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[参考译文] OPA4227:OPA4227/积分器/正交振荡器

Guru**** 675280 points
Other Parts Discussed in Thread: OPA4227, TLV2474, TINA-TI, LM317, LM337, LM13700, TLV2472, UAF42
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/755158/opa4227-opa4227-integrator-quadrature-oscillator

器件型号:OPA4227
主题中讨论的其他器件: TLV2474TINA-TILM317LM337LM13700TLV2472UAF42

您好!

根据 TI 关于正弦波振荡器的应用手册(第8.5节)、我设计了一个基于积分器的正交振荡器、该应用手册使用运算放大器 OPA4227。 根据应用手册、振荡器输出看起来不错、 我的仿真输出看起来也很清晰。 但是、在我的 PCB 设计中、尽管遵循了所有良好的 PCB 设计规则以避免任何电源噪声、耦合噪声等、但我仍会在振荡器输出端获得互调失真 有人可以告诉我原因是什么、我如何克服这个问题。

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    Shambhulingayya、您好!

    如果我们有 OPA4227正交振荡器电路的完整原理图、那会很有帮助。 请包含电源信息以及您已捕获的显示互调失真(IMD)的正交输出信号的任何图像。

    IMD 是由两个或更多个不同频率的混合产生的。 由于这是一个振荡器电路、因此任何 IMD 都很可能是基频与 其中一个谐波混合的结果。 例如、与基波的三次谐波混合、例如 f1 + f3等 我们需要 确定它 实际上是 IMD 还是其他类型的失真。

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程

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    非常感谢 Thomas 的回复。

    是的、这里是电源信息...

    使用7805/7905稳压器生成的+/-5V 锂离子电池电源。 我已经检查了 DSO 中的电源噪声、看起来不错。

    请查找随附的输出图像和视频...

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    Shambhulingayya、您好!

    我仍然需要查看您的正交振荡器电路的完整原理图。 我了解您的电源布置、但不知道您尝试生成的频率、或 电路中使用了哪些元件值。

    您提供的蓝色波形更像是具有 低频 调制更高频率的振幅调制包络。 红色 FFT 显示屏 可能仅适用于低 调制频率、而不 适用于高得多的频率成分。 在这种情况下、OPA4227的振荡频率可能比预期频率高得多。 正交振荡器的输出应该只是预期频率上的正弦和余弦波、而不是调制包络。

    发布的 TI 正交振荡器电路中使用的原始运算放大器是 TLV2474、这是一款 CMOS 轨到轨输入/输出运算放大器。 OPA4227是不属于轨到轨输入或输出的双极运算放大器。 由于本文中的简单正交振荡器电路没有任何自动增益控制(AGC)、因此可能超出余弦级的 OPA4227输入共模电压(VCM)范围。 如果发生这种情况、运算放大器的行为可能不符合预期。 此外、由于输出不会达到轨到轨、因此开环增益会崩溃并破坏运算放大器的正常线性运行。

    我建议尝试使用 TLV2474或电路中其他合适的 CMOS 轨到轨运算放大器、并查看您获得的结果。 如果电路仍然使用轨到轨运算放大器产生调制包络输出、则电路中还有一些不太合适的东西。

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程

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    Shambhulingayya

    我们尚未收到您的回复、因此我们假设这已回答您的问题。 如果不是、只需发布另一个答复。

    谢谢
    Dennis
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    尊敬的 Thomas:

    非常感谢您的详细解释。 好的、我已经订购了 TLV2474并等待它的发货。 但是、有一个观察结果是、我已经使用 TINA-TI 和 OPA4227 宏模型对电路进行了仿真、但我没有看到互调问题。 是否知道为什么即使我使用 了 OPA4227宏模型、但它在仿真中起作用、这不是输入轨到轨运算放大器?

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    Shambhulingayya、您好!

    Thomas 已经两次要求您为我们提供您的电路原理图。

    无原理图、无帮助...

    Kai
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    对不起、Kai、

    我使用的原理图与 TI 正弦波振荡器应用手册(第8.5节)中的原理图完全相同。 在这里...

