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[参考译文] INA190:开关电容前端振荡

Guru**** 1828310 points
Other Parts Discussed in Thread: INA193, INA186, INA190, THS3120
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/1303880/ina190-oscillation-of-switch-cap-frontend

器件型号:INA190
主题中讨论的其他器件:INA186THS3120、INA193

您好!

我想知道、在 TI 的电流检测放大器或仪表放大器中使用 SOT23-8封装的 INA190Ax 可以有哪些选择、这允许我设计 INA190Ax 并且仍采用 SOT23-8封装。 我在其他线程中提到了振荡问题、并且我的噪声不是很高(1.8V 时<30mVrms)。 我看到 INA186使用相同的引脚排列实现相同的功能、但此器件仍然具有电容耦合前端(开关电容器)、并且我的应用在布局中没有差模输入滤波器(UGH)。 此应用中是否有任何部件(电阻放大器或电流检测放大器)可以工作。 (例如、相同的引脚 SOT23-8和相同的功能)?

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    尊敬的工程师:

    我将对此进行回顾、并很快做出响应。

    此致、

    彼得

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    尊敬的 Thomas:

    您能否说明一下是什么噪音问题? 我找不到前面提到的这个主题。

    此外、您的系统的共模电压要求是什么?

    IQ、增益、BW、ERROR 和 SENSE 电流范围(低电平和高电平)等其他要求对于缩小搜索范围非常有用。

    此致、

    彼得

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    尊敬的 Thomas:

    下面是采用相同 SOT-23封装的可用电流检测放大器和仪表放大器:

    https://www.ti.com/amplifier-circuit/current-sense/analogue-output/products.html#2954=SOT-23%3BSOT-23-THN&sort=236max;asc&

    https://www.ti.com/amplifier-circuit/instrumentation/products.html#2954=SOT-23-THN&sort=2954;asc&

    不确定这是否起作用、但以下是我们在同一封装中提供的数字电流监测器:

    https://www.ti.com/amplifier-circuit/current-sense/digital-power-monitors/products.html#2954=SOT-23%3BSOT-23-THN&

    在同一封装内没有差分放大器和全差分放大器。

    大多数其他器件不会像 INA190那样具有类似的输入电容耦合前端、只要引脚的方向相同(其他器件规格满足系统要求)、就会有一个合适的替代方案。

    此致、

    彼得

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    您好、共模电压为1.8V、在该 VCM 下运行时、该噪声被视为 INA190A2的谐振、并产生来自受监控分流电流 SMPS 的周期性"噪声"。 我认为噪声是在600kHz 和1.6MHz 之间周期性的、并且具有在该频带内最大能量的频谱。 我的想法是、它与 INA190A 的"电容耦合"前端相互作用、使放大器输出产生谐振。 我已决定购买具有190A2的 INA190Ax EVM 板、我将其连接到宽带放大器(您的 THS3120 EVM 板)、该放大器能够使用0.1 Ω 分流器轻松驱动 INA190A2以靠近我的产品的同一个工作点。 ARB Gen 会在1.8V 的 Vcm 顶部产生周期性信号、如果我在 INA190A 的输出端看到谐振、那么我就会断定 INA190存在问题。 布局遵循了 INA190的指南、但它的输入引脚上没有 π 型滤波器、也没有数据表中推荐的用于"高噪声应用"的后置输出滤波器。 这是因为我们的应用不被视为高噪声(1.8V 时<30mVrms)。 我们只间歇性地看到了 ADC 数据中的谐振、而且我还没有得出结论、问题也不是 FIR 数字滤波器中的下游、但我同时在看这一点。

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    大家好、Thomas:

    可能发生的情况是负载电流实际上包含一些周期性噪声、这是导致输出噪声的原因。  

    尽管1 MHz 处的 VCM 纹波为30mVrms、但对于 INA190A2也很容易产生高达±12mV 的输出噪声。 我通过注意1MHz 处的输入交流 CMRR 为45dB 来计算此值(图11)。 VOUT_pk_pk^= SQRT (2)* 30mVrms * 10 μ V (-45dB/20)*增益。

    考虑到该 VCM 纹波的能量超过600kHz 到1.6 MHz、该计算可能被低估。

    最后、所有放大器在1 MHz 处的交流 CMRR 都有限、因此 如果这是根本原因、则您需要采用带有共模电容器的输入滤波器和/或  具有可接受截止频率的输出低通滤波器、或者在1 MHz 处选择具有足够交流 CMRR 的放大器。

    总体而言、为了确定根本原因、您需要能够仅使用差分输入 π 型滤波器和差分滤波器及共模滤波电容器(CCM)测试 INA190。 选择输入电容器时、请使用以下规则:

