我们有一个 LED 驱动器设计。
该板的一部分负责所附图上侧所示的 LED 强度电路。
强度控制(调节电压)通过电缆(最长4米)从另一个 D/A 板连接。 调整(强度电压)为0VDC-3VDC。 此电路板如图的底部所示。
有时我们会遇到 LM7321MFE/NOPB (U2)运算放大器的问题：它根本无法(或停止)工作。
我们可以在 PAD3上测量3VDC、但在 U2/1 (或 R6)上测量约为0-0.2V。 当然、PAD4上具有相同的低电压。 放大器似乎未烧坏、无法与所有相关元件正常焊接、而只是简单地没有放大输入电压。
我没有故障百分比,但问题是非常令人不安的,因为它可以从开始后组装或突然后一段时间良好的工作或从开始
您能告诉我们什么可能是问题、我们应该做什么？
你好
因此、您认为导致 LM7321输入端振荡和输出端振荡的 常量 是否会损坏 LM7321？
D/A 设置的电缆电压电平不会频繁地变化(实际上、只在加电/断电时变化超过99%)。
如果我们将添加一个串联电阻器：
1.您推荐的电阻值是多少？
2.在哪里添加电阻器-在电缆的哪一侧?
我们也可以考虑替换 TLV2374IDG4运算放大器。
3.您是否有适合我们并具有相同占用空间的替代方案?
实际上、TLV2374IDG4的完整原理图如下：
在我的图表中、我只显示了一个连接的组装部件。
4.我可以 在 R21 和 R23上添加一些电阻器-类似的电阻器是否有助于解决此问题？
非常感谢。
亚历克斯
尊敬的 Alex：
即使信号没有改变、如果电路不稳定、仍然可能振荡。 这可能会也可能不会损坏 LM7321、具体取决于 TLV2374的电源电压和输出电压。 在任何情况下、这至少会使输出无法预测。
设计此器件的最简单方法是在放大器的输出端使用串联隔离电阻器。 该电容器将放置在靠近放大器输出引脚的电缆之前。 通常只需要一个很小的值、而添加的值越大、可能引入的直流误差就越大。
最简单的 BOM 更改是为 TLV2374增加一些增益、直到输出稳定、然后相应地减小 DAC 输出。 在本例中、我假设 Ref 为 GND。
100欧姆和10增益是随机选择的示例。 所需的隔离电阻或增益大小取决于电缆电容、并且会因放大器而异。
您可以通过探测放大器的输出(如果您使用隔离电阻器、则可以在隔离电阻器之前)来评估电路的稳定性、并测量输入端小信号阶跃的输出响应(小信号<100mV)
解决此问题的最后一种方法是更改放大器。 这是最后的手段、因为您在更改放大器时会更改许多其他变量。
此致！
杰瑞
你好
如果我将现有的 TLV2374替换为 OPA4991IDR、您应该怎么看？ 它是具有更好电容负载驱动能力的相同封装(封装尺寸器件)？
我知道我仍然需要插入一个隔离电阻器。 如果不改变 PCB 的布局、我可以将其焊接在靠近运算放大器输出端的电缆内。 您怎么看？ 我需要多大的电阻值？
关于增益-我更喜欢 在单位增益配置中工作 (否则需要进行应用侧更改以使 D/A 按比例降低)。
此外、我注意到、目前在 BOM 中的 R20和 R22中有一个10K 电阻器。
为了获得单位增益、是否最好将其更改为0欧姆值？
谢谢！
亚历克斯
尊敬的 Alex：
如果我要 用 OPA4991IDR 替换现有的 TLV2374，您认为如何？ 它采用相同的封装(封装尺寸器件)、具有更好的容性负载驱动能力？
这可能有用、但我会确保在 TLV2374和 OPA4991上运行一些稳定性仿真、以确保升级到 OPA4991是更好的选择。 在我们有关稳定性的视频中、您可以在 这里看到如何运行稳定性仿真。