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    Shambhulingayya、您好!

    我根本无法使电路在 TINA-TI 中运行。 您能给我提供 TINA-TI 文件吗?

    Kai

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    是的、Kai、这里是...

    e2e.ti.com/.../Quadrature_2D00_Oscillator_2D00_24_2D00_12_2D00_18.TSC

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    Shambhulingayya、您好!

    谢谢、现在就可以使用了!

    不过、我看到 OPA4227的失真很大、主要是在余弦输出端。 使用 TLV2474时、失真要低得多、几乎不可见。 因此、我和 Thomas 一起、您应该尝试一下 TLV2474。

    但不要对该正交振荡器期望太高。 由于它不包含真正的振幅稳定、因此将始终存在一定的失真。

    Kai
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    尊敬的 Thomas 和 Kai:

    正如您所建议  的、我使用 Kethley 直流电压电源尝试了 TLV2474、但仍然存在互调和振幅不稳定性问题(附件中的 P.S)。 现在、我非常好奇、尽管具有轨到轨输入的 OPAMP 可确保线性、但它会导致这种互调和振幅不稳定的原因是什么。 如果您能解释一下、那就太棒了...

    谢谢:)

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    Shambhulingayya、您好!

    5V 和-5V 电源电压是否干净且稳定?

    这些是否属于您的范围内的伪影? 从非常小的水平时间常数开始、以小步长增加。

    不应使用示波器探头直接接触 OPAMP 的输出。 插入大约100R 的小电阻。

    Kai

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    尊敬的 Kai:

    目前、我使用的是 Kethley 直流电源+/- 3V、这相对稳定、但我可以从电源中看到50Hz 的噪声。 但是,除了50Hz 噪声之外,我还能够看到其他频率(由于互调)和振幅不稳定性。 由于 TLV2474 的工作电压低于3V、我想使用具有+/-3V 的电池电源、但我没有找到 TI 的+/-3V 稳压器。 因此、我使用了来自 Kethley 的直流电源。 如果您知道任何输出小于3V 和大于1.5V 的稳压器、请告诉我。 BTW、我认为示波器中没有伪影、因为 DSO 和我使用的探头处于非常好的状态、我还通过检查示波器上的函数发生器输出来验证了这一点、非常清楚。 我不明白"从非常小的水平时间常数开始、以小步长增加"是什么意思、您可以详细说明一下吗?

    谢谢你

    Shambhu

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    Shambhulingayya、您好!

    我的意思是、您应首先将时基(水平刻度)设置为1µs μ A/DIV、然后设置为2.5µs μ A/DIV、再设置为5µs μ A/DIV、然后设置为10µs μ A/DIV 等。 这可以避免信号频率和 DSO 采样率之间的这些混乱殴打和其他采样伪影(混叠)。

    您可以使用 LM317/LM337生成低于+5V/-5V 的电源电压。

    Kai

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    尊敬的 Kai:

    PFA DSO 输出具有1us 至10S 的不同时间常数。顺便说一句、为了回答您之前的问题、在 OPAMP 输出和 DSO 探针之间、我使用了单位增益缓冲器、甚至在使用缓冲器之后、我是否需要插入100欧姆电阻器?

    e2e.ti.com/.../8780.outputs_2D00_at_2D00_different_2D00_time_2D00_constants.zip

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    Shambhulingayya、您好!

    请阅读 TLV2474数据表第15页的"驱动容性负载"部分、并参阅图41、42、请记住、示波器探头将容性负载呈现到 OPAMP 的输出端。

    Kai
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    谢谢 Kai。 我明白了、现在就试试吧。

    顺便说一下、我正在寻找其他正交振荡器架构、例如基于 LC 的架构。 您能否建议是否有 任何基于 LC 的正交振荡器 IC。

    谢谢你

    Shambhu

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    Shambhulingayya、您好!

    您是否只需要正弦波发生器? 或者、您是否需要组合正弦波和余弦波发生器?

    Kai

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    您好 Kay、

    我需要一个组合正弦波和余弦波发生器。 这将用于 I 和 Q 生成。

    谢谢
    Shambhu
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    Shambhulingayya、您好!

