Identification de la source d'artefact périodique à la sortie de l'amplificateur opérationnel

Mon double ampli-op MAX44251 a un très petit artefact périodique non désiré de 131 KHz à la sortie, apparemment quelle que soit sa configuration.

Mon hypothèse était EMI, mais je ne peux pas voir ce signal 131KHz sur aucune autre partie du circuit. J'ai également testé cela dans plusieurs bâtiments, avec plusieurs sondes, avec tous les autres composants électroniques désactivés et entourés d'un blindage en feuille.

Que devrais-je essayer de l'enlever? Je voudrais au moins atteindre un suiveur de tension avec un bruit inférieur à 1 mV.

En ce moment, il est configuré très simplement:

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Les bouchons de dérivation sont situés sur la couche inférieure du plan de masse. Les vias sont soudés à la main.

J'ai observé l'effet à la fois avec la sonde passive Agilent 10X (difficile à voir) et avec une sonde comme celle-ci, avec laquelle je peux zoomer jusqu'à 2 mv / div. A l'origine, cela avait été observé parce que la sortie était transmise à un comparateur et que la sortie du comparateur indiquait que l'amplitude du signal d'entrée était> la valeur de 2 mV souhaitée.

La forme d'onde est périodique mais un peu étrange. Voici quelques images sous différents angles:

200 ns arrêtés

50 ns course libre

20 ns en cours d'exécution

10 ns arrêtés

Je ne peux pas vraiment dire s'il s'agit réellement d'un symptôme de ce qui est décrit dans la fiche technique:

$30 \frac{\text{nV}}{\sqrt{\text{Hz}}}$

Que devrais-je essayer de l'enlever? Je voudrais au moins atteindre un suiveur de tension avec un bruit inférieur à 1 mV.

Si vous avez juste besoin d'un suiveur de tension à faible bande passante: Utilisez un filtre passe-bas.

Si vous avez besoin d’un signal de 65 kHz ou plus: Une encoche RLC (arrêt de bande) fonctionnerait probablement mieux; une conception rapide et lente sur mon outil de conception de filtre passif préféré a donné la configuration possible R = 0,16 Ω, L = 1 µH, C = 1,5 µF.

Notez que vous pouvez essayer d’utiliser le circuit inverse (passe-bande RLC; remplacez le (L - C) par le R) dans la branche de retour de votre suiveur de tension.

Notez qu’il s’agit d’un amplificateur de zéro automatique (également appelé hacheur stabilisé) - de nombreux amplificateurs à très faible offset fonctionnent en échantillonnant périodiquement le décalage d’entrée et en injectant un décalage de compensation pour contrer la dérive frontale. Pour ce faire, il y a un oscillateur dans l'amplificateur ainsi qu'un ensemble de commutateurs analogiques à l'entrée. Cela peut entraîner une alimentation d'horloge vers la sortie ainsi qu'une injection de charge au niveau des broches d'entrée.

Vraisemblablement, cet appareil utilise 131 kHz comme fréquence de commutation.

Je ne trouve aucune information détaillée sur la partie Maxim, mais voici quelques informations relatives à une partie d'Analog Devices qui est probablement similaire:

Analog Devices Zéro dérive opamp

Si vous avez vraiment besoin du faible décalage et de la dérive, ils constituent le meilleur type de périphérique à utiliser. Il vous faudra peut-être simplement limiter votre bande passante et filtrer l'horloge.

La bande passante de la mise à zéro automatique est suffisante pour englober le bruit 1 / f dans les amplificateurs opérationnels CMOS, de sorte que le bruit peut être très faible pour les fréquences inférieures à 1 kHz, une région dans laquelle les amplificateurs opérationnels CMOS ont tendance à poser des problèmes.

Si vous ne pouvez pas filtrer le bruit d'horloge, voyez si vous pouvez utiliser une pièce conventionnelle. La dérive et les performances de décalage sont souvent plus mauvaises, mais vous pouvez les obtenir mieux qu'un décalage de 100 uV. Vous devrez peut-être également compenser le courant de polarisation d'entrée car les amplificateurs d'entrée bipolaires sont généralement meilleurs que le CMOS pour ce paramètre. Les bipolaires sont généralement moins bruyants.

Un problème connexe que j’ai rencontré avec une partie similaire de la technologie linéaire (LTC2051) est que le temps de récupération du circuit du zéro automatique peut être très long lorsque la sortie est saturée - plusieurs millisecondes pour une partie avec une GBW de plusieurs MHz. Cela les rend impropres à toute application saturante faisant normalement partie de son fonctionnement, telle que des oscillateurs ou des détecteurs de seuil.

Je suis d’accord avec Marcus, le ~ 130 kHz serait le deuxième harmonique de la fréquence de découpage de Chopper ~ 65 kHz.

Une «bande passante en boucle fermée» réduite de votre ampli-op pourrait donner à la deuxième harmonique (~ 130 kHz) une amplitude supérieure à celle du premier harmonique (~ 65 kHz). Pour résoudre ce problème, comme l'a mentionné Marcus, une solution pourrait être: un filtre passif pour filtrer ce bruit.

Il existe un article d’ Art Kay , " Amplificateurs de bruit 1 / f et zéro-dérive ", qui parle de bruit dans les amplificateurs opérationnels Zero-Drift.

Si vous souhaitez en savoir plus sur le bruit de l'amplificateur opérationnel, visitez le site Web de TI Precision Labs for Noise .

Je n'ai pas de réponse, mais je peux vous dire, pour m'inspirer, comment je pourrais résoudre ce problème.

Premièrement, j'essaierais de souder un bouchon de dérivation directement sur la puce. Une partie 0603, 100nF, et utilisez une tresse pour se connecter à l’autre broche (pour une faible inductance). Vous contourner les bouchons sont derrière des vias d'inductance relativement élevés, et cela peut les rendre inefficaces pour les pointes. Les pointes sont à 131 kHz, mais le contenu en fréquence étant beaucoup plus élevé, une bonne dérivation importe donc beaucoup.

Cela échouerait probablement :-).

Ensuite, je remplacerais l’ampli: 1. Analog Devices fabrique des amplis ajustés avec un décalage très faible. Le décalage n’est pas aussi faible que dans un ampli à zéro automatique, mais vérifiez-le. Celles-ci sont un peu plus chères, alors vérifiez votre budget et vos exigences en matière de compensation. Regardez AD8615 et similaire. La seule chose, ceux-ci deviennent un peu coûteux pour les produits grand public.

2 Considérez également un bon vieil opamp bipolaire instrumental issu de la lignée Burr-Brown (Texas Instruments maintenant.). Utilisez la même impédance aux deux entrées pour supprimer le courant de polarisation et assurez-vous que l’impédance d’entrée est suffisamment faible pour que le courant de décalage n’importe pas. Quelque chose de semblable à opa237.

3. Essayez un autre ampli à zéro automatique, peut-être avec une horloge à spectre étalé. Encore une fois, regardez les pièces de périphériques analogiques.

Bonne chance