    1. RF < 1kΩ 以避免明显的输入滤波器误差。 有关计算方法的信息、请参阅数据表。

    2、CF (或差分电容)应被选择,使信号 BW 不受影响( fc = 1/(2*2*PI*RF*CF) >信号 BW )。  

    3. CCM <= Cdiff /10。 您希望差分信号优先于共模时间常数的变化、以避免在 VCM 对 CCM 电容器进行充电/放电时出现动态失调误差。

    此致、

    彼得

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    Peter、谢谢您的回复。 首先、我对现在的布局感到不满。 我无法添加您列出的 CM 或 DM 电容器。 对我上面描述的"振荡中断"进行重新分级、我应该更详细地说明这一点。 我看到来自 ADC 的数据从标称噪声结果中分解成振荡。 这就是说、我看到标称3个 ADC 计数峰峰值跃到大约30个峰峰值、然后在剩余的时间内减小到标称值3个 ADC cnts pk-pk。 假设测量下的实际采样电流尚未完成此操作(我们认为情况是这样) 在谐振恢复到3 cnts pk-pk 的标称值之前和之后、INA190A2是否已开始分解为标称信号的10倍的谐振? -Tom 我将发布. 因为出于某种原因、我无法使用此 E2E 界面发布消息、所以 PNG 显示在您的电子邮件中。  

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    尊敬的 Thomas:

    在我等待您的图像期间、您能否在发生该振荡事件的同时测量输入 VCM 信号(IN+和 GND 之间的电压)? 我想确定的是、输入电压上不存在某些变化的噪声条件会导致到输出的馈通。

    此致、

    彼得

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    您好、Peter、我已将输出速率为100Hz 的数据图像发送到您提供的电子邮件中。 图中显示为1KHz、但我认为实际数据是以100Hz 的频率输出的(抱歉)。 FIR 滤波器的转角频率约为250Hz、采样率为11.8kSps、为64个抽头。 我将尝试更好地了解数据(更紧凑的时间刻度)。 滤波器捕获由 INA190A2产生或引起的较大谐振尖峰、然后我们应该能够看到即使在如此低的输出速率下也会在响应中出现这种情况。 您可以看到、这里混叠的可能性很大。 我很快就能从此设置中获得更多数据。  

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    尊敬的 Thomas:

    我现在正在查看您的数据。

    此致!

    彼得

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    尊敬的 Thomas:

    输出噪声的跳跃看起来像是在上电(负载上电)条件之后发生的。 这是真的吗? 如果是、负载电流是否在噪声突变发生前立即从0A 跳升?

    我之所以提出此问题、是因为如果 INA190输入从0mA 开始、然后出现跳变、则可能会有一些输出振荡。 我只有在器件在过驱条件下启动(例如、Vshunt =-10mV)、然后输入快速跃升时才真正看到这一点。 您可以通过向 REF 引脚施加较小的基准电压(例如、 50mV 至100mV)、然后重复测试、从而对此进行测试。 发生这种情况的原因是、输入电压同时在内部电容器在特定点按顺序切换。

    此处的另一种可能是您需要在 INA190 OUT 和 ADC 之间放置一个低通滤波器(或电荷桶)、尤其是对于 SAR ADC。 这可能自行导致不稳定、或者通过增加负载电容使上述可能性更糟。 ADC 数据表确实提到了建议将驱动它的放大器作为缓冲器或低输出阻抗源、而 INA190两者都不是。

    通过每次简化一个电路变量、直到该行为停止、尝试评估可能的根本原因。 Ω、要么断开 ADC 和/或插入运算放大器缓冲器或 RC 滤波器(例如、400k Ω 和1nF)、要么使用50mV 的小电源驱动 REF 引脚、要么最终尝试在 INA190的输入引脚上添加1nF 差分输入电容器。 我知道您的系统可能不允许这样做、但至少您可能知道或排除根本原因。

    此致、

    彼得

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    我可以重新运行测试、但在启动时没有看到这些尖峰 、因为我在 ckt 处于稳定状态后启动示波器。 我认为这确实是一个振荡突破。 对于我们当前的 PCB 布局、我没有用于以下各项的位置:1) INA190输入 Pi (DM 或 CM)、2) INA190输出简单低通或3)用于驱动 AD7490 ADC 的额外缓冲放大器。 请注意、此通道(1.8V VCCAUX Artix)似乎是我们在"电压模糊或骤升"状态下看到的唯一电流分流通道(总共8个通道)。 所有其他渠道似乎都很有意义,似乎没有噪声的绽放。 我已将此电路板的八个分流监控器通道详细信息列表发送到您的电子邮件中。  

