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[参考译文] 均衡级联有源运算放大器滤波器中的输入阻抗是否适合?

Guru**** 1133420 points
Other Parts Discussed in Thread: TLV197-Q1, OPA189, THP210, TINA-TI, OPA192
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/1297351/is-it-good-to-equalize-input-impedances-in-cascade-active-opamp-filters

主题中讨论的其他器件:OPA189THP210、TINA-TI、TLV197-Q1 OPA192

在我的设计中、我设计了一个一阶高通滤波器、其 Sallen Key 截止频率为0.2Hz、输入阻抗为250k Ω、采用"OPA189 "。 然后、我设计了一个截止频率为100kHz 且输入阻抗为15k Ω 的二阶多反馈低通滤波器。 因此、我使用了一个带通滤波器。 我想知道均衡两个滤波器的输入阻抗是否合适? 不同的滤波器输入阻抗有哪些影响? 或者如何调节输入阻抗、此带通滤波器将用于 iepe 传感器信号调节器

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    尊敬的 Electronx:

    通常、在选择滤波器无源器件时、设计人员必须在考虑电路频率响应的情况下调整无源器件、同时还要考虑电路的固有噪声性能以及电路稳定性。  

    一般而言、我会尝试减小电阻值、同时确保滤波器保持稳定。  另一个要考虑的因素是、输入滤波器阻抗成为到前级或传感器的负载。 因此、实现低阻抗可降低电阻器的噪声影响、但显著减少电阻器的噪声会改变滤波器响应波形、因为前级或传感器可能无法驱动低阻抗。  此外、~低带宽/低功耗的精密放大器(如 OPAx189 )可以在~Ω 1kΩ- Ω 2kΩ 范围内驱动负载、而不会出现问题、因此我通常在此范围附近调节电阻器。 选择调高电阻值(这会降低电容值)在某些情况下对电路稳定性有所帮助、但也会带来权衡、增加电阻器宽带噪声(电阻器约翰逊噪声)。

    关于 OPA189、这是一款零漂移或斩波放大器、具有超低失调电压和低漂移、可提供出色的直流性能。  OPAx189等零漂移放大器在输入上使用开关来校正运算放大器的输入失调电压和漂移。 器件的斩波频率约为~200kHz、接近于您的100kHz 频率带宽要求。  这种类型的放大器通常用于需要极高直流精度的应用。 在斩波放大器上、来自输入端集成开关的电荷注入可能会在放大器的输入偏置电流中引入极短的电流瞬态。 在反相和同相运算放大器输入中使用相对较低的源阻抗时、这些输入偏置电流不会产生任何问题。  但是、斩波放大器可能对高源阻抗或运算放大器的反相和同相端子上相对较高的阻抗失配敏感。 通常、我们建议将 OPAx189在运算放大器的反相和同相输入端的等效输入阻抗保持在1kΩ 附近相对较低、以实现最佳性能。   

    由于 交流耦合应用、带通滤波器应用需要此电路、从0.2Hz 到100kHz、您可能不需要斩波架构放大器、我们也可以看看其他精密线性(非斩波)、低噪声放大器、它们仍然提供非常好的直流性能、低噪声、 相对较低的漂移、而且不容易受到阻抗失配的影响。

    您对250kΩ 输入阻抗有严格要求吗? 即、Sallen-Key 高电平之前的 IEPE 传感器是否需要高输入阻抗? 如果您需要高输入阻抗、同时保持低噪声、我们也可以考虑缓冲 Sallen-Key 滤波器级。

    滤波器是否有固有噪声 性能要求?  需要哪种滤波器响应特性、例如巴特沃斯(最大平坦)?

    您是否有这些滤波器的原理图?  我们可以通过 TINA 仿真来帮助验证电路。 并提供建议。

    谢谢、此致、

    路易斯   

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    嘿 路易斯 感谢信息,这是真的很有用.

    我想要的是、当12伏特偏移10V (sinus)峰间值时((该偏移是 iepe 传感器的典型功能、因为信号和电源线相同、 通过输入端的高通滤波电容器删除直流偏移,在删除直流偏移后,信号振荡为+-10伏(正弦))输入信号在1-20kHz 之间,我希望振幅达到输出而不改变,增益为1。 为此、我为 HPF 选择了0.1Hz 的截止频率、为 LPF 选择了110kHz 的截止频率。 通常、将截止频率设置为24kHz 就足够了、但在本例中、20kHz 的振幅会导致衰减。 但是、我不增加滤波器阶数、因为运算放大器的数量会增加、成本会增加。 在这种 ı 下、我将滤波器截止频率的带宽增加到0.1Hz 和110kHz、并确保在20kHz 和1Hz 时增益为= 1。(因此、Δ V 使用巴特沃斯 实现无纹波 平坦增益)

