[参考译文] PSpice-for TI：模拟 OPAx387会产生低于负电源和高于正电源的输出。

埃里克，您好！  

这怎么可能？

OPA387电路上的反相输入应用512mV 时出现问题。  

配置后，您可以使用超位置方法解出 Vout。  

1.考虑 INA293的输出电压为0V，或模拟接地输入电压源，然后输出电压1 =-512mV *(10k0/12.605k)=-0.40619V

2.如果您导联 V1或512mV 接地，则 Vout2 = 0V

3.联合收割机输出=输出1 +输出2 =-406.2mV

TINA-TI 以大约-127.26mV 的频率进行模拟，因为它不能低于数值或 GND。   

如果我在 V 轨上放置了-0.5V，则电路的输出模拟为-406.04mV，这与手动计算是一致的。  

如果您配置 V1 = GND，则输出与 Vin 线性关系，Vin 的运行范围为0V 至1.9V，且电路的增益约为3.16V/1.9V = 1.8947 V/V

e2e.ti.com/.../OPA387-for-PSpice-02222022.TSC

如果您还有其他问题，请告诉我们。  

最佳

雷蒙德

感谢您的详细回复！  电路的目的是在输出电压中引入负偏移并增加增益，以调节 A/D 信号  此外，我正在尝试使用单个耗材来完成此操作。  该电路基于《TI 模拟工程师手册》中的“具有反相正参考电压电路的无反相运算放大器”。  “在现实生活中”电路工作正常，也许通过滑轨的行程在实际操作中被夹紧。  但是，我仍然需要一个精确的模拟——特别是因为这个电路似乎在推动用于模拟其操作的数学极限！  我也在努力解决收敛问题，但我还是成功了(只有一次！) 为了获得我所期望的传输功能，模拟返回到无法收敛之前。  这种不确定的行为令人难以理解——我对解决香料限制的复杂性也有不了解。  您是否针对此项工作对 TINA 进行了评论？

埃里克，您好！  

TI 模拟工程师手册中的“无反相运算放大器，带反相正参考电压电路”。

您是否指的是此电路，但计算器显示的缓冲区配置为非反相位偏移。  

您可能有以下计算方法。 如果您不这样做，您可以从下面的链接中将其关闭。  

https://www.ti.com/tool/ANALOGUE-ENGINEER-CALC

电路增益为 G =(1 + R2/R3)= 1.7933 V/V 应用叠加方法：

如果我们接地输入电压，输出1 = G*(R5/(R5+R4)*参考电压)= 1.7933*(771/10771)*(-21mV)= -2.6957 mV

如果我们接地参考引用，则输出2 = G*(R4/(R4+R5)*输入电压= 1.7933*(1000/107771)*输入电压= 1.6649*输入 电压  

因此，Vout_total = Vout1 + Vout2 = 1.6649*Vin - 2.6957mV，这是传输函数。  

如果输入电压= 0V，则输出电 压总计=-2.6957 mV，如果电路有附加输出电压，则输出电压应补偿为接近0mV，如下图所示(不违反单个电源轨的 VCM 要求)。  

e2e.ti.com/.../OPA387-Level-Shift-02232022.TSC

如果您还有其他问题，请告诉我们。  

最佳

雷蒙德

是的 ， 这是您提到的模拟工程师指南中的电路(第146页，当前版本，请参阅随附的屏幕截图)。  但是，我不理解你对它的分析，因为删除正反相参考会改变它的功能。  如果我确实能接触到负电源以增加输入信号，那么生活就会更轻松——至少我可以理解在模拟方面正在发生的事情——更好！  但是，我设计的主板是 Raspberry PI HAT，房地产价格也很高，所以添加另一个电源以及过滤来满足波纹要求将是我的最后选择！  我已经在使用高集成模拟组件(谢谢，TI！) 以节省空间。  

令人感兴趣的是，作者给出了一个例子，但没有讨论您在这里提出的内容，也没有讨论我发现的模拟电路的问题。  他们的数学是基于运算放大器的+和-输入具有相同的电势，因此可能缺少的是讨论电路输出限值附近会发生什么。   我需要的传输功能是 Vo = 1.66Vi - 0.4062。  昨天晚上，我成功地获得了我给你的电路来模拟，它接近这个传输功能，除了限制，这是正常的。