我知道我仍然需要插入隔离电阻器。 如果不改变 PCB 的布局、我可以将其焊接在靠近运算放大器输出端的电缆内。 您怎么看？ 我需要多大的电阻值？
一个好的起点是查看一个100 Ω 的电阻器、并在可用的情况下用预期寄生电容进行仿真。 如果您仍然看到稳定性问题、则增大电阻值。
例如、如果我假设寄生电容为1nF (我不确定您的情况是否属实)、我将构建以下电路：
从结果中可以看到、相补角为42.5度。 这接近我们尝试拥有的45度最小相位裕度的建议值、因此稍微增大 Riso 电阻器将有助于进一步提高电路的稳定性。 我建议查看稳定性视频、以便更好地了解此电路是如何工作的。
使用 Riso 的缺点是进入 LM7321的输出电压会有所下降。 这就是为什么我们说建议起点设置为100欧姆、以最大程度地减小压降效应、同时仍然提高稳定性。
此外、我注意到、目前在 BOM 中的 R20和 R22中有一个10K 电阻器。
为了获得单位增益、是否最好将其更改为0欧姆值？
[/报价]R22在运算放大器的输入和 D/A 的输出之间提供了一定的隔离和限流。 R20仅用于隔离反相输入。 应该不需要这个了。
此致、
R·克利夫
尊敬的 Alex：
是的、拥有 R20可能会导致稳定性问题。 下面是我展示差异的仿真：
无 R20：
与 R20 10k 相同。
我看到了大约20度的相位裕度下降差异。 删除它将会有所帮助。 没有 Riso 电阻器也是如此、但相位裕度要低得多。
此致、
R·克利夫
尊敬的 Alex：
您仍会在电路中看到稳定性问题。 我看到在没有任何 Riso 时、相位裕度大约为14度。
与在 Riso = 150欧姆的情况下进行比较、您可以得到48度的相位裕度。
此致、
R·克利夫
尊敬的 Alex：
嗯、从我的仿真来看、这将比我们最初计算的问题更严重。
这需要调整 Riso 值。 我稍后会向您介绍所需的已调整 Riso 值。
此致、
R·克利夫
尊敬的 Alex：
我运行 Riso 计算并得到大约325欧的值、得出54.17的相位裕度。
此致、
R·克利夫
尊敬的 Alex：
谢谢观看！ 我强烈建议您查看如何运行 此处的运算放大器稳定性分析、这样您就不必等到我来运行它。
我了解了 TLV2374和 LM7321的模型。 这两个模型都非常旧、没有正确地对任一器件的输出阻抗进行建模。 这意味着、无论您从仿真中获得的数据可能并不是完全准确的值、但仍然可以提供一些有用的信息。
因此、 观察带和不带 Riso 的 TLV2374的差异、虽然可能无法提供准确值、但仍将显示可以采取哪些措施来提高运算放大器的稳定性。
不使用 Riso：相位裕度为7.45度。 非常不稳定。
采用 Riso：相位裕度现在为80度。 稳定。
LM7321还有一个问题、即模型似乎无法正确反映独特的无限容性负载架构。 我通过查看数据表并尝试重新创建容性负载值来验证了这一点。
无论采用哪种方法、在尝试直接驱动2.5nF 容性负载时、TLV2374都可能会出现一些严重的稳定性问题。
此致、
R·克利夫
您好，Robert
1.您能否介绍一下、如果使用 OPA4991 (与 TLV2374的尺寸相同)和0欧姆电阻器(对于 R20中的实际单位增益、而不是我们现在使用的10K)驱动2.5nF 电容负载、您需要什么 Riso 电阻器？
2.是否可以将 Riso 电阻器放置在电缆的开头而不是在电路板上、以便不更改 PCB 布局设计？
我们的 Vcc 为3.3V、Vee 为 GND。 从您的仿真来看、它看起来有所不同(Vcc =+1.65V、Vee =-1.65V)-它是否有任何不同：