    我使用+-15伏特双电源, 我的目标容差是在我的滤波器输出上看到+-1mV。

    我 之所以写这些信息、是因为如果我的信息有任何错误、请更正我。

    当我应用具有交流扫描的波特图图形时、我会得到这样的结果、这很好。

    带通滤波器交流扫描局部仿真结果看起来不错

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    HPF 交流扫描局部仿真结果看上去不错

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    HPF  瞬态模拟本地仿真结果看起来可以正常对输入施加20kHz 电压

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    LP 滤波器交流扫描局部仿真结果看起来不错

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    LPF 瞬态 模拟本地仿真结果看起来可以正常对20kHz 施加 到输入连接的差分探头到输出

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    但是、当我按顺序连接滤波器、并应用具有20kHz 12伏偏移和10V 峰峰值的正弦波、然后连接差分探头以输出

    自动收敛已打开

    我得到这样一个糟糕的结果、偏移以一种有趣的方式增加。  

    我在哪里失踪? 参考是否正确?

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    ı ć 也在 Tina TI 案中受审

    瞬态分析看起来不错、

    但是、当 ı 进行稳态分析时、

    我得到具有偏移的不需要的结果、类似于 pSPICE 中的结果。

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    尊敬的 Electronx:

    关于电路、我有点担心使用 OPAx189零漂移斩波放大器。  您可能会看到一些斩波噪声: OPA189斩波频率约为~200kHz、但您可能会在大约~100kHz 处看到噪声干扰。 滤波器截止频率仅为100kHz、上面的 OPA189电路可以工作、但我认为在此应用中使用斩波放大器没有好处。  请注意、斩波行为/噪声伪影未合并在简化/行为 SPICE 模型中。

    下面是与 OPAx192 (线性放大器、非斩波器) 10MHz 非常相似的电路。  该电路提供的频率响应大致相同。 我还检查了 OPAx192和 THP210电路的稳定性和相位裕度、 这两个电路都是稳定的。 反馈电路中的20欧姆电阻器可帮助改善环路增益响应/稳定性、但可能并不是绝对必需的。  总输出噪声大约为11.18uVRMS。  请告诉我 THP210驱动的是什么负载或电路。  输出端的 R-C-R 滤波器是可选的、如果您要驱动 ADC、可能会有用。

    关于原始 OPA189-THP210仿真、我尝试使用 TINA-TI 进行瞬态、稳定性和稳态分析。  她没有说话,她则是吓到说不出话来。  该问题可能与两个模型之间的收敛或交互有关。  如果问题仍然存在、请共享仿真文件或项目文件、以便我们进行审阅。

    谢谢。此致、

    路易斯

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    好的、Luis、真的很感谢您的答复。  OPAx192和 TLV197两种产品 看起来非常相似。 TLV97是否也可以作为选项? 您已经编写过 OPA189斩波频率大约为~200kHz。 我可以在数据表中看到哪个参数?

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    规格表中有时会报告斩波频率、但通常不会报告。 但是、您有时可以看到它在点噪声图中的位置、该图的尖峰没有某些尖峰那么大、但它在那里、  

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    Michael、您好!

    谢谢你。

    尊敬的 Electronx:

    是的、TLV197将适用于您的滤波器设计。 TLV197-Q1和 OPA192基于相同的拓扑/核心放大器设计。 OPA192和 TLV197-Q1 µs 相同的交流性能:10MHz GBW、压摆率20V/μ s 和相同的噪声规格。  

    TLV197-Q1是一款符合汽车标准的低成本器件。 ±500µV 具有更宽松的失调电压规格(±5µV max)和温漂(ºC μ V/̊ C max)。  

    OPA192是 e-trim 高  ºC 版本、可提供更高的直流精度:它提供更低的失调电压(±25µV μ V 最大值)和更低的温漂(在-40°C 到+125°C 的温度范围内、DBV、DGK 和 PW 封装上最大为±1µV μ V/μ V)。  

    我重新访问了 使用直流失调电压的仿真结果... SPICE 仿真器假定 Sallen-Key 滤波器级的大6.8uF 输入电容器放电(输入电容器上的初始电压为0V)、从而导致在仿真的几秒内信号发生变化。  下面是具有10Vpp 信号和+12V 偏移的 Sallen-Key 滤波器仿真。 信号在瞬态仿真的开始处被削波。 正如预期的那样、大输入电容器最终充电至~+12V 失调电压、输出信号最终 适当地集中在~0V 左右。  请参阅下面的仿真结果。  在仿真中、我将输入信号设置为低频~20Hz、以加快10秒的瞬态仿真。  

    如果您单击输入电容器、并且在电容器菜单中、将"初始直流电压(V)"设置为12V 偏移、瞬态仿真假定电容器的初始充电电压为+12V。

    另外、在 Transient Analysis 菜单上、确保将瞬态设置为"Use initial conditions"。  

    瞬态输出仿真显示了与预期一样以~0V 为中心的输出。

    如果您还有其他问题、敬请告知、

    谢谢、此致、  

    路易斯·基奥耶