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[参考译文] PGA855：放大器显示3 MHz 输入信号的振铃/不稳定性

admin
Guru**** 1800230 points
Other Parts Discussed in Thread: PGA855, ADS8900B, PGA855EVM
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/1370303/pga855-amplifier-shows-ringing-instabilities-with-3-mhz-input-signal

器件型号：PGA855
主题中讨论的其他器件： ADS8900B、

工具与软件：

尊敬的 TI 支持部门：

在定制数据采集评估板中、我们观察到频率为几 MHz 的信号出现一些不良行为。 我们将其向下追溯到使用的 PGA855放大器。 对于某些频率和信号强度、放大器会变得不稳定、并在输出信号上产生振铃效应。 为了确保这不是我们的设计引起的、我们还购买了 PGA855评估板、并能够重现相同的故障行为。

下面是提供+/-5V 双电源、1Vpp 输入信号和增益1的 PGA855评估板的2个结果：

对于3.5 MHz、我们可以看到输出信号上有一些小的振铃(红色、蓝色)

借助3 MHz、我们可以看到输出信号上出现大量振铃(红色、蓝色)

这是放大器的(已知)问题吗？ 这是否与最大采样率从4MSPS 降至1MSPS 的数据表修订历史记录有任何关系？

但这实际上没有意义、因为允许的输入带宽(应该是10MHz)没有变化、而只是外部 ADC 的采样速度发生了变化。 不管怎么说、这种减少意味着什么-为什么我不能以我想要的任一速度对放大器输出信号进行数字化？

如果您可以确认这种行为、是否有计划在数据表勘误表中或修复了此问题的 PGA 新器件版本中？

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    TI__Guru**** 1800230 points
    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。

    尊敬的 Martin：

    PGA855无报告过与性能相关的问题或修订。 该器件提供10MHz 的平坦频率响应、如数据表第一页所示。  

    关于数据表修订版本 A 到修订版本 B；这是相隔一天执行的编辑修订、与器件性能无关；两个数据表修订于2023年9月的同一周进行、相隔大约一到两天左右。  PGA855是一款10MHz BW 器件、可以1MSPS (保守)驱动未经缓冲的高分辨率20位 SAR ADC、如应用示例9.2.2 ADS8900B 20位 SAR ADC 驱动器电路中所示。 从宏观角度看、放大器需要比>MSPS 10MHz 高得多的带宽才能以4MSPS 驱动高分辨率(16位至20位)的无缓冲 SAR ADC。   

    以下是重现此问题的几个问题：

    -  请提供本测试中使用的输出 R-C-R 滤波器和反馈补偿电容器。 如果可能、请提供您的设计原理图。

    -  PGA855输出端连接了什么器件或负载? 是否有任何 BNC 或同轴电缆直接连接到器件输出端、而无需隔离电阻器  

    -   电压供应条件是什么:Vs+、VS-、LVDD、LVSS、VOCM。

    -  PGA 增益？

    -  输入信号: 输入共模电压(直流)电压 其中信号以 PGA855 GND 为中心的位置；信号振幅

    谢谢！

    此致、

    Luis Chioye

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    TI__Guru**** 1800230 points
    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。

    以下是您的问题的答案：

    -  输出滤波器在 PGA855EVM 上默认打开,反馈补偿打开。  

    -  输出通过同轴电缆(RG316)直接连接到示波器。  

    -  VS+：+5V、VS-：-5V、LVDD = VS+、LVSS = VS-、VOCM = 2.5V。

    -  增益= 1

    -  输入信号: 输入共模电压(DC)：0V ;信号幅值= 500mV (1Vpp)

    如上所述、使用评估板时、问题应该可以轻松重现(除非我们犯了一些基本错误)。

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    TI__Guru**** 1800230 points
    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。

    尊敬的 Martin：

    使用几个 PGA855EVM 执行了测量。 在该设置中、我使用了2通道波形发生器(Agilent 33500B)来生成3MHz 和3.3MHz 全差分信号。 PGA855EVM 未通过输入和输出默认滤波器(转角频率为~μ V 7.57MHz)进行修改。 OUT+和 OUT- PGA855EVM SMA 连接器通过非常短的~5.9"同轴电缆连接到示波器。 我使用与上述相同的电源条件、其中 VOCM=2.5V、双极电源±5V 用于输入和输出级；信号为1vp。

    我使用函数发生器 SYNC 输出来触发 CH3上的示波器。

    随附了3MHz 和3.3MHz 的示波器图。  默认滤波器的转角频率会造成一些细微衰减、但可以根据应用要求对其进行调整。

    Vout+和 Vout-以及3MHz 处的输入信号。 CH1 OUT+、CH2 OUT-、CH3：函数发生器同步

    Vout+和 Vout-以及3.3MHz 处的输入信号。

     

