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[参考译文] OPA197:V+轨失真

Guru**** 2526700 points
Other Parts Discussed in Thread: OPA197, OPA192, OPA388

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/736127/opa197-distortion-by-v-rail

器件型号:OPA197
主题中讨论的其他器件: OPA192OPA388

您好!

当 OPA197 (和 OPA192)用作麦克风前置放大器时、随附原理图上的 V+轨会失真输出信号。

e2e.ti.com/.../OPA192.xlsx

我们已经检查了 V+电源轨之后的失真情况、并在 MIC1 (13p)短接时消失。

这种失真不取决于信号频率、偏置电阻器(R1)值。

为什么会发生这种失真?

是否有任何权变措施?

此致、

Kuramochi

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    您好 Kuramochi、

    我不知道您在 OPA197输出端观察到的失真的原因是什么、因此我们必须确定失真的发生原因。 您可以通过回答以下问题来帮助我们:

    • 失真发生时的输入源是低阻抗输出信号发生器还是麦克风元件?
    • 除 DSO 外、是否有负载连接到 OUT 引脚?
    •  电容器具有哪种电介质(尤其是 MIC1、13pF)、即 X7R、Z5U、C0G 等?
    • U1是否有从 V+和 V-接地的电源旁路电容器?
    • 您是否可以在 MIC1 (13pF)短接和不短接的情况下捕获 OPA197 IN+输入端的信号和输出信号的 DSO 图像?

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程

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    Thomas - San、

    感谢你的答复。
    我在下面回答。

    失真发生时的输入源是低阻抗输出信号发生器还是麦克风元件?

    低阻抗输出信号发生器。


    除 DSO 外、是否有负载连接到 OUT 引脚?

    否、仅 DSO。

    电容器具有哪种电介质(尤其是 MIC1、13pF)、即 X7R、Z5U、C0G 等?

    正在确认。

    U1是否有从 V+和 V-接地的电源旁路电容器?

    正在确认。

    您是否可以在 MIC1 (13pF)短接和不短接的情况下捕获 OPA197 IN+输入端的信号和输出信号的 DSO 图像?

    正在确认。

    稍后我将回答"确认"。

    此致、
    Kuramochi
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    您好 TQ、

    当您降低 R1...时、失真消失。

    R1=30G? 对吗? R1为何如此高?

    Kai
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    没错。 自己考虑。
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    您好 TQ、

    由于您的输入阻抗非常高、您可能会看到运算放大器的非线性和输入电容及输入偏置电流的电压可靠性产生的效率。 您的输入信号会调制这些寄生效应、并形成依赖于电平的分压器。 一种补救方法是增加电源电压或降低输入电压、并通过这种方法使输入信号远离电源轨、此时非线性度可能会增加。

    另一个苯胺是输入端电容器的电介质吸收和电压依赖性。 这就是 Thomas 询问您使用什么电容器的原因。 只能使用 C0G (NP0)电容。

    Kai

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    Kai-San、

    感谢您的建议。

    我明白了。
    如果您的推测正确、IN+波形也应失真。

    此致、
    Kuramochi
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    大家好、Thomas - San 和 Kai - San、

    很抱歉跳进、但请允许我添加我的评论。

    这个问题似乎是交叉失真,因此 OPA197支持真正的轨到轨输入和输出,如 OPA388?

    此致、
    加藤

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    您好 Kato、

    是的、当我看到这些数字时、我的想法完全相同... :-)

    让我们等待 Thomas 对此说些什么...