    您需要什么频率?

    Kai
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    尊敬的 Kai:

    我需要低频任何介于200Hz 至1.5kHz 之间的值都应该可以。 这适用于锁存放大器应用。

    谢谢
    Shambhu
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    您好、Shambhu、

    对于锁定应用、您只需要方波、对吧? 然后、我将使用两个触发器来实现它、如下所示:

    www.markimicrowave.com/.../

    Kai
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    抱歉、没有 Kai、目前我们已经有一个方波、但出于某些原因想要将其更改为单音调正弦波。 因此、需要一个单音正弦波和余弦波发生器。

    谢谢
    Shambhu
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    您好、Shambhu、

    构建正交振荡器的另一个想法是使用 CA3080或 LM13700等 OTA、如下所示:

    www.experimentalistsanonymous.com/.../LM13700正弦波 VCO.pdf

    或者、您也可以使用具有振幅稳定功能的状态变量滤波器来获取正弦-余弦发生器、如下所述:

    sound.whsites.net/.../sinewave.htm

    Kai
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    非常感谢 Kai。 让我仔细研究一下它们...
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    Shambhu

    我们尚未收到您的回复、因此我们假设您能够解决您的问题。 如果不是,则发布另一个答复。

    谢谢
    Dennis
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    尊敬的 Dennis:

    正如在前面的对话中所说、互调问题尚未解决、Kai 先生随后建议我不要依赖该正交振荡器(我按照 TI 正弦波振荡器应用手册[第8.5节]中所述制作的正交振荡器) 后来、他让我使用一些我正在探索的其他正交振荡器架构。

    谢谢
    Shambhu

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    Shambhulingayya、您好!

    当我查看您捕获的各种 DSO 图像时、我仍然得出结论:波形是意外振荡条件的波形、 而不  是预期的受控频率输出的波形。 由 Ron Mancini 提供的原始 TI 模拟应用学报文章介绍 了传统运算放大器正交振荡器电路、该电路已有大约5或6个十年的历史、TI 对此并不是唯一的了解。 有一个 MIT 在线资源显示了 Ron 电路中使用的拓扑。  您可以在此处找到该资源:

    如果困扰 TLV2472电路的问题是意外振荡、则是  Ron 和 MIT 资源中讨论的领域之外的问题导致的、需要进一步调查。

    我对 两个运算放大器 TLV2472正交振荡器运行了 TINA Spice 仿真、并观察到意外情况。 电路最初在预期频率振荡、但随后振荡在大约60ms 内衰减。 我不知道实际电路是否会表现出这种行为、但如果表现出这种行为、可能会解释没有预期的振荡以及正弦和余弦波输出。 这可能是由于 TLV2472仿真模型存在一些缺陷。 您可以在此处看到该结果:

    Ron 在他的文章《Bubba 振荡器》中提到了另一个正交振荡器电路。 我想看看它是否表现出与原始电路相同的阻尼输出行为。 当我仿真 Bubba 电路时、只要 我将运算放大器共模电压偏置到电源范围的中间位置、它就会提供持续的正弦和余弦输出波形。 您可以在此处看到该结果:

    我发现这个结果的一个问题是正弦和余弦输出的输出振幅有点不同、但我认为  正交输出振荡器可能会出现这种情况。 我想我会倾向于尝试使用此电路、看看您是否成功地实现了您所追求的结果。

    如果您想尝试仿真 Bubba 振荡器电路、这里是我的 TINA Spice 文件:

    e2e.ti.com/.../TLV2472_5F00_Bubba_5F00_Osc_5F00_01.TSC

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程

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    感谢 Thomas 的回复、很抱歉我的回复很晚...

    我想、您获得的阻尼输出是由于 TINA TI 设置问题。 有关设置,请转至“分析”-->“分析参数”-->“TR 最长时间步长”(将其更改为“微”或“毫微”)...

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    Shambhulingayya、您好!

