RC-Tiefpassfilter für Operationsverstärker-Power-In-Pins?

Ich habe einen Artikel gefunden , der die Verwendung von Widerständen in den Stromleitungen von Operationsverstärkern behandelt (oben auf Seite 47). Sie sagen, dass Sie in problematischen Fällen zusammen mit den Entkopplungskondensatoren Induktivitäten zu den Stromleitungen hinzufügen können. Oder für eine billigere Lösung können Sie einen Vorwiderstand im Bereich von 10 Ω bis 100 Ω verwenden, um einen Tiefpassfilter zu bilden. Der Nachteil besteht darin, dass der Rail-to-Rail-Spannungsbereich reduziert wird (da an den Widerständen ein Spannungsabfall auftritt).

Meine Interpretation ist, dass das Hinzufügen von Widerständen bei Bedarf erfolgen kann, aber das Hinzufügen aus Gewohnheit ist wahrscheinlich eher schädlich als hilfreich.

Bearbeiten: Artikel ist "Die Leiterplatte ist eine Komponente des Operationsverstärkerdesigns", Bruce Carter, im Analog Applications Journal - Texas Instruments, August 2000, S. 42-47.

Ich empfehle die Widerstände. Sie erzwingen in der Tat eine Isolierung bei ALLEN Frequenzen zwischen den verschiedenen Operationsverstärkern. Somit verschmutzt ein letzter Operationsverstärker, der den ADC mit den Sample/Hold-Stößen antreibt und 1 Million Stromstöße pro Sekunde liefern muss, nicht offensichtlich die gesamte analoge VDD. Und der anfängliche OpAmp mit einem schlechten PSRR im 1-MegaHertz-Bereich hat keinen Grund, ---- bei einem PSRR von 0 dB ---- einfach die VDD-Welligkeit direkt auf das Signal zu kopieren und dann zu verstärken.

Der VDD-Baum muss entworfen werden. Die Verwendung von Widerständen in den Zweigen des Baums ist der erste Schritt.

Außerdem werden 100 Ohm und 100 uF zu einem 16-Hz-Rolloff, wodurch die 60-Hz-Welligkeit um 12 dB und die 120-Hz-Welligkeit um 18 dB verringert wird, zusätzlich zu dem, was jeder LDO erreicht.

Und was sollen wir verwenden, unterhalb von 1 MHz, wo die Beads versprechen, nützlich zu sein? Die Widerstände arbeiten bei allen Frequenzen.

Ich habe die Widerstände (10 Ohm und 10 uF) an jedem Operationsverstärker (3 pro Kanal) VDD einer 4-Kanal-IR-Kamera verwendet. Im ersten Durchgang haben wir eine KT-rauschbegrenzte Leistung auf 12-Bit-Ebene erreicht. Obwohl das System Schaltregler (entfernter Standort) verwendete, gab es keine Beatnotes in den Bildern. Nachdem Sie Chroma-Beatnotes bei -60 dBc in NTSC-Systemen gesehen haben, um keine Beatnotes in einem 12-Bit-System (15 Bit mit automatischer Bereichseinstellung), auch bekannt als 90 dB, zu sehen, wird die RESISTOR_IN_VDD-Linie validiert.

Positiv ist die automatische Dämpfung.

Ich habe diesen Ansatz gesehen, aber nie selbst verwendet. Der Fall, in dem es sinnvoll erscheint, ist, wenn Sie lange Stromleitungen haben, deren Induktivität mit Ihren Bypass-Kappen einen LC-Resonator bilden kann. Dies ist eine parallele LC-Resonanz, daher ist die Impedanz bei Resonanz sehr hoch. Das Hinzufügen von etwas Dämpfung senkt den Q und damit die Versorgungsimpedanz, die der Verstärker bei der Resonanzfrequenz sieht - also ja, das Hinzufügen eines Widerstands kann die Impedanz zumindest bei einer bestimmten Frequenz senken. Es erhöht auch die Impedanz bei niedriger Frequenz, aber wenn es richtig gemacht wird, reicht es nicht aus, um ein Problem zu sein, und Operationsverstärker haben ein wirklich großartiges PSRR bei niedriger Frequenz.

Ich würde dies nicht tun, es sei denn, ich hätte eine Messung oder Simulation, die zeigte, dass es für eine bestimmte Schaltung notwendig und hilfreich war.

Was häufiger ist und was ich getan habe, ist die Verwendung von Ferritchips anstelle der Widerstände. Dies sind technisch gesehen Induktivitäten, aber ihr Q ist so niedrig, dass sie bei hoher Frequenz nur wie Widerstände aussehen (normalerweise 10 oder 100 Ohm). Sie haben immer noch einen niedrigen DC-Widerstand, sodass sie keinen großen Spannungsabfall durch den DC-Versorgungsstrom haben.