    Kai
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    您好 Kato-San、

    图51显示 了 OPA197 P-ch/N 沟道转换区域 出现在正电源轨以下约2V 的位置。 当我查看 Kuramochi-San 所提供的图像时、它看起来像正电源轨以下1.5V 左右发生失真、因此 它很近。 但是、图51仅显示了由于输入交叉转换导致的大约50uV 的偏移变化。 我认为我们无法看到 DSO 图像的微小变化。 左侧电压标度的最小分频值为50mV、与50uV 相比非常大。

    另一个问题是、当 MIC1 (13pF)短接时失真消失。 我不得不认为、在施加的电压电平(电压系数)下会出现电容非线性。  我们 观察   到使用 特定电容器电介质的有源滤波器中的电压电平引起的失真。 在低信号电平下不存在失真、但随着滤波器的输入电压和 有源滤波器电容器上  的输入电压增加、观察到波形失真。 将电容器更改为 C0G 电介质可消除失真。  

    我想给 Kuramochi-San 一个机会来调查和回答我最初的问题。 我不排除输入交叉失真、但我还不想排除所有其他 问题。

    非常感谢您的宝贵意见。

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程

     

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    大家好、Thomas - San、

    感谢您的解释。

    如果观察 C1电容器和 GND 之间的节点电压、或者使用示波器观察 R1电阻器和 GND 之间的节点电压、我们可以判断根本原因是 MIC1电容器。
    我想等待库拉莫奇-圣的答复。

    此致、
    加藤

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    大家好、Thomas - San、

    我回答 Thomas-San 的问题如下:

    >电容器具有哪种电介质(特别是 MIC1,13pF),即 X7R、Z5U、C0G 等?

    MIC1是一个云母电容器(称为 DM5C120J1)。 它不应具有压电效应、因为它不是陶瓷电容器。

    仅限日语页面→www.matsuzakidenki.co.jp/.../

    >U1是否将电源旁路电容器从 V+和 V-接地?

    是的。 每个电源轨都有0.1uF 电容器。

     是否可以在 MIC1 (13pF)短接的情况下捕获 OPA197 IN+输入端的信号和输出信号的 DSO 图像?

    请参阅随附的文件。

    e2e.ti.com/.../OPA197-waveform.xlsx

    此致、

    Kuramochi

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    您好、Kuramochi-San、

    感谢您提供信息。

    它们是使用 OPA197获得的±9V 数据吗?
    如果是、我认为这种失真是由 MIC1电容器(13pF)引起的。
    那么、如果移除两个 OPA197、您能否捕获 R1和 GND 之间的节点电压?

    此致、
    加藤

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    Kuramochi-San、

    云母电容器通常具有具有低电压/系数的高质量电介质。 是否有可能用 C0G 电容器替代现有的云母电容器? MIC1电容器短路时失真消失的事实表明我们还不了解这一点。

    此致、Thomas
    精密放大器应用工程
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    Kato-San、Thomas-San、

    感谢你的建议。
    我认为这个云母电容器与这个失真无关、因为正如我在第一篇文章中提到的、这个失真沿着 V+轨。

    此致、
    Kuramochi
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    您好、Kuramochi-San、

    是否可以清楚地证明 MIC1电容器不是根本原因?

    此致、
    加藤

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    您好、Kuramochi、您好、Thomas、您好、Kato、

    也许我错了、但我认为它与输入偏置电流的非线性度有关。 我们正在寻找一种遵循轨道且行为相当急剧的东西、对吧? 输入从 N 沟道转换到 P 沟道级的区域跟随电源轨、导致输入偏置电流急剧变化、如数据表的图12所示。 通常、输入偏置电流的这种极小的变化是不可见的。 但在这里、由于输入阻抗极高、它变得可见:

    缩放:

    当输入电压从0V 上升到0V 时、首先有一个输入偏置电流从节点流出。 它会导致输入阻抗上的压降、从而使输入电压略有增加。 当输入电压达到低于电源轨约1.5V...3V 的某个点时、输入偏置电流急剧下降、并由此导致输入阻抗上的压降。 因此、正弦信号会中断:

