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[参考译文] THS4551：使用 THS4551的滤波器无法正常工作

admin
Guru**** 1815690 points
Other Parts Discussed in Thread: THS4561, ADS8881, THS4551, THS4531A, LMH6554
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/1351111/ths4551-filter-using-ths4551-is-not-working-expected

器件型号：THS4551
主题中讨论的其他器件：ADS8881、、 THS4531A、THS4561 、 LMH6554

您好、TI 专家。  

我最终完成了 DAQ EVB 电路板设计、 但测试结果并不理想 、请帮助分析此处的问题。  

我要附上我的 TINA 仿真文件、我的 EVB 板原理图以及我的测量结果。

下面是我们刚刚介绍的 EVB 原理图、

e2e.ti.com/.../7966_2B00_ADS8881-DAQ-Reference.pdf

我的 DAQ EVB 使用 TI 的 ADS8881 ADC、并且在 ADC 前端有一个带通滤波器(中心频率1KHz)和一个低通滤波器(截止频率20kHz)。 这两个滤波器都使用 THS4551。  我使用 SMA 电缆连接正弦波源/滤波器/ADC。

如果没有任何滤波器、ADC 按预期工作、我可以从 ADC 结果中获得 SNR ~82dB。 这个结果是可以的、它告诉我 ADC 和我的 FPGA 器件工作正常。 ADC 的采样速率大约为1MSPS。  

但当我添加带通滤波器或低通滤波器时、SNR 会下降到大约50dB。

我用 TINA 仿真带通滤波器和低通滤波器、都不错、在 PCB 板上这样做时、滤波器根本没有提高性能。  

实际上、在我对 PCB 进行布局之前、我已经要求 TI 提供有关设计/仿真的帮助。 请查看下面的链接。

适用于高精度 ADC 的低噪声、低失真带通滤波器

下图是不使用任何滤波器的 ADS8881结果、结果正常  

下图是在输出端添加带通滤波器

下图是添加低通滤波器

下面是我的带通和低通滤波器仿真文件  

e2e.ti.com/.../DAQ-1kHz-BPF-EVB.TSC

e2e.ti.com/.../DAQ-1kHz-LPF-EVB.TSC

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    TI__Guru**** 1815690 points
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    嗯、很年轻、只看 FDA 滤波器、它似乎可能是低相位裕度

    这是到200MHz 的交流扫描、峰值是一个问题

    观察您的电路板中可能振荡的输出差分噪声、  

    它的来源和修复位于本文的后半部分、  

    https://www.planetanalogue.com/stability-issues-and-resolutions-for-high-speed-fully-differential-amplifiers-fdas-insight-8/

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    TI__Guru**** 1815690 points
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    您好、Young、

    感谢您在原始主题后继续回答问题。  Michael 分享了一个高质量资源、供您探索和学习有关高速 FDA 的稳定性。   

    我会给您一些时间和空间来回顾这些资源、并在回来时提出问题。  我还将浏览您的原理图和 PCB。  如果我发现尚未引起您注意的问题、我将更新该主题。

    此致！

    亚历克

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    TI__Guru**** 1815690 points
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    Michael、您好！

      感谢回复、 我尝试根据文章添加了一些元件、仿真似乎对输出噪声有帮助、但当我在 PCB 上这样做时、我仍然无法获得任何改进。

    .e2e.ti.com/.../20kHz-LPF-EVB-V5.TSC

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    TI__Guru**** 1815690 points
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    我昨天有点匆忙地走出了门、我错过了更换下部反馈电容的时间、现在时间更多了。  

    原始 RC 回退为1 2kHz 巴特沃斯(Q=0.71)的增益、保持该目标并使用更适合的 RC 例程来降低集成噪声、从而提供了该解决方案、其中我还在环路内添加了5欧姆电阻器和2nF 输入、这些电阻器不会影响滤波器形状、只是相位裕度、  

    我想我可以尝试从文章中找到这些 LG 仿真文件并重新运行相位裕度 sim、但目前这里是点输出噪声、  

    没有尖锐的峰值、  

    好的、我知道插入这些5欧姆值很困难、让我们将它们取0并重新运行噪声、

     

    或许只需向下调节 C 就足够了、还移除输入上的2nF -我不知道、输入上的2nF 似乎很有用、

    ...

    我还在设计流程中估算了良好滤波器安装所需的最小 GBP、此处仅为500kHz。 没有 FDA 会减慢速度、但有比 THS4551更慢的 FDA 可能是可行的选择

    THS4531A

    THS4561

    这是 V9中的一个更新文件、

    e2e.ti.com/.../DAQ-2kHz-sdjutsted-Butterworth.TSC

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    TI__Guru**** 1815690 points
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    Michael、 为什么我无法使用 TINA 打开您的仿真文件、  我使用的   是 TINA 版本9.3.200.277、我在原始设计中尝试使用小值电阻器来尝试降低噪声、 我会在实际 PCB 中尝试您的最新建议。  

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    TI__Guru**** 1815690 points
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    显示我将其保存为 V9、在这里我将其保存为 V7e2e.ti.com/.../6457.DAQ-2kHz-sdjutsted-Butterworth.TSC

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    TI__Guru**** 1815690 points
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    谢谢 Michael、我现在可以打开新的仿真文件。  您还可以帮助分析我的1kHz 带通滤波器问题吗？  带通滤波器的 Q=4、 通 带中心为1kHz、通带 带宽为250Hz、 阻带带宽为2500Hz、阻带衰减为-15dB。  

