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[参考译文] THS4141:稳定时间

Guru**** 670150 points
Other Parts Discussed in Thread: THS4141, THS4131, THS4151
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/713581/ths4141-settling-time

器件型号:THS4141
主题中讨论的其他器件: THS4131THS4151

大家好、

当我的客户使用以下电路评估 THS4141时、0.01%的稳定时间会更长、如下所示。
在 THS4141的数据表中、0.01%的稳定时间为304ns (典型值)、但在评估结果中需要很长时间。

当差分输入从-10V 更改为0V 时、可获得差分输出波形。输出电平稳定上升、以收敛到0V。

为什么上升波形会像这样缓慢?
您是否会就如何解决该问题向我提供建议?

THS4141的每个输出均通过两根75 Ω 同轴电缆进行连接、并直接连接到示波器进行观察。
示波器的 MΩ 阻抗设置为1k Ω。

μs、当使用同一电路评估 THS4131时、在大约20 μ s 的时间内收敛于0.2mV 以内。

此致、
Toshi

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    您好 Toshi、

    我们在示波器图上看到了什么? 您说 y 标度为100mV/格。 但曲线是橙色的、而不是黄色的。 橙色曲线的值为2mV/格。 是这样吗?

    10V 的0.01%为1mV。 因此、我们需要查看橙色曲线在1mV 线路上的位置。 THS4141的阻值约为10µs Ω、THS4131的阻值约为6µs Ω。 这是有道理的、因为 THS4131比数据表中的 THS4141快一点。

    但是! 您可以使用数据表中的所有不同电路来测量稳定时间! 数据表使用+/-5V 电源、而不是+/-15V 电源。 它还使用了不同的反馈电阻器、更小的反馈电容、更小的信号以及最后但同样重要的是、总的不同输出负载、仅800R 电阻。 如果您将电缆连接到输出、则会得到完全不同的稳定时间结果。

    Kai

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    您好、Kai-San、
    感谢您的回复。
    是的、橙色曲线的值为2mV/格。 差分输出由示波器 CH1和 CH2获取、差值通过计算显示。
    此外、它们还观察到 THS4151进行比较。 将输出设置为-1mV 的时间大约为40至50us。
    我们知道收敛时间随电路常量等参数而变化、但我们认为在建议的工作范围内变化超过10倍是不常见的。
    请您就此问题向我们提供您的意见吗?

    此致、
    Toshi
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    您好 Toshi、

    考虑由 R3/R4和 C3/C4创建的反馈路径中的 RC 滤波器。 与数据表中的 RF=510和 Cf=1pF 相比、使用您的值时、截止频率降低了105x。 此外、您还在36欧姆和120pF 的负载下添加了额外的 RC 滤波。 为了加快速度、应尽可能减小反馈 RC 值和输出 RC 值(理想情况下通过阻抗匹配)。

    此致、

    肖恩
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    您好、Sean - San、
    感谢您的建议。

    根据您的建议、我的客户尝试了以下实验。 但结论没有得到预期的改善。

    [测量结果]
    ·由于反馈电容降低(51pF→33pF)、响应能力没有变化。
    ·Ω 电阻(RF)=输入电阻(Rg)更改为500k Ω、但响应能力没有变化。
    ·由于负载能力降低(120pF→50pF)、响应能力没有变化。
    ·由于输入电压降低(±10V→±5V)、0.01%-收敛时间无变化。

    因此、我的客户询问是否可以共享数据表中描述的类似条件下的实验结果或评估数据。

    此致、
    Toshi
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    您好 Toshi、

    除数据表中共享的实验结果外、我们没有其他任何实验结果。

    但是、您并没有显著降低组件值。 通过减少 CF 50p->33p 和 RF 1050->500,您只将1/(2 * pi*r*C)反馈带宽减少了3.18x,与数据表测量值的105x 差异相比,该带宽较小。

    产生如此大的反馈电容的原因是什么? 您可以使用1pF 吗?