本原理图的最终应用是对4-20mA 电流回路进行准确的12位 ADC 分析，同时提供高共模和 ESD 抗扰性(我尚未将 TVSS 添加到电路中！)。  更明显的孤立解决方案占用了太多房地产，而且超出了预算。  由于目前零件短缺，我认为许多设计方法都是不可能的。  

顺便说一句，我使用的是 Windows 11，而且 TINA 似乎没有启动它。  因此，我将继续使用面向 TI 的 PSPICE-for TI。  您能否指出有关减少偏差点计算问题的任何良好文档？  这就是我现在陷入困境的地方：PSpice 无法在 OPA387附近的电压上收敛。

埃里克，您好！

让我把它反馈给你们，因为模拟电压不应低于地面，使用单电源轨或 V-= GND。

 我想要的传输功能是 Vo = 1.66Vi - 0.4062...

由于 Vo 不能低于接地，当 Vin > 0.2447V 时，传输功能将工作。 如果你给我提供了 Vout 操作范围，我会看到是否有办法四处走动。 如果需要输入电压为0 <=输入电压<2.2V，则需要负电源轨。  

在 SBOA262A 应用手册中，2 < Vin < 5是操作范围， 在 VI 中，它在2V 以下不起作用。  

顺便说一句，我使用的是 Windows 11，而且 TINA 似乎没有启动它。  

我不知道 TINA-TI (版本 9.3.2)在 Windows 11操作系统中不起作用。  很抱歉，我无法解决此问题。   我使用的是 Windows 7和 Windows 10与 TINA-TI。  

您能否指出有关减少偏差点计算问题的任何良好文档？

我们有一系列运算放大器视频培训剪辑，但要花时间浏览，请参阅下面的链接。  

https://training.ti.com/ti-precision-labs-op-amps-input-and-output-limitations-non-linear-behavior?context=1139747-1139745-14685-1138798-13960

关于负电压调节器。 您可以考虑我们的 LM27761，LM2776，LM2662，LM7705负偏压发生器，这是一个开关电容器电压逆变器。 如果输入正极电源电压，则会产生负极电压轨。 如果电路板上没有太多 PCB，则这些选项可能对设计不有用。  

请告诉我是否可以帮助您解决其他问题。 如果 OPA387 pspice 模型有问题，我会要求工程师解决。  

最佳

雷蒙德

埃里克，您好！

我使用的是一年前的宏模型，而不是最新的宏模型。 无论如何，使用最新的 pspice 模型，Vout 不会在单个电源电压轨中低于接地端(-1.8mV)。 但是，您的输入或线性区域只能在0.511V 至4.677V 之间。 pspice 模型在2021年9月21日 上已过时。 请确保 您使用的是日期大致相同的最新型号。  

请平衡输入电阻，您将获得更好的范围如果您有其他问题，请告诉我。  

e2e.ti.com/.../OPA387-Sim-02232022A.TSC

最佳

雷蒙德

埃里克，您好！  

很抱歉，我忘记了您想要转接功能：  VO = 1.66Vi - 0.4062

以下是电路，但您的输入范围有限。  

如果您还有其他问题，请告诉我。  

最佳

雷蒙德

是的，这就是我要拍摄的内容。  我已经开始研究开关帽电压源，但它们需要进一步调节以消除波纹...换句话说，在我珍贵的板上有更多的组件！  此电路有两个问题：当我为低阻抗电压源添加第二个 x387时，PSpice 不喜欢它：偏压条件不收敛；其次，我不确定如果 VI 低于340mv 会发生什么情况。  理想情况下，x387只输出零伏电压；最坏的情况是设备损坏。  我正在使用顶部和底部的这些“非线性”区域来将 A/D 放置在4-20mA 电流回路中表示“过低”或“过高”错误的范围内。  换言之，“真实”所需的传输功能是 Vo =最小值(最大值(1.66Vi - 0.406)，0)，3.3)

(我熟悉 TI 的4-20mA 接收器芯片，但作为 DIP，它太大，无法适应我的项目。)

我将按照您今天建议的视频实验说明操作。  我希望有一个关于“如何解决 PSPICE 收敛问题”的问题！  你会笑的，但我在1980年第一次使用香料——用打孔的卡片！  

请注意，随附的原理图是我无法在偏差条件下收敛的：添加第二个 x387似乎阻止收敛，即使未收敛的电压全部位于用作安培/电平转换器的 x387的引脚上。

埃里克，您好！

我已经开始研究开关帽电压源，但它们需要进一步调节以消除波纹...

