[参考译文] OPA4228：低频和高频时芯片的延迟不同

尊敬的 Hui、

您能否测量延迟差异、并提供此行为的示波器捕获以及您正在使用的电路的示意图？ 我们需要更具体的信息。

此致、

Alex Curtis

应用场景：芯片被应用在"AC 输出电压/电流采样"调节电路中、作为一个差分到单端转换器。

问题：关于运放芯片模型"OPA4228 (原 TI)"上出现的延迟问题。 首先、我们使用 SIMetrix 软件在 TI 官方网站上进行实际测试和仿真芯片的 PSpice 模型。 Discovery 1)"芯片 OPA4228"具有大约40ns 的固有延迟。 2)运算放大器器件的延迟取决于输入信号的频率。 5kHz 之后、仿真和测量的延迟稳定在40ns±20%；在5kHz 之前、仿真和实际测量延迟将更大。

因此、

首先、芯片 OPA4228的固有延迟是如何产生的、会影响哪些参数？

其次、仿真和实际测试都表明、低频时存在显著延迟。 这可能是什么原因呢？

我希望得到具体的答案,非常感谢!

2、相应的电路图和波形

图1：模拟电路图、根据实际应用电路图构建

图2：通过 OPA4228芯片后测得和仿真的不同频率信号的延迟数据

选择曲线过零测量

图3：；图像示例；绿色曲线表示输入信号；红色表示 OPA4228输出信号 Δ I

输入信号频率：50K；总仿真时间：10m；仿真步长：1A-100N；芯片延迟：30N  

尊敬的 Hui、

感谢您的详细跟进、我很感谢。

根据我的理解、实际运算放大器中固有的延迟是由寄生电容和晶体管开关时间等许多因素导致的、这些因素都会导致整体延迟。

我对您分享的结果有一些想法：

1. 我在 Tina 中复制了您的电路、以便对延迟进行仿真。 我们不支持 Simetrix、但当我在 TINA-TI 中使用相同的仿真设置(输入在50kHz 下为400mV、瞬态仿真运行0-10ms)运行您的电路时、我测量输入和输出波形交叉0时之间的35.11ns 的时序差、这与仿真结果(30ns)类似、但不完全相同。 运行瞬态9.9798ms 至9.9806ms (对仿真屏幕截图中的时间窗口进行完全相同的仿真)后、我测得34.78ns 的延迟略有不同。
2. 在复制电路并在 TINA 中看到类似结果后、我认为低频时出现异常高延迟可能是测量问题。 您是否能够使用多个器件测量此行为？ 如果是这样、您可以看到相同的结果、我可以尝试在硬件中复制此电路并在我们的实验中进行测量。

e2e.ti.com/.../OPA4288-Delay.TSC

此致、

Alex Curtis

您好！

非常感谢您的专业回答。 我们非常感激！

1、答复以前的问题

您提到使用多个组件进行测量、我们将尽最大努力分配时间在后续项目进度中进行测试。 此外、在 ADI 的 AD8221芯片中还发现低频延时较大、这似乎是运放芯片的一个常见问题。

AD8221作为第一级运算放大器、可将差分信号转换为单端信号。 接下来是运算放大器器件(TI-TL084I)、后跟模数转换芯片"AD7606C-16BSTZ-RL"。 该电路图如下：

此外、在项目过程中除了"芯片延迟"还有一个问题、那就是运算放大器芯片的增益会随着频率连续变化、输出信号幅度和输入信号幅度不再是线性的、而是呈现出非线性的变化。

我们推测、芯片增益的变化可能与频率响应特性有关。 下面附上了实际测量的芯片"OPA4228"的增益变化曲线(其中名称为"第二级运放增益"的就是芯片"OPA4228"的测量曲线)

所以我们会遇到一些问题：

①What 因子导致运算放大器器件的增益变化？

②The 我们在 SIMetrix 软件中使用之前的电路图模拟的波特图似乎不正确,与规格不一致。 我们是否在某个位置发生了错误？

我们希望寻求更详细、更专业的解释、找出运算放大器器件增益变化的原因及其影响因素。 非常感谢！！！

2、有关"TI-TL084I"芯片的一些类似问题

此外、在另外一个电流采样电路中、我们在实际测试的过程中采用了运放芯片"TI-TL084I"、"延时约200ns、而且增益还可以经受频率变化带来的非线性变化。 下面是有关延迟和增益的原理图

(图1：实际应用的电路图)

图2：SIMetrix 软件模拟延迟

①Select 曲线过零测量(两个运算放大器芯片均为"TI-TL084I")

②Input 信号频率:50K;总仿真时间:1M;仿真步长:1A-10n;

③First 级运放延时：94n；第二级运放延时：95n；总运放延时：189n

图3：测试期间的实际增益变化、其中增益随频率非线性变化

图4：仿真波特图、其中的频率响应曲线与规格表不匹配

再次感谢！！！

尊敬的 Hui、

为了彻底、我需要更多时间对此做出响应。 我应该在明天(1/16)下午5点(MST)之前发布回复。

同时、我想您可能会发现我们的 TI 高精度实验室 运算放大 器带宽视频有助于了解放大器增益如何随频率变化。

此致、

Alex Curtis

尊敬的 Hui、

感谢您的耐心。  

如果您还没有下载 TINA-TI、我建议您下载我们支持的免费 SPICE 仿真器 TINA-TI。 通过使用相同的仿真器、可以更轻松地比较仿真和解决任何问题。

运算放大器的开环增益(Aol)随频率的变化而变化。 运算放大器的 Aol 表示在频率范围内可应用于器件差分输入的最大增益、这就是我们在数据表中显示的曲线。 理想情况下、无论频率如何、放大器的开环增益都是无限的、但实际器件并非如此。

在您执行的仿真中、看起来您实际上是在测量放大器的闭环响应、而不是开环增益。 闭环响应(ACL)包括反馈网络的影响(Beta)、因此您的仿真图与数据表中的图不同。 有关断开环路以确定开环响应和评估放大器电路稳定性的更多详细信息、请参阅我们的 TI 高精度实验室演示文稿"稳定性"。 该系列(相位裕度)中的第二个视频介绍了许多有关我们如何进行稳定性仿真的有用信息。 您可以在此处找到此视频的演示幻灯片、其中包含文字记录： https://www.ti.com/content/dam/videos/external-videos/en-us/1/3816841626001/4080254925001.mp4/subassets/opamps-stability-phase-margin-presentation-quiz.pdf。

使用各幻灯片中概述的断开环路方法、我模拟了 OPA4228电路的负载开环增益。 该频率响应与 OPA4228数据表中所示的图非常匹配。 我还能够复制您的仿真中相同的闭环响应、其中显示了没有反馈电容器OPA4288-delay-stability.tsc 的增益峰值

关于您的第二组问题、TL084I 电路中使用的元件值是什么？ 如果您发送所仿真电路的图像、我可以在 TINA 中进行复制。 如有任何问题、请告诉我。

此致、

Alex Curtis