    此致、

    肖恩

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    您好、Sean - San、

    我从我的客户那里得到了您的问题的答案、如下所示;

      ===我的客户的回答=========================================================================
      我们必须将带宽设计为低于3MHz 以降低白噪声。
      但是、我们可以在1pF 反馈电容器中评估 THS4141的特性。

      如果我们在1pF 中确认了相同的特性、您能否调查 THS4141响应缓慢的原因?
      ============================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================

    我想补充一点意见。

    1、信号频带约束造成的上升时间瓶颈问题已经解决。

       由于带宽限制、1 BW = 3.0MHz @ RF = 1050、CF = 51pF⇒tr = 117ns
       由于带宽限制、2 BW = 9.7MHz @ RF = 500、CF = 33pF⇒tr = 36ns

    问题是稳定时间过慢、直到达到0.2mV 范围内。


       

        

    这是 THS4141和 THS4151的特性吗?

    我希望这将帮助您理解。

    此致、
    Toshi

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    您好 Toshi、

    如果芯片的输入失调电压高达7mV、理想行为低至0.2mV、这是否不现实? 0.2mV 是10V 阶跃的0.002%! 我认为这些是过多的需求...

    Kai
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    您好、Kai-San、
    感谢您的回答。
    我想讨论一下输出稳定之前的时间、该稳定将包括偏移量。
    THS4141是一款比 THS4131更快的运算放大器、但我们观察到输出以指定的压摆率上升、并且随着接近预期的预定电压、其上升速度将非常慢。
    我想澄清这是一个常数的特点还是设置。

    此致、
    Toshi
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    您好 Toshi、

    您使用的是1Mohm 端接范围。 如果要避免同轴电缆引入的电容、则需要匹配阻抗。 我认为该稳定时间可能等于72欧姆*(240pF +输出电容)的 RC 时间常数?

    此致、

    肖恩
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    Sean - San、
    感谢您的回复。
    我从我的客户那里得到了如下答案;

    我可以让任何人验证稳定时间的特性吗?

    --------------------------------------------------
    稳定时间受输出阻抗限制是错误的。
    输出 RC 低通滤波器使其带宽至少为5MHz。 (R=100欧姆、C=300pF、包括寄生值)、因此、0.01%时的稳定时间应小于200ns。

    我知道分布式恒定电路理论。
    您对阻抗匹配的评论是正确的、但在本例中它是集总恒定电路的范围。
    因为我使用的同轴电缆只有2m (< 1/30波长、包括短路效应)。
    因此、无需考虑阻抗匹配。

    您能否向我展示 THS4141的测量趋稳响应?
    --------------------------------------------------

    此致、
    Toshi
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    您好 Toshi、

    极快的放大器会出现意想不到的0.01%的长稳定时间、这种情况并不少见。 这可能有多种原因。 一个原因是输出端或反馈环路中存在容性负载。 这一点很重要、无需进一步讨论。

    另一个原因是芯片内的辐射吸收、外部电路电容和布线。 希望您只使用 NP0电容器和高质量电缆?

    顺便说一下、如何测量输出信号? 是否将示波器探头直接连接到输出端? 如果是、它是1:1还是10:1示波器探针? 请记住、示波器探头也可能存在稳定时间问题!

    Kai

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    我们正在考虑采用评估结果中的 THS4131、即 THS4131的收敛时间短于 THS4141。
    但是、如果无法澄清 THS4141和 THS4131收敛时间之间的差异、则可能是偶然发生了这种结果。
    此外,有必要考虑因批次而产生的差异,所以如果我们能够在双方分享相同的结果,我认为这是一个安全的材料,那么,请你们在这一问题上给予合作?

    此致、
    Toshi
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    您好 Toshi、

    我们只能保证数据表中指定测试条件下的稳定时间。 如果您重现数据表测试条件、但仍然发现稳定时间延迟、则可以确定此部件是否与其他批次不同。
    在您的自定义测试条件下、10V 的差分阶跃将导致输入晶体管对压摆、这意味着一个输入晶体管将传导满电流、而另一个晶体管不传导任何电流。 这会导致热不平衡、时间常数约为20us。 如果这种"热尾"是导致问题的原因、则可能的解决方案是降低边沿速率或将步长减小到2Vpp。

    此致、

    肖恩
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    我们还在此处讨论了自发热效应对稳定时间的影响:

    e2e.ti.com/.../2650936

    Kai
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    您好、Sean - San、
    感谢您的回答。
    我理解了您的解释、并将尝试与客户讨论此事。

    如果我的客户有其他问题、我将通知您。

    谢谢、此致、
    Toshi
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    大家好、Ki-San、
    感谢您提供有关自发热效应对稳定时间的影响的信息。

    此致、
    Toshi