4.如果我们也将电缆更改为较低的电容值、但 Riso 电阻器的电阻值仍然较高(例如325欧姆)、它会对 稳定性问题产生怎样的影响？
非常感谢。
亚历克斯
你好
我以前从未使用过 PSpice。
我下载了 PSpice for TI
但不要看到你所连接的链接中所描述的 MMI。
它只是一个 Orcad 捕获接口-例如无分析按钮等。
此外、如何 按照上面的仿真结果添加一个小信号源 VG1和 Vo 测试点？
谢谢！
亚历克斯
海尔
在本例中、我将在几天内下载 Tina TI (上次下载的 PSpice 中 Orcad 捕获已损坏、 因此我必须立即使用 Orcad、因为我正处于新原理图设计的最后阶段、与此处讨论的问题无关)。
我还有其他问题：
1.在目标的输入端- LM7321上有3.32K 的电阻器。
添加了该电阻器、只是为了在电缆断开的情况下使 LM7321输入保持开路。
现在、我必须在电缆的另一侧添加具有较大值的 Riso 电阻器-您建议使用3.32K 电阻器执行什么操作？ 要将某个值更改为更高的值-例如1m Ω、还是只需移除该电阻器(并 在电缆断开时使 LM7321输入保持断开状态)或其他任何东西？
2.关于 LM7321 (由24VDC 供电)的损坏-该运算放大器的绝对最大额定值为~35V。 当不稳定源极运算放大器仅由3.3Vdc 供电时、您认为所讨论的不稳定问题会导致振荡高于这个值吗？
谢谢你。
亚历克斯
您好，Robert
现在开始使用 TINA。
1.关于 OPA4991、无法从 TI 网站找到正常的仿真模型-仅包含 TSM (OPA2991的)文件。
是否可以将其转换为 TINA 的正常仿真模型？
2.我发现了另一个四路组件 OPA4353 (相当昂贵)。 但结果太好了。
借助此组件、我需要一个值非常低的 Riso、它会导致非常低的信号压降。
您能否批准我的仿真。 你有什么意见吗？
谢谢你。
亚历克斯
尊敬的 Alex：
您可以仅使用产品页面上的 OPA2991模型、该模型适用于所有通道型号：单通道(OPA991)和四通道(OPA4991)。
感谢您澄清了电缆长度电容(600p 或2500pF)、无论哪种方式、我认为 OPA4991都可以驱动它、尽管具有不同的相位裕度(正如 Robert 曾链接过的培训系列中所见)、但我们建议使用大于45度的相位裕度来实现可靠稳定的器件。
OPA4991可能能够在没有任何 BOM 变化的情况下驱动它(具有20度的临界稳定性)。 我认为、对一些 OPA4991进行采样并填充以代替 TLV2374 (我们具有 P2P 兼容性)是值得的：
如果仍然需要 RISO、请利用培训系列。
请告知我们问题是否已解决。
祝你一切顺利。
卡罗莱纳
你好
感谢您的回答-我们可能会使用 OPA4991。
我还看到了 OPA4353 -利用此 IC 和极小的 Riso 值(10欧姆-因此信号压降将非常小)，我们可以获得非常好的相移。
该组件非常昂贵且看起来很旧-但您怎么说呢？
非常感谢。
亚历克斯
你好
1.您写道、您需要检查 OPA4353模型。 这是否意味着 ( 我对不同的运算放大器和组件所做的)大量仿真可能 不正确-因为模型可能不会更新等等？
2.观察电路板上的信号没有什么特别的表现(比如非常高的过冲或大量的振铃)。
上面显示的加电序列。 开始时的奇怪形式也许是 MCU 和 D/A 的加电初始化(此电路板不是由我设计的-所以这只是我的猜测)。
您认为我们必须在范围内看到极端的东西吗？ 事实是,它不是这样表示什么?
