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[参考译文] THP210:高阻值反馈电阻器

Guru**** 1640390 points
Other Parts Discussed in Thread: THS4551, THP210, THS4561, 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/1208361/thp210-large-value-feedback-resistors

器件型号:THP210
主题中讨论的其他器件: THS4561TINA-TI、THS4551

您好!

我打算将 THP210用于电能计量应用。 连接到 THP210的传感器提供非常高的输出阻抗(传感器是 kV 电压应用的电容分压器)。

那么、我应该为输入和反馈使用值非常大的电阻器。 兆欧姆范围内。

THP210将用于进行负增益约为-8dB 的单端至差分转换。

Rin 电阻约为3.3mega 欧姆、Rfb 约为2.6兆欧姆、和一个10pF 的小电容在//中带有 Rfb。

我将使用特定的布局来避免寄生杂散电容、尤其是在 THP210的输入区域、我不知道是否应该再考虑一个因素来实现这样的设计、 但是、当我在数据表上阅读以下陈述时、我试图接受 TI 培训、但找不到:

kΩ 电阻值(Rf > 100k Ω)与放大器输入电容相互作用、在中产生零点
会由反馈网络进行衰减。 必须添加补偿以补偿潜在的不稳定源;请参阅 TI
高精度实验室 FDA 稳定性培训、提供有关设计合适补偿网络的指导。

我在 TI 网站上找不到 FDA 稳定性培训、我找到的唯一视频是关于增益和相位裕度、更不用说大值反馈电阻器和稳定性。

如果有人可以帮助我找到我应该采取什么样的预防措施,以获得使用 THP 210的大值电阻器的稳定性?

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    这是我计划使用的原理图

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    可能比您想要的要多、但此处是适用于此处的有关反相补偿的原始文章。 本质上、FDA 输入端的反馈电容器和差分 C 可形成较高频率噪声增益、您通常希望其为2或更大。 另外、不确定为什么要将100欧姆电阻放在环路内部、我有时会在单位增益下不是超级稳定的 THS4561这样的器件上执行此操作、然后我还在环路 R 内部的输出侧抽头反馈 C。 此外、输出端的直接 CLoad 可能是个问题、可能需要一些较小的 R 来帮助相位裕度。  

    https://www.edn.com/unique-compensation-technique-tames-high-bandwidth-voltage-feedback-op-amps-2/

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    您好、Briquel:

    我已经使用补偿方法对原始电路(A)和电路(B)进行了分析、方法是在 FDA 输入端添加差分电容器、正如 Michael 建议的那样。  电路(B)可提供出色的高频衰减、以实现抗混叠功能。

    电路 A:原始电路(稍作修改)

    使用上面显示的电路、其中 Rfb= 2.6MΩ Ω、Rin= 3.3MΩ Ω、Cfb 为3pF、如上面的电路原理图所示。 (我不确定是要10pF 还是3.3pf 反馈、我使用原理图上显示的3.3pF 反馈进行了分析)

    该电路具有-2.16dB 的衰减。 整个电路的转角频率约为 f (-3dB)= 16.6kHz。  我在反馈环路之外的 FDA 的输出端添加了22Ω Ω 电阻器、以提高驱动输出2.2nF 反冲滤波电容器时的稳定性;并在验证相位裕度时将环路内的电阻器从100 Ω 略微降低到68Ω Ω。

    下面是稍作修改的电路、显示了交流小信号频率响应和以 μ μVRMS 为单位的仿真总输出噪声:

    TINA-TI 电路(A)频率响应和总输出噪声仿真文件:

    e2e.ti.com/.../THP210_5F00_CircuitA_5F00_closedloop_5F00_forum.TSC

    电路(a)的稳定性分析: THP210借助2.6MΩ Ω 反馈电阻器保持稳定、在本例中、在输出端添加了22欧姆电阻器、以确保 FDA 能够稳定地驱动输出端的22nF 容性负载。 我使用了与 TI 高精度实验室相同的开环稳定性分析方法。 仿真显示了63.9度的相位裕度。

    进行电路开环稳定性分析的 TINA-TI 文件(A):

    e2e.ti.com/.../THP210_5F00_CircuitA_5F00_stability_5F00_Forum.TSC

    电路 B:在 FDA 输入端使用 CS 电容器  

    使用上述 Michael S.开发/建议的方法。 THS4551数据表中也介绍了该方法。  请参阅 THS4551数据表第45-48页的公式11、12、13和14以及说明:

     

    求解 THP210的低频噪声增益 NG1 = 1 + RF/RG = 1.788V/V 且增益带宽积 GBP = 9.2MHz。

    使用 Excel、我根据需要修改了 NG2、以获得大约~18.6kHz 的转角频率 f (-3dB)(与原始电路相似)。  

    这将在 Excel 中产生以下 CF 和 CS 结果:(使用等式11、12、13和14)。

    注意: 在此计算中、CS 等式(13)除以2:

    下面是交流频率响应的电路/仿真结果、以及以 μ µVRMS 为单位的总输出噪声。   

    下图显示了电路 A 和电路 B 的频率响应和噪声性能。

    电路 B 提供-60dB/十倍频程的斜率、为抗混叠提供更高的衰减、但总输出噪声会有所折衷:

    TINA-TI 电路(B)频率响应和总输出噪声仿真文件:

    e2e.ti.com/.../THP210_5F00_CircuitB_5F00_closedloop_5F00_forum.TSC

    另外、我验证了电路(B)的稳定性、可提供64.91度的相位裕度(稳定)。

     

    进行电路开环稳定性分析的 TINA-TI 文件(B):

    e2e.ti.com/.../6215.THP210_5F00_CircuitB_5F00_stability_5F00_Forum.TSC

    谢谢、此致、

    路易斯

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    您好、Luis、Michael、

    哇,感谢这么快的回答! 看起来您错过了1.6兆欧姆电阻器、其为传感器提供了3.3+3.3+1.6+1.6=9.8兆 欧姆的总输入阻抗。

    此外、TINA 仿真(其中一个输入引脚连接到 VGND - 2.5VDC)中也不存在单端至差分特性。

    无论如何、如果我在 OPA 输入端添加一个电容器、该电容器将处于//与两个1.6兆欧姆电阻器一起使用。

    将在 OPA 的输出和 FB 路径之间增加电阻器空间。

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    嘿、Briquel 和 Luis、  

    我还看到、Luis 已将反馈 C 抽头到输出侧、这种情况更好、并在输出端向容性负载添加了一个 iso R。 这些也是好主意、  

    我在 THS4551数据表中还有一个与"设计衰减器"第10.1.6节相关的部分。  

    即使是简单的 MFB 滤波器设计也存在稳定性问题。 我在完成 THS4561电路首页之前、就非常欣赏谐振开环 Zo 是如何通过 MFB 中所需的反馈 C 进入环路相位裕度的、在这里、我修改了该设计、  

    e2e.ti.com/.../7450.THS4561-front-page-MFB-updated-ckt-Aug2018.docx

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    感谢 Briquel 和 Michael。

    此致、

    路易斯

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    非常感谢先生,特别是共享的 Tina 文件,这节省了我很多时间!

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    您好、Briquel:

    谢谢、很高兴为您提供帮助、

    此致、

    路易斯