    是的、TINA 仿真中看到的正交振荡器的阻尼输出背后的 TR 最大阶跃。 我以前没有遇到过振荡器的问题。 我发现、如果对 Bubba 振荡器的仿真时间足够长、并且 TR 最大值未减小、则它也会被阻尼。 这样做只需要较长时间。

    TINA 帮助信息列出了:

    TR 最大时间阶跃(TMAX、.Tran 阶跃上限值)-瞬态分析中的时间增量不能超过此处指定的值。 减小此参数是一种简单的方法、可以获得更精细的曲线和更准确的结果、但会增加计算时间。

    TR 设置为默认值10 G、因此将其降低到10 u 是时间增量的急剧减少。 将其降至如此低的数字肯定会增加更多的计算点、但我不确定为什么振荡不发生变化就会减弱。 然而、电路似乎很容易振荡。

    感谢您的反馈、TR 感知是一个很好的信息。

    此致、Thomas
    精密放大器应用工程
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    尊敬的 Kai:

    我正在尝试"使用状态变量滤波器的正弦-余弦发生器"(由您建议)、如应用手册"www.ti.com/.../sbfa013.pdf"中所述。 尝试在 TINA TI 中进行仿真、但无法获得任何振荡。 您能告诉我其中的问题是什么吗? 请查找随附的 TINA 文件...

    e2e.ti.com/.../state_2D00_variable_2D00_filter_2D00_based_2D00_quad_2D00_Osc.TSC

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    Shambhulingayya、您好!

    我对您在 TINA 中创建的状态变量振荡器文件没有取得很大进展、因此我决定采用不同的方法。 我有一个分立式 UAF42模型、我发现它更易于 使用和使用它来设置状态可变振荡器电路。 我能够使其轻松振荡并产生0、90和180度输出、但每个输出的振幅仅为几十微伏。 我按照原始的 UAF42应用公告 AB-096重新调整了 R1、R2和 R3、R4比率、这不会影响输出幅值。 无论如何、该电阻器比率只应 影响最大输出电平。

    我已将瞬态仿真超时调整了很长时间、发现了这个问题;振荡器需要大约0.5秒才能启动、至少 在仿真中是如此。 大约0.5秒后、输出振幅接近预期的峰值输出电平。 输出波形应以频率、相位和振幅表示。

    在这里、您可以看到我使用 TINA 仿真的状态变量振荡器电路的仿真电路:

    这里是显示启动和稳态输出的输出波形:

    我已附上 TINA 仿真 文件、以便 您可以尝试自己的想法。

    e2e.ti.com/.../UAF42_5F00_Quad-_5F00_Osc_5F00_01.TSC

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程

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    非常感谢 Thomas。 它现在可以工作了。 顺便说一下、您是如何获得 您使用的模型的、而且我很好奇地知道、为什么我使用的由 TINA 提供的宏模型不起作用。

    现在、我将在实际硬件上尝试该振荡器、并在这里更新、就像我获得结果时一样。

    此致

    Shambhu

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    Shambhulingayya、您好!

    很抱歉我的答复被推迟了。 我目前正在为 TI 工作、在外出时、我没有太多时间参与 e2e 讨论。

    UAF42仿真模型是在几十年前由开发该器件的工程团队开发的。 我不知道模型设计的基础、但也知道我在使用它时遇到了问题。 我当然可以对其进行逆向工程并尝试确定其问题、但我知道这需要很多时间、我简直无法避免。 我没有这么做、而是决定创建用于正交振荡器仿真的模型。 我已将其用于其他 UAF42有源滤波器应用、它非常适合这些应用。

    请告诉我、状态变量正交振荡器的工作台版本是否可以根据需要工作。 我们花了很多时间来回研究这个问题、很高兴知道这个新设计是否能满足您的应用需求。

    此致、Thomas
    精密放大器应用工程
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    感谢 Thomas 的回复。

     目前我已订购 UAF42 IC。 交付后、我将尝试并更新您的信息。

    此致

    Shambhu

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    Shambhu

    您是否获取了这些器件并构建了电路? 这是否解决了该问题? 如果您有更多问题、只需发布另一个回复。

    Dennis