[参考译文] ADS8339：基准驱动器电路表达式

Daniel、您好！

ADS8339上的基准输入是一个开关电容器、在转换过程中需要快速动态电流再充电。  这不仅需要一个大型电荷库(10uF 电容)、还需要一个高带宽放大器来为该电流提供再供应。  大多数高速放大器可以满足此要求、但它们通常没有良好的直流规格。  在本例中、我们使用复合放大器拓扑、其中低速、低失调电压放大器(OPA333)提供直流精度、高速放大器(THS4281)提供高速动态电荷。

从噪声的角度来看、您可以将其视为一个简单的 RC 滤波器(10k、1uF)来滤除基准噪声、复合放大器只提供增益=1缓冲器来驱动 ADC 输入。

REF60xx 是包含内部缓冲器的新基准系列、可直接驱动基准输入。  这通常是首选方法、可降低电路板复杂性并减少组件数量。

https://www.ti.com/product/REF6045

如果对复合基准缓冲器的更多详细信息感兴趣、请查看此参考设计。

https://www.ti.com/tool/TIPD112

https://www.ti.com/lit/ug/tidu012c/tidu012c.pdf

此致、

Keith Nicholas
精密 ADC 应用

您好、Keith、

非常感谢你的帮助。

我目前拥有 OPA350运算放大 器、不久我将订购一些 OPA388、为了降低项目成本、我已经拥有 REF5045、这种解决方案似乎更可取。

是否可以为 ADS8339和 DAC8552使用相同的基准驱动器？ 在每个输入端使用单独的10uF|0.1uF 电容器？

此致、

Daniel Almeida

Daniel、您好！

OPA350和 OPA388应该运行良好、但可能需要对 RC 值进行一些调整以实现良好的环路响应。

由于 DAC8552基准输入是一个开关电阻器网络、因此驱动起来会更容易、因此同一个缓冲器也可以正常工作。  ADS8339上的基准输入引脚将由于开关电容器而产生相当大的噪声。  该引脚应具有专用基准缓冲器、并且不应直接连接到任何其他数据转换器以避免噪声耦合。

此致、
Keith

您好、Keith、

非常感谢你的帮助。

以下哪一种替代方案可提供最佳的噪声性能？ 所有选项都考虑 DAC 输入引脚附近的10uF|100nF。

- REF5045直接驱动 DAC 基准输入引脚

- REF5045连接到驱动 DAC 基准输入引脚的电压缓冲运算放大器的输入端

-一阶有源 低通 RC 滤波器连接到 REF5045、通过一个驱动 DAC 基准的运算放大器实现

-二阶 Sallen-Key 低通滤波器巴特沃斯滤波 REF5045、提供 DAC 的基准电压

对于建议的基准驱动器 ADS8339、似乎已足够、也许我想降低其截止频率。 我需要运行更多的仿真来检查稳定性。

在所有电阻器设置为10kOhm、所有电容器设置为1uF 的情况下、Q 因数很高、并且在滚降之前出现峰值、但仿真显示电路是稳定的。

如果两个转换器具有单独的缓冲器、则可以使用相同的 REF5045 IC。 对吧？

注：

我将使用 OPA388 + OPA350替换建议的运算放大器。

缓冲电路(Zobel 网络)的组件值修改为2.2uF + 10欧姆、以提高稳定性。  

此致、

Daniel Almeida

Daniel、您好！

REF5045可能能够直接驱动 ADS8339基准输入、尤其是在采样率较低的情况下。  我们尚未对此进行测试、但在设计电路板以测试此选项时、您可能需要添加一个0欧姆跳线选项。

为了实现最低噪声性能、您可以在极低截止频率下向 REF5045的输出添加单极 RC 滤波器。  这将降低基准噪声并提供最佳性能。  在本例中、您将需要使用基准缓冲器。 但是、我认为这可能是最佳选择、因为您需要 ADC 和 DAC 的基准。

是的、在本例中、您可以使用单个 REF5045和两个缓冲器、一个用于 DAC、另一个用于 ADC。

此外、如果您可以容忍 OPA350的失调电压(这将影响 DAC 和 ADC 的增益精度)、那么您可以在简单的缓冲器配置中使用 OPA350、通过0.22欧姆的串联电阻(用于稳定性)驱动10uF 至22uF 的输出电容器。

此致、
Keith

您好、Keith、

非常感谢你的帮助。

我将按照您的建议、在基准的输出端合并一阶滤波器、并为 ADC 和 DAC IC 提供单独的缓冲器。 哪种运算放大器可以更好地充当缓冲器、具有更低噪声、偏移和漂移的 OPA388或具有更高带宽和输出电流的 OPA350？