    Kai

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    您好 Kai、

    今天上午、我  和我的同事 Marek Lis 讨论了 OPA197输入失真问题的各个方面、他设计了一个数字的 TI CMOS 精密运算放大器。 WEDO 认为与 N 沟道转换区域相一致的失真与输入偏置电流有关  ,如您在响应中所述。

    在共模电压(VCM)介于正电源轨及正电源轨以上的大约1.5V 范围内完全正常运行的 N 沟道器 件比在 VCM 范围的其余部分有效或部分有效的 P 沟道器件小得多。 由于其较小的结温、其输入电流小于 P 沟道器件处于活动状态的时间。 图 您提供的12个图显示了在 N 沟道器件完全处于活动状态的 VCM 区域中如何降低输入电流。

    表或图中不明显的特征是结电容如何随 VCM 变化。 实际上 、CMOS 晶体管上的输入电容与 关闭 CMOS 晶体管的输入电容不同。 因此、当 VCM 从负电源轨电平移动到整个输入范围到正电源轨时、OPA197的输入电容 会发生变化。 这在 VCM 点尤其明显、其中 P 沟道器件完全关断、N 沟道器件完全导通。 此时电容变化和输入偏置电流变化的影响 最为明显。

    Kuramochi-San 的电路使用一个极高值30千兆欧的输入偏置电流返回电阻器。 我怀疑由于在转换点上结电容的充电/放电而导致的输入电流变化会导致输入上的电压变化。 输入电路包含一个交流分压器、 与 未短接的情况相比、短接 MIC1可显著降低源阻抗。  这会影响  电路的充电/放电特性 、从而大大减少输入转换点的微小电压变化。

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程

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    大家好、Thomas - San 和 Kai - San、

    感谢您的解释。

    我明白了、您能告诉我如何详细改进这个问题吗?

    此致、
    加藤

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    您好 Kato、

    正如我先前所说的:一种补救办法是增加电源电压或降低输入电压、并使输入信号远离转换区域。

    Kai

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    您好、Kai-San、

    感谢您的快速回复。

    我还有一个问题,请问您是否有可用的运算放大器而不是 OPA197?

    此致、
    加藤

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    尊敬的 Kato:

    Thomas 应该回答这个问题。

    Kai
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    Katso-San、

    OPA197输入设计是一种集设计、由于特有的极高源阻抗和大信号操作集可练习整个共模输入范围、因此会出现观察到的行为。 OPA197设计已经过设置、因此我们无法在其中更改任何内容。 以下是一些想法:

    • KAI 的建议- "一种补救方法是增加电源电压或降低输入电压、并使输入信号远离转换区域。" 如果这些想法中的任何一个都能得到采纳,它们就应该 提供一个解决方案。
    • 如果可以更改输入电压 RC 分压器以减小施加的共模电压、从而使 N 沟道转换区域不会出现交叉、则可以通过以略高于+1V/V 的增益运行 OPA197来补偿输入信号电平的降低 增益的小幅增加对 THD 的影响应最小。
    • 我怀疑、将30千兆欧电阻降低10倍(或更多)并将输入电容增加10倍(或更多)会 降低 N 通道转换时的失调电压变化影响。  然后、问题就变成了麦克风响应如何受到负载阻抗变化的影响。
    • TI 的所有高电压精密运算放大器都使用 P 通道/N 通道设计来实现轨到轨输入共模电压范围、因此在极高源阻抗应用中应用其他精密放大器时、可能会在一定程度上观察到这种影响。

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程

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    大家好、Thomas - San、

    感谢您提供信息。

    我明白了。

    此致、
    加藤

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    团队、

    感谢您的大力支持!!!

    此致、

    Kuramochi

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    Kuramochi-San、

    我们很高兴为您 提供 OPA197查询帮助。 我想、当在极高源阻抗应用中使用时、我们都学到了有关 P 通道/N 通道输入行为的新知识。

    如果您可以关闭此 E2E 咨询、这将对我们有所帮助。

    Dewa mata, Thomas

    精密放大器应用工程