是的，它会在现有电路上产生一些波纹噪音。 请使用低 ESR 电容器绕过噪音接地。 我们的增压增压泵 LDO 应能在运算放大器应用中正常工作(OPA387中的 PSRR 偏高)。 通常，RC LPF 的工作效果应该足够好。  

如果您想进一步减弱开关噪音，可以使用电容器乘法进一步降低波纹噪音， 请参见下面的附加图像(这是为了产生正噪声电压，而您希望为负电压提供一个电压源)。  

如何解决 PSPICE 收敛问题...

在处理 PSPICE-TE-TI 时，我遇到了同样的问题，尤其是涉及更多组件时。 在这方面，TINA-TI 对用户更友好。  

顺便说一句，精确运算放大器培训视频非常出色，但它可能无法立即获得您所需的内容，特别是您对设计的了解非常多。 您可以尝试跳过某些帧并加速浏览内容。  

如果您还有其他问题，请告诉我。  

最佳

雷蒙德

对于 TINA，我认为我可以用这些设备来最好地实施该解决方案。  但是... 我仍然担心 INA190的负共模规格，这远远低于我的期望。  我一直在研究仪器放大器解决方案，这些解决方案可以提供更平衡，更宽的共模输入最大值，以便我可以在不友好的生产过程环境中提高电路的可靠性。  您是否对 TI 可能推荐的产品或方法有任何建议？

埃里克，您好！  

下面是仪器放大器(IA)选择。  

如果您能为我提供 IA，输入 VCM 和输出范围的增益，我可以稍后为您模拟一个增益。 INA826是一种低成本的 IA，但我们确实有很多选择。 请参阅下面的选择。  

https://www.ti.com/amplifier-circuit/instrumentation/products.html?keyMatch=INSTRUMENTATION%20AMPLIFIER

最佳

雷蒙德

下面是我要实现的目标：

为12位 A/D 构建准确的4-20mA 电流监视器模拟前端，该模拟前端使用最小的板载空间和部件成本，以低总成本在具有电气挑战性的环境中实现过程控制所需的性能(例如与运行 REXYGEN 控制软件的 Raspberry Pi 连接)

1)处理可能发生的共模电压，20mA 回路未与接口的共接地连接，且没有昂贵的全电化隔离。  这意味着要处理接地回路或意外连接至120V AC 以及 EMI，ESD 和反向连接或不正确的电源连接。   为此，我希望通用模式规格超过120V，并具有一定的安全系数，允许使用电视设备以防止损坏接口。  但是，根据我迄今为止的研究，60V 似乎更可行，我可以忍受。
2)使用3.3V 12位 A/D FSR 的80%(其余20%用于检测过电流和欠电流情况)。  这意味着如果预算允许，总误差必须在0.05%附近。  采样过多以获得更多的 A/D 范围似乎是徒劳的，但减少信号中噪音的影响可能是有用的。  因此，输出范围应为0-3.3V，减去与设备限制匹配的任何必要数量。

3) IA 的增益应能够适应适合于在0-20mA 上运行的分流电阻的输入范围，并单独产生所需的输出电流，或者具有附加的运算放大器级，该级级也可调平，从而消除测量输出中的大部分0-4mA 范围，因为它是这样 “浪费”A/D FSR。  您和我使用的电路使用了大约2.8ma-21.6ma 和裁剪来设置 FSR 范围，使用两侧的额外10%作为电流不足/过电流信号并确保线性。   根据 EIA 标准，分流电阻器应该为250欧姆，但在我的设计中，我使用了一个5欧姆电阻器作为分流器，并增加了2x122欧姆，以使整个分流器符合 EIA 标准。  总电阻为500欧姆，我也可以接受，因为这样可以更容易地选择电视。
4)我非常喜欢单电源3.3V (成本/房地产)，但我知道，当为仪器和差动放大器提供平衡电源时，VCM-max 会得到更好的处理，所以我愿意考虑这一点 (我可以使用至少一个+16V 电源作为当前循环的来源，这是我的客户希望看到的。)

再次感谢您的帮助！

埃里克

埃里克，  

封装是我们的4-20mA 双线发射器，带 XTR117。 XTR111是我们的3线4-20mA 发送器。 当然还有其他的。 或者，您可以使用精密运算放大器制作自己的4-20mA 电流回路。  