此致、

Daniel

Daniel、您好！

如果要将单个放大器用作缓冲器、则需要使用 OPA350来驱动 ADS8339的基准输入。  OPA388不能直接驱动开关电容器负载并显示良好的结果。  如果 OPA350的直流规格不够好(将导致 ADC 中出现额外的增益误差)、则可以使用复合放大器方法、其中 OPA388提供直流精度、OPA350驱动负载。

此致、

Keith

您好、Keith、

感谢您的帮助、

我已经运行了一些仿真来检查相位裕度、我必须将 RC 缓冲器值更改为10欧姆+ 1nF。 我还添加了一个与输出串联的10欧姆电阻器、我不确定转换器(ADC 和 DAC)的基准引脚上是否必须使用10 uF||0.1uF、因为它前面有一个缓冲器驱动器和 RC 滤波器。

仿真显示相位裕度远高于70度、并且没有明显的峰值。

您能否为我提供有关两个器件输入引脚阻抗的信息？ DAC8552基准输入阻抗可通过电阻器(来自电阻器串)建模。 至于 ADS8339输入阻抗、我真的不知道、您是否可以向我提供 RC 值、当然、如果它不是机密信息。 我想确保电路不会振荡。

[引用用户="Keith Nichola"]

Daniel、您好！

如果要将单个放大器用作缓冲器、则需要使用 OPA350来驱动 ADS8339的基准输入。  OPA388不能直接驱动开关电容器负载并显示良好的结果。  如果 OPA350的直流规格不够好(将导致 ADC 中出现额外的增益误差)、则可以使用复合放大器方法、其中 OPA388提供直流精度、OPA350驱动负载。

此致、

Keith

[/报价]

我认为 OPA350在这方面具有良好的性能、如 www.ti.com/.../tidu012c.pdf 中所述、复合放大器的性能会更好、但需要更大的组件数量并略微增加系统复杂性。

PS：

我将使用 Middlebrook R. D.中"反馈系统中环路增益的测量"中描述的技术测量增益裕度和相位裕度。 J. Electronics、vol 38、no. 4、pp. 485-512、1975。

我不确定这是不是最精确的技术、 但是在 TINA 中工作的唯一一个、它需要后处理器、引入表达式((I3 (s)/I4 (s))*(-X (s)/Y (s)-1)/((I3 (s)/I4 (s))+(-X (s)/Y (s)+2)))))、必须在 VG1中定义为新的输入曲线、并且只能在输入曲线创建后作为输入曲线、并且必须在 VG1中定义为输入曲线。

我将使用中的宏模型

TINA 中包含的模型在噪声和交流性能方面不是很精确。

e2e.ti.com/.../Converter-Noise-Filter-_2D00_-stability.TSC

e2e.ti.com/.../Converter-Noise-Filter.TSC

感谢您的关注

此致、

Daniel

Daniel、您好！

ADS8339基准引脚的输入是一个开关电容器、大约等于输入电容的1/4或15pF。  平均输入电流取决于采样率、当以4V 基准电压以250kSPS 运行时、额定输入电流为75uA。  该电流将随采样率呈线性变化；在50ksps 时、平均电流将接近15uA。

该电流将在10欧姆串联电阻器上产生压降。  在250kSPS 时、这将大约为750uV、从而产生增益误差。

您可以将22uF 电容器与0.22 Ω 串联电阻器配合使用、并且仍然获得大约80deg 的相位裕度。  这也将消除增益误差。

DAC8552是一个电阻器串、输入电阻指定为62kOhm。  将会出现小毛刺脉冲、类似的输入缓冲器应可轻松驱动该输入。

有关稳定性分析以及如何使用 TINA-TI 的更多信息、请参阅 TI 高精度实验室-运算放大器第10.3节。

https://training.ti.com/ti-precision-labs-op-amps

https://training.ti.com/ti-precision-labs-op-amps-stability-spice-simulation

此致、
Keith

您好、Keith、

非常感谢你的帮助。 这种稳定性评估方法更简单、容易得多。

驱动器的输出/ADC 的输入是否需要存在电容？ 在原理图中、您将电容器 C3连接在输出端、电路中是否有必要、或者它仅用于演示驱动(大)电容负载时的运算放大器稳定性？

DAC8552无需滤波电容即可直接驱动、对吧？ 假设它是一个电阻器串。 您提到的干扰与分压器输出之间的切换有关？ DAC 的驱动器是否也需要缓冲器电路？ 它的输入不会出现大电容、对吧？

