、在100Hz 和250Hz 时无需为-3dB。
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    尊敬的 James:

    嗯、由于放大器是交流耦合的、我需要知道不可避免的高通的转角频率。 :-)

    Kai
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    尊敬的 Kai:

    您说的转角频率不可避免的高通是什么意思?
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    尊敬的 James:

    我需要借助 R7和 R8将输入电压(第二个电路的 VF2)升高到 VCC/2。 由于 R4、R9和 C6提供反馈、OPAMP 的输入反映了该直流电压。 C6使得只有输入信号的交流分量被 R4和 R9设置的增益放大。 直流部分未放大、因为 C6在直流时呈现无限阻抗。 因此、直流的增益系数仅为1、而交流组件的增益由 R4和 R9设置。

    现在有一个转角频率、在此频率下、交流增益降至-3dB。 该转角频率由时间常数 R9 x C6设置。 在该转角频率以上、交流增益几乎恒定、在该转角频率以下、交流增益下降了20dB/十倍频程的斜率。

    Kai
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    尊敬的 Kai:

    感谢详细的解释。 我没有从客户那里得到准确的转角频率、但有用的信号是100-250Hz。 因此、我假设我们可以将转角频率保持在500Hz 或1kHz 左右、而不 会衰减有用的频率信号。

    顺便说一下、他们希望设计为一个总增益约为1000的两级放大电路、因此通常有用信号约为1mV。 为了使 ADC 更容易进行采样、调节后的信号最好是电压 幅度。  

    谢谢。

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    尊敬的 Kai:

    是否有反馈?

    谢谢。

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    尊敬的 James:

    不知道您的传感器、此电路可能是一个良好的起点:

    e2e.ti.com/.../james2.TSC

    Kai

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    尊敬的 Kai:

    感谢您提供详细的原理图。

    我仍然有一个问题:durign f=134Hz、Phasy=-180、这是否会导致稳定性问题?

    注意:有用的输入信号是100-250Hz

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    尊敬的 James:

    您的图显示了整个电路的相位响应。 由于使用反相放大器 U2、因此输入信号和输出信号之间在100...250Hz 的信号频率范围内存在180°的相移。 这是绝对正常的。

    以下图片显示了简化相位分析的结果、以研究每个 OPAMP 的相位裕度:

    您可以看到相补角正常。 但请记住、U2输出端的容性负载可能会改变这种情况。 因此、在了解实际负载时、应重复相位分析。

    Kai

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    尊敬的 Kai:

    您是否对整个电路进行了稳定性分析? 我知道如何为每个放大器设置断点、但不熟悉两级放大器。

    谢谢。
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    尊敬的 James:

    以上已经是整个电路的(简化的)稳定性分析、因为所有电路都涉及到仿真。 到目前为止、电路应该非常稳定。 但是、同样、对于稳定性、连接到 U2输出至关重要!!!

    Kai

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    尊敬的 James:

    在分析两级放大器设计以实现稳定性时、您可以像 Kai 提到的那样单独分析每个放大器。 但是、我不建议使用 Kai 显示的方法、因为 Kai 的方法中不包含放大器的 Aol 和 Zo (这两个都是仿真稳定性所必需的)。

    我建议观看 有关 稳定性的 TI 高精度实验室视频、其中介绍了如何在 TINA-TI 中仿真放大器的相位裕度。

    谢谢、

    Tim Claycomb

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    您好、Tim、

    正如我说过的、这是一个简化的相位稳定性分析。 但包括开环输出阻抗:

    Kai

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    尊敬的 Kai:

    很抱歉、我没有注意到包含该内容。 但是、我仍然建议使用 TI 高精度实验室中提供的方法。 它只需要在原理图中添加电感器和电容器、并且可以提供更准确的仿真(假设模型正确!)。

    谢谢、

    Tim Claycomb

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    您好、Tim、

    感谢您推荐的仿真方法。
    问题:
    1.如果我想估计两级放大器电路的稳定性,我是否只需要确保每个级都稳定?
    2.如果我让输出始终是轨到轨放大器的 VCC、我是否需要考虑 Iq 或温度或其他问题?

    谢谢。
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    尊敬的 James:

    1.是的、对于两级放大器设计、您必须确保每个增益级都是稳定的。

    2.您为什么希望输出始终为 Vcc?

    Iq 不应随着输出电压的增加而增加、但如果输出端存在负载、电流消耗将会增加。

    器件的温度将取决于输出电压、环境温度、器件的 IQ 和运行期间的输出电流。 如 需更多信息、我建议观看有关功率和温度的 TI 高精度实验室视频。

    但再说一次、为什么您始终将输出保持在 Vcc 上?

    谢谢、

    Tim Claycomb

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    您好、Tim、

    感谢您的信息。

    "为什么您始终将输出保持在 Vcc 上?"、因为它们可能会为此电路使用高增益、这可能导致输出具有 Vcc 电压。 他们只需要知道信号何时跨越特定的值、就像比较器一样。

    谢谢。

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    尊敬的 James:

    我现在明白了,谢谢你们的澄清。

    在这种情况下,我在上次答复中说的仍然适用。 Iq 不应随着输出电压的增加而增加、但如果输出端存在负载、电流消耗将会增加。

    器件的温度将取决于输出电压、环境温度、器件的 IQ 和运行期间的输出电流。 如 需更多信息、我建议观看有关功率和温度的 TI 高精度实验室视频。

    谢谢、

    Tim Claycomb

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    尊敬的 James:

    U2必须驱动的确切负载是多少? 您告诉我们应该连接一个 ADC? 您能否向我们展示该 ADC 的接口电路原理图?

    Kai