     

     您的设置中使用的同轴电缆长度是多少？ 这些同轴电缆的电容规格是多少？ 仪表放大器和精密放大器可能对容性负载很敏感、在驱动同轴电缆时通常会看到与稳定性或边缘稳定性相关的问题。 如果在设置中驱动大电容或长同轴电缆、PGA855很可能具有边际稳定性或低相位裕度。 边际稳定性/低相位裕度会导致过度振铃。

    谢谢、此致、

    Luis

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    TI__Guru**** 1800230 points
    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。

    尊敬的 Martin：

    尽管这与所示测量的不稳定性无关、但值得注意的是2Vp 的差分输出幅度和3MHz 的频率、PGA855可能刚好处于大信号响应与频率之间的边缘。  请参阅下面的图7-41。  

    谢谢。此致、

    Luis

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    TI__Guru**** 1800230 points
    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。

    我们将检查并减少电缆长度。 然后、如果我们能够正确重现问题、我们将拍摄一些图片或录制视频、以有望解决问题。

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    TI__Guru**** 1800230 points
    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。

    此感谢、这里是 SMA-BNC 短适配器电缆的图片、用于在连接到示波器时测试其中一个 PGA855EVM。

    MΩ、您可以考虑使用低电容示波器探头、输入阻抗：10k Ω|| 12 pF

      

    谢谢。此致、

    Luis

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    TI__Guru**** 1800230 points
    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。

    好了、我们在此将通过小视频通过短电缆组件在轻松设置的情况下重现问题。 我们今天认识到、无论是否发生不稳定性、4 MHz 输入信号的相位绝对具有决定性：

    e2e.ti.com/.../5516.VID_5F00_20240612_5F00_101635_5F00_compatible.mp4

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    TI__Guru**** 1800230 points
    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。

    好的,我需要几次尝试,以可播放的格式转换视频,但现在它可以工作.

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    TI__Guru**** 1800230 points
    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。

    尊敬的 Martin：

    1) 1) 如果您在驱动同轴电缆和示波器时看到有边际稳定性、一个快速实验是使用您在输入上使用的~12pF 低电容探头、并将它们放置以监控输出并查看稳定性是否提高。 根据设备的不同、每个示波器输入可分别增加高达50pF 的负载、并且同轴电缆可能会增加其他几十皮法拉的电容负载。

    2) 我也怀疑、当您在4MHz 的输入信号上施加30度的相位误差时、所观察到的行为在很大程度上是由于仪表放大器在高频下的共模抑制性能下降所致。

    差分输入电压(VIN_DIFF)是输入端子的差值：

    VIN_DIFF =(IN+)-(IN-)。

    共模输入电压(VIN_CM)是输入端的平均电压或共模电压：

    VIN_CM =[(IN+)-(IN-)]/2  

    当施加两个相位为完美180度的4MHz 反相输入信号时、将施加纯1V 差分输入信号；没有共模信号(0V)。

    请参阅下面的理想 SPICE 瞬态仿真、它计算 输入差分和共模、其中对4MHz 180度相位差输入信号的差分和共模电压分量进行仿真/计算。 使用180度异相信号时、不存在输入共模电压分量。

    不过、当在4MHz 的频率下注入两个输入信号时(相位差为~150度)、现在需要在4MHz 下施加964mVpk 的差分信号分量以及~130mVpk 的显著4MHz 共模电压分量(信号的15%)：

    PGA855精密仪表放大器将在直流和低频下提供高共模抑制、因为这类仪表放大器中的大多数仪表放大器都将提供高共模抑制。 在直流至60Hz 频率下、数据表指定了大约82dB (min)和120dB (典型值)。

    在4MHz 范围内的高频下、CMRR 将按预期显著降级、因为放大器只有有限的10MHz BW。  当 PGA 增益=1时、4MHz CMRR 的典型值区域为~25dB (而直流时的典型值为120dB)、4MHz 下的最小 CMRR 可能会更低、因为4MHz 频率下没有最小规格；因此、您可能会看到信号中添加了明显的误差。 请参阅图7-24

    在应用中、您是否希望  在4MHz 下注入相位差失配30度的信号？  这是较大的相位误差。 通常、对于差分放大器、我们建议在电路板布局布线以及正负路径上的元件上使用非常对称且良好的匹配、以避免共模误差和相位不匹配误差。

    谢谢。此致、

    Luis