我们可以调整其中一个 IC 并转换4-20mA 信号，请参阅随附的模拟。  

e2e.ti.com/.../XTR117-0_2D00_5V-4_2D00_20mA-02262022.TSC

关于你的意见，我不知道你想要什么。 您的电压为16V 直流，5mV 交流电压也在上升。 频率如何？

我正在通过文件发送，请进行任何更改，然后在 Tina 将其发回给我。 然后，我将把所有这些放在一起。 感应电流有点低。

e2e.ti.com/.../INA826-CURRENT-SENING-02262022.TSC

最佳

雷蒙德

雷蒙德您好，

我检查了您提议的电路。  我不理解 XTR117的第一个芯片，因为它是一个发送器芯片，我正在尝试构建一个接收器。  您是否打算电路的输入电压来自4-20mA 接收器的分流电阻器的电压，并且 A/D 会对整个负载的电压进行采样？  如果是这样，我不理解为什么这条电路会比我开发的电路更好，以满足项目要求，因为有两个负载电阻器会产生额外的错误，消耗的电流和板空间会大大增加。

第二个电路似乎朝向 CM DC 信号顶部的交流输入信号，这不是我的应用。  我的应用是非常低的频率和全刻度的，这是由一个测量传感器(如油箱液位或湿度等)引起的。 因此，我的重点是精确测量从本质上来说是直流输入的4-20mA 范围，并具有少量超驰能力来感应故障情况。  我担心 CM 输入的原因首先是，在高侧测量时，回路电源是 CM 电压。  此外，电磁干扰和接地回路会产生 CM 信号，因此电路需要高 CMRR 和 CM 偏移的易存活性(具有适当的电视保护)。   

从本质上讲，我最初向您展示的电路(现在在 TINA 上正确模拟)是完美的，除了 INAx290的非对称 VCM-max 限制(我使用了387，最初是因为 PSpice 没有为290提供模型)。

埃里克，您好！  

您是否打算电路的输入电压来自4-20mA 接收器分流电阻器的电压...

也许这是我的误解。 我记得您提到了一个由4-20mA 接收器(可能是 RCV420)提供的 DIP 封装。 然后，您可能需要4-20mA 发送器才能通过电流环路进行通信，这就是为什么我认为 XTR117或 XTR111可以最大程度地减少空间问题的原因。 如果不适用，请忽略我的建议。  

因此，我的重点是准确测量4-20mA 范围的 DC 输入，并具有一些超驰能力来感应故障情况...

如果您正在讨论如何用仪表放大器(IA)+广泛的共模输入电压替换 INA290 I-V 转换器，我们没有直接放置来处理电流感应应用。   

您可能需要使用 INA148，INA149或 INA159其他差动放大器来降低 VCM，以便与 IAS 配合使用。   

https://www.ti.com/amplifier-circuit/difference/products.html#p1169max=11;100&p480=1&sort=p1168min;asc

如果您还有其他问题，请告诉我。  

最佳

雷蒙德

谢谢你。  我会尝试使用 INA149进行设计。  我正横穿手指，TINA 或 Spice 都将支持对我需要的双轨电源转换器建模！  总的来说，我希望使用更多的板空间，但我希望当我的版式艺术家开始工作时，它仍然适合。

埃里克，您好！  

密封为 INA149蒂纳线性操作检查。  

e2e.ti.com/.../INA149-Linear-Operation-Checker.TSC

它应该与 INA149的数据表相同，但如果您使用的电源轨与数据表不同，在 Tina 的帮助下检查输入 VCM 的线性操作会更容易一些。  

如果您还有其他问题，请告诉我们。  

最佳

雷蒙德

谢谢你。  说到电源轨...假设我可以找到任何 TPS65130/1部件，如何模拟它们？  Webench 不会生成整个电路， 但它建议模拟电路以确保其工作正常。  而且 ，TINA 的模型或 PSPICE 中的模型似乎都没有

埃里克，您好！

我不知道为什么这些产品中没有 pspice 模型(该产品由基于 E2E 的 CPP-CPP 团队提供支持)。 但是 ，我们确实有 TPS65130EVM-839。 您可以请求样品，但可能需要一些时间。  

https://www.ti.com/lit/ug/slvuaw6/slvuaw6.pdf?ts=1646075928857&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.ti.com%252Fproduct%252FTPS65130

https://www.mouser.com/ProductDetail/Texas-Instruments/TPS65130EVM-839?qs=qpJ%252B%252B%252Bdg6p1INvYt3vE82g%3D%3D