    我再次将带通滤波器仿真文件上传至此处。

    e2e.ti.com/.../8103.DAQ-1kHz-BPF-EVB.TSC

    e2e.ti.com/.../1kHz-BPF-EVB-V4.TSC

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    TI__Guru**** 1815690 points
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    我想您必须依靠 TI 人来提供更多支持、

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    TI__Guru**** 1815690 points
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    您好 Young、Michael、

    现在您已经解决并了解了稳定性问题、我可以帮您解决带通滤波器的问题。

    今天和明天请允许我花点时间回顾一下。

    此致！

    亚历克

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    TI__Guru**** 1815690 points
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    尊敬的 Yong：

    您在这里是否仍需要帮助？

    此致！

    亚历克

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    TI__Guru**** 1815690 points
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    是的、您在这里发现了任何问题吗？

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    TI__Guru**** 1815690 points
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    尊敬的 Yong：

    我没有发现您提供的文件有任何问题。  我会再检讨一下，因为我们已有一段时间讲了。

    此致！

    亚历克

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    TI__Guru**** 1815690 points
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    您好， 

     我正在尝试基于 FDA 计算我的所有 BPF 和 LPF 的相位裕度、 一个问题让我很长时间都感到困惑、请帮助我指出获取相位裕度的正确方法。 问题如下：

    在建议的文章 " https://www.planetanalogue.com/stability-issues-and-resolutions-for-high-speed-fully-differential-amplifiers-fdas-insight-8/"中、您可获得位于(环路增益@ 0dB 时的相位值)的相位裕度。  但根据大量其他材料、相补角= 180deg -(环路增益@ 0dB 时的相位值)、因此我不确定哪一种是正确的相补角计算。  

    例如、  在您建议的文章中、图9  

    文章提到相位裕度是21度 、但从其他材料来看、相位裕度= 180 - 21 = 159度、这似乎是一个很好的相位裕度、请帮助我更正我们应该使用哪一个？  

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    TI__Guru**** 1815690 points
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    当然、您知道159度没有任何意义、因为放大器的主极点仅与其主 AOL 极点偏移了90度、将 VCVS4从-1更改为1、看起来就像您所说的一样、  

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    TI__Guru**** 1815690 points
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    Michael、您好！

     感谢您的答复、抱歉在此有这么多问题。  我还在尽最大努力了解如何获得相位裕度、目前我还不是很确定、下面两张图片都来自 TI 高精度实验室视频、但相位裕度计算不同、 如何理解它们？

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    TI__Guru**** 1815690 points
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    尊敬的 Yong：

    在您在上面分享的视频剪辑中、绘制的曲线是 AOL。  您获取 Aol 的相位(或相移)并从180减去它以获得相位和180 (稳定条件)之间的裕度。

    对于第二个图像、绘制的曲线  不是 AOL、而是 AOL * Beta。   已使用环路增益参数计算 AolBeta、  AolB 的相位是相位裕度。 如果从第二个示例中获取 Aol 曲线(红色相位曲线)、则需要将该相位从180度中减去。  由于 AolBeta 的相位(相位裕度)为87.74度、因此 Aol 的相位对应于92.26度。

    两种方法都正确、因为顶部 示例使用的是 AOL 的相位、底部示例使用的是 AOL * Beta 的相位。

    此致！

    亚历克

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    尊敬的 Alec：

     感谢回复、我理解、对于第一幅图像、Aol 的相位和环路增益(AolB)的相位是相同的、因为1/B 是常量值、增益是常数 、相位也是常数值"0"、其中 B 的平均增益也是常数、相位也是0、B 上没有相位变化、所以 AolB 和 Aol 有相同的相位曲线、对吧？  

    你在相位中提到的红线是开环增益(Aol), 但环路增益(AolB)相位是相同的曲线。  相位名称(环路增益)中有曲线标签、

    第二个图的情况相同、Aol 的相位和 AolB 的相位相同、因为 Beta (B)是恒定的、在纯电阻器网络上没有相位变化。  

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    尊敬的 Yong：

    我没有看到参考视频是针对 FDA 的、而您的第二个示例是针对运算放大器的。  FDA 有自己的稳定方法、如视频中所示。  您可以在环路增益交叉处使用 FDA 方法180 -相位=相位裕度。

    我随附另一份文档和使用 LMH6554的示例、以支持这一想法。

    e2e.ti.com/.../2656.Stability-Issues-and-Resolutions-for-High-Speed-Fully-Differential-Amplifiers-May1.pdf

    此致！

    亚历克

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    大家好、Michael、我用您推荐的电路重新设计了 PCB、但结果仍然不好、电路仍在振荡、元件值与 TINA 文件中提到的值相同。   

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    TI__Guru**** 1815690 points
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    尊敬的 Yong：

    您能否共享您的 PCB 层堆叠、或者您的设计中层的数量和厚度？

    您的电路板上是否有任何切口或分离的电源平面？

    对于使用 THS4551进行设计、有一些布局建议需要与高速布局指南一起考虑。

    https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1270011/faq-h-high-speed-amplifiers-pcb-layout-guidelines

    此致！

    亚历克

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    尊敬的 Alec：

     查看附加文件、了解 PCB 和原理图设计、它采用4层设计、第二层为接地平面、第三层为电源平面、PCB 厚度为1.6mm。  该电容器大多数是 C0G、用于滤波器和 ADC 前端、电源去耦电容器使用 X7R。  ADC 正常工作、借助其他更好的信号源且没有 LPF、ADC SNR 可以达到大约99dB。  具有 THS4551的 LPF 正在振荡。  

    e2e.ti.com/.../THS4551_5F00_LPF.zip