[参考译文] THS4541-Q1：启动时的输出电压高于预期

尊敬的 Ishaan：

能否对您看到的输出结果进行一些说明？

您是否看到40-60mV 的直流失调电压、或者瞬态尖峰是否能够稳定至与典型数据表值接近的较低直流失调电压？  

另外还需要说明的是、放大器的输出高于预期。 它是否具有预期的输出电压摆幅、但具有40-60mV 直流失调电压？

提供任何对您有所帮助的测量结果。

谢谢。

尼克

您好、Nick。

感谢您的回复。 40-60mV 是直流失调电压。 有趣的是、当运算放大器被 ADC 加载时、这会逐渐稳定至可接受的较低直流失调电压(大约需要30s 到1分钟才能下降)。 但是、空载时、偏移仍然存在。 这种行为使我认为它不是输入失调电压/电流的结果。 该直流失调电压也是我所说的"高于预期"的含义。

我使用 DMM 进行测量、因为当我第一次测量时、单端探头设置会产生过多的噪声、并且 DMM 的读数与我的 ADC 读数相匹配。 这种设置已经从我使用示波器时略微发生了变化、因此、如果需要、我可以在大约一周(当前不在市区)内提供示波器波形。

尊敬的 Ishaan：

对于如何测试输出电压、我有几个问题：

1.在 THS4541级之后、ADC 输入之前是否有任何滤波级？

2.您是否采用 R10和 R11处的测量点？

3.当您说您在放大器空载的情况下进行测试时，您是否在 R10和 R11电阻器上断开所有电路？

如果有其他电路连接经过 R10和 R11、则可能会在 THS4541的输出端产生直流偏置。

谢谢。

尼克

您好、Nick。

1. THS4541级之后有一个滤波级：

输出端的总串联电阻为20欧姆。

2/3. 我已经在 ADC 输入端和 FDA 输出端直接进行了测量、当 R49/R50断开时。 我在两种情况下都看到了直流失调电压。 此外、我尝试缩短所有串联电阻、因为我认为我们的串联电阻高于数据表建议的值(相同的结果、在 ADC 输入端测量)。

谢谢。
伊沙安

尊敬的 Ishaan：

感谢您分享这些详细信息。  

当 FDA 和 ADC 输入之间的信号链断开时、两者同时存在直流偏移是奇数。 FDA 的 VCM 引脚是否连接到 ADC 的 Vocm？ 您能否分享您正在使用的 ADC？

此外、是否可以共享任何布局文件来确认信号或电源轨未与其他迹线耦合？

谢谢。

尼克

您好、Nick。

存在误解。 为了澄清、当信号链断开时、我没有看到 ADC 上存在的直流偏移。 当信号链断开时、ADC 引脚上的值为~0。

在一项测试中、我获得了完整的信号链、并看到了 ADC 引脚上的直流偏移。 在另一项测试中、我断开了 ADC 和 FDA 之间的信号链、以尝试隔离失调电压的来源、并看到 FDA 输出端的失调电压、因此我认为它不是来自 ADC。 关于 ADC：我们使用的是 AD7381-4、它没有 VCM 引脚。

我不确定到目前为止能否共享布局文件。 但是、该电路板上的唯一信号是电流检测信号、以及 FDA VCM 输入的2v225参考(低噪声)。 ADC 等位于另一个板上、但当我断开该板时、我仍然看到差分输出的直流值很高。

遗憾的是、在这么低的电压下、很难获得良好的示波器波形。 ADC 正在成功读取直流值、这正是我们的目标。

本底噪声、无运算放大器电源

运算放大器输出

尊敬的 Ishaan：

感谢您澄清这些细节并为您观察到的行为提供示波器捕获！

您是否在多个 THS4541芯片上都看到了这一点？ 您是否使用全新的 THS4541芯片进行了测试？ 我想排除是不是由坏芯片造成的。

谢谢。

尼克

您好、Nick。

我们在多个芯片和多个电路板上看到过这种情况。 我很确定它不是导致这种情况的坏芯片。

谢谢。

伊沙安

尊敬的 Ishaan：

如果您在多个电路板上使用多个芯片观察到此行为、则您声明的芯片可能不是不良芯片。

是否能够提供布局文件？ 如果有人担心他们被张贴在公共论坛,你可以发送一个私人信息,使他们不在公共论坛。

我还将与团队讨论导致如此大的直流失调电压的原因。  

谢谢。

尼克

您好、Nick。

我期待听到您团队的见解。 到目前为止、我无法共享布局文件。 但是、我认为此偏移不是由耦合引起的(无周期、板上没有其他信号)、但我会咨询我的团队以了解他们的想法。

注意 :我特别感兴趣的是什么可能使这个 DC 偏移随着时间的推移减少,请把它与你的团队.