此致、

Daniel Almeida

Daniel、您好！

如果初级电容器 CL (22uF)可以直接放置在 ADC 旁边的基准引脚上、则无需额外的0.1uF 电容器 C3。  该电路借助该附加电容器实现稳定、并有助于应对开关电容器基准引脚产生的快速负载瞬变。

查看 DAC8552EVM 用户指南。  基准引脚直接由没有电容的缓冲器输出驱动、因此无需额外的电容器即可获得良好的结果。

https://www.ti.com/lit/ug/slau172a/slau172a.pdf

此致、
Keith

感谢你的帮助。 我认为100nF 电容器不会在输出端引入过多的相移、并且在较高频率下实际上可能表现出更好的行为、因此可以将其包括在内。

我在 TINA 中运行了一些仿真、以使用 OPA350评估基准驱动器稳定性。 目前 、我所在大学的库存中没有超过2.2uF 的非极化(非电解)电容器、 我也不确定电阻器是否低于1欧姆。 如果我们仅订购无源组件、我们会增加项目成本、因为远期和处理成本比组件本身高大约10倍。

我不知道我是否可以用2.2uF 非极化(聚酯)和1欧姆电阻代替220m 欧姆代替22uF。 还是最好将10uF 的电解电容器与1欧姆电阻器串联？  

由于电路用于 ECG 应用、ADC 的采样频率设置为1kHz。

ADS8339参考驱动器(v3)- C2为聚酯、C4为陶瓷。

驱动器 v3的相位裕度超过55。

ADS8339参考驱动器(v4)- C2是电解电容器、C4是陶瓷电容器。

驱动器 v4的相补角超过57度。

ADS8339参考驱动器(v5)- C2为聚酯、C4为陶瓷。

驱动器 v5的相补角约为71度。 稳定性得到保证。

e2e.ti.com/.../Converter-Noise-Filter-_2D00_-stability-_2800_v3_2900_.TSC

e2e.ti.com/.../Converter-Noise-Filter-_2D00_-stability-_2800_v4_2900_.TSC

e2e.ti.com/.../Converter-Noise-Filter-_2D00_-stability-_2800_v5_2900_.TSC

当然、最好的解决方案是 v5电路、问题是增加的成本、v3或 v4是可接受的选项吗？ 如果是、哪一个更好？

PS：即使没有库存、也可以在零售商店购买0.22 Ω 电阻器、其成本应尽可能低。 电容器更复杂、零售商店只销售10 μ F 以上的电解电容器、我可能能够以可接受的价格获得10 μ F 聚酯电容器、它是否适合应用？ 可能是10 μ F (聚酯)+ 0.22欧姆与0.1nF (陶瓷)驱动器 v5并联、这是可接受的解决方案吗？ 我认为电解电容器对于较高的频率并不是很好、可能会降低电路的响应、并减小相位裕度。 在当地商店和我大学的库存中、陶瓷电容器的最高电容约为1uF (最大值)、聚酯电容器的最高电容约为10uF (最大值)、高于这些值时、所有电容器均为极化电解电容器。

此致、

Daniel Almeida

Daniel、您好！

您可以使用电解电容器、无需添加额外的串联电阻器。  这些仅适用于低 ESR 陶瓷电容器。  只需查看电容器的数据表、并确认 ESR 在0.25 Ω 至1 Ω 范围内、即可获得最佳性能。  然后、您可以根据 ESR 规格进行仿真以确认相位裕度。

此外、由于您仅以1ksps 运行、因此您可以使用 REF5045直接驱动 ADC 输入。  需要使用缓冲器来支持更高的数据速率。  内部 REF5045缓冲器、在16b 时支持大约100ksps。

必须使用更大的电容器来提供基准负载电流。  您可以尝试使用2.2uF 的电容、但我想您会看到更高的噪声。

此致、
Keith

您好、Keith、

非常感谢您澄清我的问题。

我需要两个基准驱动器、一个用于 DAC、另一个用于 ADC、由于 RC 低通滤波器、DAC 驱动器是必需的、该驱动器的输出端不需要电容器。

ADC 基准驱动器的输出端具有一个低 ESR 铝制电容、电阻值约为0.1欧姆至1.5欧姆。 我已决定从输出端移除100nF 电容器、因为如果 ESR 更高、它会导致不稳定。 仿真显示电路稳定、ESR 为1欧姆时的相位裕度超过86度。  

您认为该电路足够吗？

e2e.ti.com/.../Converter-Noise-Filter-_2800_v6_2900_.TSC

此致、

Daniel