    我要继续进行 INA190x2 EVM 板测试设置、该设置独立于 使用 ADC 的实际板、因为它显示了独立于我的 板的振荡。 此外、还很难在实际电路板上添加任何器件。 但是、我可以在1.8V VCCAUX INA190x2放大器前面敲入 Pi Fitler、并且想使用该板收集一些数据、以查看这些谐振是否"改变"。  

    我稍后将在 EVM 板测试中添加一个 π 型滤波器(50 Ω x2和0.47uF)、以查看这是否会导致 EVM INA190x2板上使用我的噪声输入时出现的振荡。 此外、我可以在 EVM 板上的1.8V 电压顶部扫描频率和噪声、然后看到我在 INA190的输出上获得了不同的振荡振幅值 (蓝色示波器迹线)。 我会尝试得到一些示波器图片与 mor 细节。  -汤姆       

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    尊敬的 Thomas:

    我将等待您的数据。

    如果您总共使用8个 INA190电路、但只有一个电路出现此类噪声、那么我们可能还需要了解它们之间布局的任何差异。

    此致、

    彼得

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    我只在 EVM 板上使用(一个) x50 INA190x2。 我认为 EVM 电路板的布局可能没问题。 请注意(从上面)我已修改 INA190x2 EVM 板以匹配电路板的应用(无前端 Pi 滤波器或 DM 电容器且无输出滤波器)。 分流器为0.1欧姆、如我的设置中这里所示。 此外、这是上述设置的结果、

        

    黄色波形是实际进入 EVM 板(位于 R82分流器之前)的1.8V 电源轨(J02梯形接线片)。

    这表示我们在实际数据中看到的振荡中断、尽管幅度不匹配、而且您在发送的上一张幻灯片中看到的数据(不是测试设置、而是来自电路板的实际数据)、同样、 该数据以大幅抽取率进行滤波、是64抽头 FIR 滤波、在 ADC 或 INA190A2前没有抗混叠滤波器。  

    此外、您还可以从下面的列表中看到、我正在使用 INA190x2和 x1以及(开关电容 FE free INA193)、并且我还没有在这些通道上看到电流噪声泛化。  

    e2e.ti.com/.../Px_5F00_CurrMon_5F00_Cfg.txt   

    此外、正如您所指出的、 我们不应 直接驱动 AD7490 ADC、并应使用缓冲放大器来避免由于 AD7490噪声注入而产生小噪声错误、但我认为这些噪声电压非常小、也不能导致我们看到的较大骤升。  

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    尊敬的 Thomas:

    1. 我们能否确认当负载已处于稳定状态时是否确实发生了骤升? 您向我展示的数据 ADC 计数数据显示了从0开始的负载电流。

    2.您是否尝试过通过从您的其中一个其他 通道将异常 INA190A2与另一个 INA190交换来进行 A-B-A 交换、以查看问题是否出在原始器件(指示根本原因与器件边缘有关)或在新器件上出现 (表明根本原因与通道有关)?

    3.另外、您是否说您在 INA190A2EVM 输出的最近一个示波器屏幕截图中看到了噪声的绽放? 因为我在您发送的 ADC 数据中看不到任何显示58mA 452-proc 噪声的内容。 向我看这个示波器快照、我发现噪声的出现不是 EVM 测量这个负载时出现的、而是焊接到您测量这个负载的系统上的 INA190A2发生的。  

    您或许可以交换您的异常 INA190A2和 EVM INA190A2以查看问题出在哪里?

    我只能说我要做的是:

    a.尝试持续复制噪声(是由于某些特定的系统更改、还是在负载和总线稳定状态下真正随机发生)?

    b.如果我无法复制它、我会设法弄清楚如何使用设置为 OUT 引脚(ADC 输入)上超过~μ V 40mA 的任何噪声嘟嘟声的示波器触发器来检测它。

       B1。 确保靠近或靠近 INA190 GND 引脚进行探测

       B2比较噪声骤升与 ADC 数据相比的情况

       B3。 还要探测 Vin+和 Vs (相对于 INA190A2 GND 引脚)、以查看噪声是否与任何通道或电源干扰密切相关

    c.在稳态期间、使用差分电压表(可能便携式)测量 INA190 GND 引脚和 VCCAUX 返回之间的任何电压差。

       C1. 此外、当系统断电时、还应尝试测量它们之间的电阻。

       C2. 使用差分示波器探头测量电压差也非常有价值、可确保电压不会突然发生变化、这会指示它们之间具有显著的阻抗。

    d.尝试 按照前面提到的方法更改简单的电路变量、例如断开与 ADC 的连接和/或插入滤波器。

    e.与其他器件执行 A-B-A 交换并使用相同的示波器触发器重新测试行为。

    此致、

    彼得

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    尊敬的 Thomas:

    我要将该主题标记为已解决、但如果您有任何其他问题、更新或顾虑、请发帖。

    此致!

    彼得