我对你的建议不是很好。  

最佳

雷蒙德

我将在该论坛上发布有关该模式的信息。  当我不确定这项策略是否适合我的主板时，等待评估模块可能不是最佳方法。  然而，INA149电路模拟良好，在各种高达40V 的环路电源电压下呈线性，可满足我高达36V 的 VCM 精度要求，这是很好的。 在调整负载电阻器的尺寸以使其更大后，具有足够的动态范围和噪声规格，对我来说效果很好。  好的，我没有睡太多，计算 SNR 值列表！  我对该电路的其余挑战是找出防静电的输入保护，因为输入电阻器必须是一个低值。  

埃里克，您好！  

好的，轻松一点。  

INA149的输入和输出保护非常高。 如果这对申请来说还不够，请告诉我们。  

最佳

雷蒙德

是的，它的高度很高，这很好，因为它使其余的工作更容易达到 ESD 标准。  但是，我的理解是，标准 IEC 1000V 放电会破坏它，所以我必须增加额外的电视(在我的原理图中由电压控制开关建模)。   500V 保护装置也可以解决接地回路的问题(这是我选择高 VCM 零件的主要原因，因为我必须在最小板空间内完成所有这些工作，而完全隔离是不可能的。)

埃里克，您好！  

如果您希望在输入端获得更高的 ESD 保护，可以考虑在 INA149的输入端实施低泄漏双向电视，或者在输入端添加额外的电流转向二极管，以吸收任何可能的 ESD 电压峰值和能量。  

我注意到您在输出电流为3.3V (AVCC3.3)时也有电流转向二极管保护。 我不知道应用需要保护哪种类型的瞬态过电压。 无论如何，如果您将齐纳或电视机放在3.3V 电源栅极上，保护效果会更好。 当电流转向二极管由于过压瞬态而短暂打开时，过大电流能够转向接地并保护3.3V 电源轨或 IC。  如果 AVCC3.3导轨上没有 TVS 或齐纳夹，如果瞬态电流找不到接地路径，如果瞬态电流找不到路径，可能会造成一些损坏。  

(BTW，这些电流转向二极管和电视的响应时间应比位于 INA149 IC 内的 ESD 二极管更快，并且电压阈值更低)。   

下图是从不同的应用中捕获的，24V 齐纳适用于 该 应用和电源轨。 我 在这里举个例子。  

如果您还有其他问题，请告诉我们。  

最佳。

雷蒙德

雷蒙德您好，
INA149输出处的肖特基二极管用于将 INA149的双极+/-15V 可能输出转换为运算放大器的单极0-3.3V 输入。  我对负载电阻器进行了调整，以匹配0-20mA 的预期电流，并为过电流检测增加了一些空间，但如果通过电阻器接通40mA，INA149会输出可能损坏运算放大器的电压。  我知道，我需要将二极管移近运算放大器，以防止损坏 INA149输出级，只需进行模拟以了解它如何影响频率响应。

您对电源轨上电视的想法很好，但可能没有必要，因为肖特基二极管不是用于瞬态保护。  如果他们最终卷入了短暂的事件，我预计 INA149将会成为“吐司”！

埃里克，您好！  

INA149的输入和输出端子配备了 ESD 保护，请参阅之前的绝对最高额定值。 如果内部 ESD 二极管开始导电，则二极管的电流必须限制在+/-10mA 范围内，不会造成损坏。 INA149的输入应该得到良好的保护，特别是如果您要在输入端放置额外的浪涌保护。

内部 ESD 二极管(肖特基)能够吸收有限的能量或散失，不会造成损坏。 正如 ESD 评级所示，它符合典型 ESD 评级(可能不是最新的较高 ESD 评级，但它是10年前的标准)。  

如果 INA149使用+/-15Vdc 导轨，INA149的输出电压高达3.3VDC 左右，则输出的 ESD 二极管不应在正常情况下工作。 因此，INA149输出处的 ESD 内部二极管不应导电。 因此，我认为 INA149可以接受申请。

如果 INA149的输出发生任何意外的瞬态浪涌，OPA387可能会出现高于 INA149的应力条件，并可能首先损坏。   

选择外部肖特基二极管进行外部瞬态保护时，可以考虑低接点电容和低导电电压肖特基二极管。 如您所述，常规事件可能不够快，无法对瞬态事件作出响应。  

如果您还有其他问题，请告诉我们。

最佳

雷蒙德