另外、我在之前的回复中犯了一个关于 ADC 共模电压的错误。 ADC 具有内部2.5V 基准、并将 VCM 设置为 Vref 的一半、因此共模为1.25V。 我确认 FDA 设置为与 ADC 相同的共模(2v225电压轨实际上设置为1.25V、很抱歉混淆了！)、但它们并未直接连接。

谢谢。
伊沙安·比马尼

你(们)好、Ishaan。

感谢您提供这一澄清。

对于您提供的波形：当您在信号链断开的情况下测量 FDA 的输出(因此 ADC 不会加载 FDA)时、滤波级是否仍在加载 FDA 的输出或您是否断开 R49和 R50？

另外、差分输出电压的直流偏移表明 OUT+和 OUT-在不同的共模电压下工作。 您能否单独提供每个输出引脚的波形？

谢谢。

尼克

您好、Nick。

使用我提供的波形、我在 R10/11的输出上进行测量、并且在那里切断了信号链。 因此、滤波阶段未加载 FDA 的输出。 电路配置。

我今天无法获取所需的波形、我会尽快获取它们。 但我对你的建议感到困惑。 根据我的理解、输出的共模电压必须是 OUT+和 OUT-的平均值。 如果它们在不同的直流电压下工作、这难道不是差分直流电压(导致所述偏移)吗？ 因此、我希望看到相对于 S-HVN、它们处于不同的直流电压下

谢谢。
伊沙安

尊敬的 Ishaan：

您正确地说、OUT+和 OUT-的平均值是共模输出电压。 当没有输入电压时、输出共模电压应等于驱动到 THS4541 Vocm 引脚的电压、在这种情况下为1.25V、如我在下面的仿真中所示。

如您所示的波形、当您在没有输入电压的情况下测量差分输出电压时、差分输出电压应大约几 mV。 我想问您是否可以测量每个 OUT+和 OUT-上存在的电压、以确认它们都处于正确的 Vocm 电压以及与 Vocm 和每个引脚之间的差异是多少。 这将有助于确定偏移的来源。

谢谢。

尼克

您好、Nick。

这是请求的波形。 该图是在完整信号链下获取的、在仿真中代表了 VF1 (通道2)和 VF2 (通道3)。 我还使用了数学函数来显示差模电压和共模电压。 我还能够缓慢观察到20mV (超过5分钟)的衰减。

您将注意到、共模电压为1.293。 我测量了共模基准的输入(使用万用表和示波器探头、以确保示波器准确)、输入为1.28V。 这也完全在 ADC 的共模输入范围内。

这显示了输出共模和输入基准中的误差。 我认为 Vocm 中的误差可能导致 Vod 中的直流误差。 不过、误差似乎不够高、无法导致此误差。 我进行了数据表中的"最坏情况输出直流误差计算"(第28页)、发现 Vocm 输入误差最大为4.5mV (使用该电路中0.1%的容差分量)。

请告诉我你的想法。

谢谢。
伊沙安·比马尼

尊敬的 Ishaan：

您能否尝试将增益配置更改为1V/V 增益、并再次测量输出电压的值、同时断开 FDA 输出级和滤波器级之间的信号链？

您是否还可以确认在进行这些测量时电流分流电阻器是否短路？ 如果输入端甚至存在1mV 或2mV 电压、当增益为8V/V 时、您将看到大约40mV 的直流失调电压。

谢谢。

尼克

您好、Nick。

本周、我将尝试了解这些波形。 在最后一个波形中、我短接了分流电阻器。 其中一些其他波形当信号链断开时、电流分流电阻器不会短路、但电阻器的一侧会保持开路。 此外、这些电流检测电阻器的电阻值为500uOhm、如果两侧没有任何电压驱动、它们实际上已在分流。

此外，我忘了提及，但我不能总是容易地重复这一问题。 有时、FDA 会按预期运行、在其他时候、会观察到失调电压。 我想知道这是否指向稳定性问题。 您能否确认 FDA 的串联电阻和输出电容合理、不会导致不稳定？ 我认为它们高于数据表中显示的值。