Keines davon sollte für typische Audiofrequenz-Operationsverstärker benötigt werden, die einfach nicht die Art von schnellen Transienten erzeugen können, bei denen dies helfen soll. Ich habe diesen Ansatz bei Operationsverstärkern verwendet, die mit einigen hundert MHz arbeiten, und bei Mikrowellenverstärkern. Selbst dann habe ich nicht wirklich gemessen, dass es eine Verbesserung gibt, es war nur defensiver Natur. Im Gegensatz zu Widerständen ist es sehr unwahrscheinlich, dass die Ferritchips etwas beschädigen.

Letzteres. Sie führen unnötigerweise eine zusätzliche Impedanz in Ihre Versorgungsschienen ein.

...indem ich einen Widerstand in Reihe schalte, mache ich nicht nur den Weg zu GND niederohmig...

Nun, der Weg zur Erde verbessert sich nicht, er bleibt einfach unbeeinflusst, während die Impedanz zwischen Versorgung und Last erhöht wird. Der Nettoeffekt besteht darin, dass die Gesamtversorgungsimpedanz erhöht wird.

Betrachten Sie auch Ihren "Tiefpassfilter":

Wenn Sie sich Sorgen über 1+ MHz-Rauschen in Ihren Versorgungsschienen machen, müssen Sie das Problem lösen, indem Sie Ihre Versorgung reparieren, und nicht, indem Sie „Filter“ an Ihren Lasten hinzufügen.

Die Kondensatoren sollte man also drin lassen, Entkopplungskondensatoren sind gut, aber die Widerstände sind unsinnig.

Haben Sie tatsächlich eine Situation, in der Sie hochfrequente Geräusche über die Versorgungsschienen einkoppeln? Im Allgemeinen ist die Bereinigung der Versorgungsschienen durch verbesserte Regulierung und die Auswahl von Operationsverstärkern mit höherem PSRR die Lösung. Auch besseres PCB-Layout.

Um Wechselwirkungen zwischen Operationsverstärkern innerhalb der Schaltung entgegenzuwirken, sollten eine gute Entkopplung und ein gutes Layout ausreichen, aber für Hochleistungsanwendungen können Sie separate Regler für jeden Abschnitt der Schaltung verwenden.

Die einzige Situation, in der ich RC-Filter auf Versorgungsschienen gesehen habe, ist in Röhrenverstärkern, die Versorgungsstufen isolieren, um Rückkopplungen durch die Schienen zu verhindern, und auch die 60 Hz von den Schienen glätten.

Dies kann aus verschiedenen Blickwinkeln betrachtet werden.

• PSRR und Versorgungsrauschen

PSRR von Operationsverstärkern nimmt bei hohen Frequenzen ab. Der Effekt ist normalerweise erster Ordnung. Ein RC-Tiefpass erster Ordnung auf den Versorgungen wird dies kompensieren. Wenn Ihre Versorgung HF-Rauschen aufweist, kann eine Filterung hilfreich sein. Wenn das Rauschen jedoch von einem DC-DC kommt, kann ein einziger Filter für alle Operationsverstärker ausreichen.

• Selbst erzeugtes Rauschen

Angenommen, Ihr Operationsverstärker treibt genug Strom in die Last, dass seine Ausgangsstufe in die Klasse AB eintritt. Jetzt zieht es Halbwellen-gleichgerichteten Strom von seinen Power-Pins. Wenn dies in das Signal eingekoppelt wird, nimmt die harmonische Verzerrung zu, und das möchten Sie nicht.

Wenn Ihr Operationsverstärker schnell ist und eine Last mit einem HF-Signal ansteuert, enthält sein Versorgungsstrom auch viel HF.

Dies kann entweder über die Versorgungsschienen (wodurch andere Operationsverstärker gestört werden) oder über Übersprechen koppeln, wenn die Versorgungsspuren, die Oberschwingungsströme führen, in Signalleitungen einkoppeln.

Das Hinzufügen einer lokalen Kappe und eines Widerstands oder einer Ferritperle stellt sicher, dass die vom Operationsverstärker gezogenen nichtlinearen und HF-Ströme innerhalb einer engen lokalen Schleife bleiben und die Versorgung nicht kontaminieren.

Beide Kappen (V+ und V-) sollten ihre GND-Pins an der gleichen Stelle auf der Masseebene haben, um sicherzustellen, dass der Strom, der in GND fließt, nicht der nichtlineare, halbwellengleichgerichtete Klasse-AB-Strom ist, sondern der von der Last gezogene Strom .

• Absetzen

Wenn in Ihrem Entkopplungsnetzwerk nicht genügend Dämpfung vorhanden ist (z. B. Sie haben viele 100-nF-Kappen, die durch leicht induktive Spuren verbunden sind), tritt Resonanz auf.

Fügen Sie einen Operationsverstärker hinzu, der schnelle Signale mit steilen Flanken verarbeitet. Sie möchten, dass es sich schnell beruhigt, sobald es mit dem Schwenken fertig ist, aber das wird nicht funktionieren, weil es gerade eine Stromspitze aus der Versorgung gezogen hat ... und Sie müssen warten, bis die Versorgungskappen aufhören zu klingeln, um zu kommen Ihre 0,1% Einschwingzeit am Ausgang Ihres Operationsverstärkers.

In diesem Fall wirkt ein wenig Widerstandsdämpfung Wunder.