3.实际上,我们的实际系统连接 可能比描述的更糟(我们连接一根长达4米的电缆)。 在某些系统中、我们并行连接了2根电缆、其中一根4米、另一根1.5米、而其中一根(4米或1.5米)是开放式电缆 (TLV2374运算放大器输出的特定导线未连接至任何位置、用作长天线的情况)。 当然、我们将解决此问题、不允许并联开路线。
非常感谢。
亚历克斯
尊敬的 Alex：
两点。 首先、该模型是一个较旧的模型、 从我看到的模型来看、输出阻抗与数据表显示的阻抗并不匹配。
其次、我的一位同事还观察了您的电路、认为在 VADJ IN 和 U2的非反相输入之间没有任何外部电阻器可能会导致 ESD/EOS 损坏。 是否可以在 PAD3和 U2的引脚3之间添加电阻？
此致、
R·克利夫
罗伯特
LED 板非常小且密度很高。
但如果建议使用、我将尝试按以下方式在 PAD3和带导线的电缆之间添加一个串联电阻器：
除了高电容外、当前的4m 或1.5m 电缆也是非屏蔽的-因此可能也会拾取噪声。
1. 根据 LM7321和电缆的电流参数(4米时为2.5nF、1.5米时为1nF)、建议的 Riso 值应该是多少？
2.由于输入信号会显著下降，我还必须将 R5、R6和 R7的值更改为兆欧？
3.您认为更换电缆以获得更好质量的电缆(并进行屏蔽)可以消除(或显著减少)对新 Riso 的需求？
非常感谢。
亚历克斯
您好，Robert
1.因此、 如果您建议仍添加一个串联3.32K 电阻器-您还建议移除 R5 (两个板的两个 GND 都已连接) 、并 按如下方式工作：
或者最好还是组装 TVS、而不是 R5 (假设击穿 电压大约为~10VDC、这远离3VDC 的 D/A 的最大振幅和 LM7321输入引脚的绝对最大额定值~ 35VDC)、此外还有如下所示的3.32K 串联电阻器？
2.还不清楚我关于 R5:你 以前写过:
" 使用该3.32k Ω 电阻器的原因是为了帮助尽可能降低在运算放大器的两个输入上看到的输入偏置电流的影响。 R7和 R6的并联电阻提供大约3.2千欧姆(如果 R7 = 3.65千欧姆、则为3.1千欧)。 3.32k Ω 尝试匹配反相引脚上的输入阻抗。"
如果要移除 R5、LM7321的(+)和(-)引脚之间的阻抗将如何匹配？
非常感谢。
亚历克斯
尊敬的 Alex：
1.因此、 如果您建议仍添加一个串联3.32K 电阻器-您还建议移除 R5 (两个板的两个 GND 都已连接) 、并 按如下方式工作：
或者最好还是组装 TVS、而不是 R5 (假设击穿 电压大约为~10VDC、这远离3VDC 的 D/A 的最大振幅和 LM7321输入引脚的绝对最大额定值~ 35VDC)、此外还有如下所示的3.32K 串联电阻器？
[/报价]
两个选项都会起作用。 与不包含 TVS 二极管的情况相比、增加了安全性。
如果您确实使用了 TVS 二极管、那么设置为10V 的电压应该适合此应用。
[/quote]2.还不清楚我关于 R5:你 以前写过:
" 使用该3.32k Ω 电阻器的原因是为了帮助尽可能降低在运算放大器的两个输入上看到的输入偏置电流的影响。 R7和 R6的并联电阻提供大约3.2千欧姆(如果 R7 = 3.65千欧姆、则为3.1千欧)。 3.32k Ω 尝试匹配反相引脚上的输入阻抗。"
如果要移除 R5、LM7321的(+)和(-)引脚之间的阻抗将如何匹配？
[/报价]输入偏置电流仍将受到与电缆串联的新电阻的影响。 请记住、电流将流向接地电阻器或与电缆串联的电阻器。 这就是为什么我建议使用与您在 R5中放置的电阻值相同的电阻器现在放置在 Riso Place。
希望这澄清了一些事情。
此致、
R·克利夫
你好
TLV2374的压降。
在运算放大器的输出端添加 Riso 可以稳定运算放大器、但会导致 接收器端的信号下降(当然、这是我们当前不想触碰接收器端的情况、例如移除 R5的并行连接) 我想通过向输出运算放大器增加增益来补偿此信号下降。
以下是 ME 的一些仿真(若 Riso=150欧姆、则补偿4.33%的信号压降)：
高于相位裕度且增益为~20度(而在运算放大器的单位增益配置中、该值大于45度)。
下面显示了我决定减小反馈电阻器的值时的结果(相位裕度为43度)：
只是想验证结果(变化很大->20deg 的改进)是正常的,我可以依靠模拟?
谢谢你。
亚历克斯
尊敬的 Alex：
实际上、将反馈电阻器更改为较低的值可以提高稳定性。 人们经常会忘记、与反馈电阻器相互作用的运算放大器的输入电容会产生 RC 滤波器、也是另一个延迟源。 这是一个图像、用于更好地解释我要讨论的内容。
输入电容不能更改。 电阻器的值可以是多少。 降低反馈电阻会将截止频率推至更高的频率。 频率越高、反馈环路中额外极点导致运算放大器不稳定的可能性就越小。
此致、
R·克利夫