您好、Nick。

感谢您的观看。 我还将通过仿真验证稳定性。 值得注意的是、ADC 具有18pF 的额外输入电容、但我认为这不会影响稳定性。

关于最坏情况下的 VOD 行为、我已经进行了如下计算。 如果可能、最好您确认一下我的逻辑。

这很重要、但仍然明显低于我测量的偏移。 这可能是造成问题的原因、但我不认为它是源头。 此外、没有解释误差是如何随时间缓慢降低的。

我还在下面计算了我预计的最大漂移。 根据这一计算结果、我认为不能仅靠热漂移来导致误差随时间的变化。


我注意到、我们使用的 Rf 和 Rg 电阻也高于数据表中的示例电阻。 除了输入 IOS 误差之外、您是否知道这是否会对行为产生显著影响？

谢谢。
伊沙安

尊敬的 Ishaan：

具有较大的 Rf 和 Rg 电阻值对放大器的噪声影响最大、因为它会增加系统的噪声。  

我与团队讨论过、输出上的直流失调电压与您观察到的一样大、这似乎并不常见。 您能否分享电流感应电阻级的电路以确保没有遗漏任何可能的问题？

谢谢。

尼克

您好、Nick。

感谢在这个问题上的所有帮助,并且仿真也有助于再次检查我。 这是电阻感应级的图像、但它实际上只是电流感应电阻器。 请注意、我们在填充和未填充 FET 时都会看到此误差。

谢谢。
伊沙安

尊敬的 Ishaan：

这不应导致您观察到的幅度存在任何较大的偏移。 我正在研究设置、以便尝试复制您观察到的行为。 您能否分享您看到此行为的频率以及与复制此行为相关的任何信息？

谢谢。

尼克

您好、Nick。

我们通常会看到偏移发生在冷启动时、即系统相当长时间处于关闭状态。 偏移在几分钟后衰减、如果我们对电路板进行下电上电、偏移不会再次发生、它会保持在衰减水平。 如果我们在存在失调电压的情况下(在使其衰减之前)对电路板进行下电上电、则失调电压在下电上电后仍然存在。

由于对这篇 E2E 文章的评论、我尝试了减小 Rf/Rg (Rf = 8.06k 更改为909 Ω、Rg = 1k 更改为110Ohm)、并且尚未能够在这组电路板上复制偏移。 我还不清楚这只是相关性还是因果关系。

谢谢。
伊沙安

尊敬的 Ishaan：

如果您能够或无法通过使用较小的 Rf 和 Rg 复制失调电压、请更新我。

大 Rf 和 Rg 电阻器通常会导致更大的噪声、但正如您参考的 E2E 文章中提到的、这可能是导致您观察到的失调电压的原因。

谢谢。

尼克

您好、Nick。

我一直在努力解决这个问题、我认为我已经确定了这个问题。 观察启动失调电压时、可以通过移除/重新引入2pF 反馈电容器来可靠地消除并重新引入该电压。 这肯定让我感到惊讶、因为我并不期望2pF 会产生很大的影响。 您是否知道反馈电容会导致直流失调电压的原因？

观察仿真可以看到、2pF 电容对稳定性没有显著影响、因此我认为我们可以去除它。 但是、我想在实际硬件上测量环路增益、因为在仿真中看不到这些影响。

我看过使用变压器将信号注入反馈网络的运算放大器电路的环路增益测量设置。 请参见下图：

但是、我不确定在全差分设置下实现这一点的最佳方法是什么、我还想谈一谈隔离电阻、输出滤波电容和 ADC 输入电容的影响。  我想我可以通过探测 Vout 和 Vin 来获得闭环响应、但我不知道这会给我提供有关稳定性的信息。

您能推荐一个可能对我有所帮助的设置吗？

提前感谢！

尊敬的 Ishaan：

我将进一步探究为何移除2pF 电容器导致直流失调电压消失、而当它们被放回电路时、直流偏移再次出现。 我预计这些电容器不会对电路产生影响、因此我将与团队一起探讨这一点。

关于测量稳定性：尝试使用您所述的方法测量稳定性非常棘手、我需要与我们的测试团队核实、看看这是否会捕捉到器件的完整行为。 但是、您可以使用两种更简单的方法。 相位裕度可以根据瞬态脉冲响应的过冲百分比或闭环频率响应中的 dB 峰值量来确定。 有关这方面的更多信息、请参阅 TI 高精度实验室视频 中的稳定性部分->测量系统稳定性视频。

谢谢。

尼克