RC-фильтры нижних частот для контактов питания операционного усилителя?

Я нашел статью , в которой обсуждалось использование резисторов в силовых линиях операционных усилителей (верхняя часть страницы 47). Говорят, что в проблемных случаях можно вместе с развязывающими конденсаторами в ЛЭП добавить катушки индуктивности. Или в качестве более дешевого решения вы можете использовать последовательный резистор в диапазоне от 10 до 100 Ом для формирования фильтра нижних частот. Недостаток заключается в том, что это уменьшит диапазон напряжения между рельсами (поскольку на резисторах есть падение напряжения).

Моя интерпретация заключается в том, что добавлять резисторы можно при необходимости, но добавление их по привычке, вероятно, скорее вредно, чем полезно.

Редактировать: статья «Печатная плата является компонентом конструкции операционного усилителя», Брюс Картер, в Analog Applications Journal - Texas Instruments, август 2000 г., стр. 42-47.

Я рекомендую резисторы. Они действительно обеспечивают изоляцию на ВСЕХ частотах между различными операционными усилителями. Таким образом, последний операционный усилитель, управляющий АЦП импульсами выборки/хранения, который должен обеспечивать 1 миллион импульсов тока в секунду, не загрязняет явно весь аналоговый VDD. И первоначальный операционный усилитель с плохим PSRR в районе 1 мегагерца не имеет причин для ---- при PSRR 0 дБ ---- просто скопировать пульсации VDD прямо поверх сигнала, а затем усилить.

Дерево VDD должно быть спроектировано. Использование резисторов в ветвях дерева — это первый шаг.

Кроме того, 100 Ом и 100 мкФ становятся спадом 16 Гц, сокращая пульсации 60 Гц на 12 дБ и пульсации 120 Гц на 18 дБ, вдобавок к тому, что достигается любым LDO.

И что мы должны использовать ниже 1 МГц, когда бусы обещают начать приносить пользу? Резисторы работают на всех частотах.

Я использовал резисторы (10 Ом и 10 мкФ) на каждом операционном усилителе (по 3 на канал) VDD 4-канальной ИК-камеры. На первом проходе мы добились производительности с ограничением шума KT на 12-битном уровне. Несмотря на то, что в системе использовались импульсные регуляторы (удаленное расположение), ноты битов на изображениях отсутствовали. Увидев ноты цветности при -60dBc в системах NTSC, чтобы увидеть ноты ритма в 12-битной (15-битной с автоматическим диапазоном) системе, также известной как 90dB, проверяется линия RESISTOR_IN_VDD.

Автоматическое демпфирование является плюсом.

Я видел, как используется этот подход, но никогда не использовал его сам. Случай, который имеет смысл, — это когда у вас есть длинные силовые кабели, индуктивность которых может образовать LC-резоантор с вашими шунтирующими конденсаторами. Это параллельный LC-резонанс, поэтому при резонансе импеданс очень высок. Добавление небольшого демпфирования снизит добротность и, следовательно, снизит импеданс питания, видимый усилителем на резонансной частоте, поэтому да, добавление резистора может снизить импеданс, по крайней мере, на некоторой частоте. Это также повышает импеданс на низких частотах, но если все сделано правильно, этого недостаточно, чтобы быть проблемой, и операционные усилители имеют действительно большой PSRR на низких частотах.

Я бы не стал этого делать, если бы у меня не было каких-либо измерений или симуляций, которые показали бы, что это необходимо и полезно для данной схемы.

Что более распространено, и что я сделал, так это использовать ферритовые чипы вместо резисторов. Технически это катушки индуктивности, но их добротность настолько мала, что на высоких частотах они просто выглядят как резисторы (обычно 10 или 100 Ом). Они по-прежнему имеют низкое сопротивление постоянному току, поэтому они не имеют большого падения напряжения от постоянного тока питания.

Ни один из них не нужен для типичных операционных усилителей звуковой частоты, которые просто не могут генерировать тип быстрых переходных процессов, с которыми это должно помочь. Я применил этот подход к операционным усилителям, работающим на частоте в несколько сотен МГц, и к микроволновым усилителям. Даже тогда я на самом деле не измерял улучшение, оно носило просто защитный характер. В отличие от резисторов, маловероятно, что ферритовые чипы чем-нибудь повредят.

Последний. Вы излишне вводите дополнительный импеданс в ваши питающие рельсы.

...подключив резистор последовательно, я не только делаю путь к GND низкоимпедансным...

Ну, путь к земле не улучшается, он просто не изменяется, а импеданс между питанием и нагрузкой увеличивается. Чистый эффект заключается в том, что общий импеданс источника питания увеличивается.

Также рассмотрите свой «фильтр нижних частот»:

Если вас беспокоит шум 1+ МГц в ваших шинах питания, вам нужно решить проблему, исправив ваш источник питания, а не добавляя «фильтры» к вашим нагрузкам.

Итак, вы должны оставить конденсаторы там, конденсаторы развязки хороши, но резисторы бессмысленны.

Действительно ли у вас есть ситуация, когда высокочастотный шум проникает через шины питания? Как правило, исправлением ситуации является очистка шин питания путем улучшения регулирования и выбора операционных усилителей с более высоким PSRR. Кроме того, улучшена разводка печатной платы.

Для противодействия взаимодействию между операционными усилителями внутри схемы должно быть достаточно хорошей развязки и компоновки, но для высокопроизводительных приложений можно использовать отдельные регуляторы для каждой секции схемы.

Единственная ситуация, когда я видел RC-фильтрацию на шинах питания, — это ламповые усилители, которые изолируют каскады питания, чтобы предотвратить обратную связь через шины, а также сглаживают 60 Гц от шин.

На это можно смотреть с нескольких разных точек зрения.

• PSRR и шум питания

PSRR операционных усилителей уменьшается на высоких частотах. Эффект обычно первого порядка. Низкочастотный фильтр RC первого порядка на поставках компенсирует это. Если в вашем источнике есть ВЧ-помехи, может помочь фильтрация. Однако, если шум исходит от DC-DC, одного фильтра может быть достаточно для всех операционных усилителей.

• Собственный шум

Скажем, ваш операционный усилитель пропускает в нагрузку достаточный ток, чтобы его выходной каскад перешел в класс AB. Теперь он потребляет ток полупериодного выпрямления от своих контактов питания. Если этому позволить включиться в сигнал, гармонические искажения увеличатся, а вам это не нужно.

Если ваш операционный усилитель является высокоскоростным и управляет нагрузкой с помощью высокочастотного сигнала, то в его питающем токе также будет много высокочастотных сигналов.

Это может быть связано либо через шины питания (мешая другим операционным усилителям), либо через перекрестные помехи, если дорожки питания, несущие гармонический ток, соединяются с сигнальными линиями.

Добавление локального конденсатора и резистора или ферритовой шайбы гарантирует, что нелинейные и высокочастотные токи, потребляемые операционным усилителем, остаются внутри узкого локального контура и не загрязняют источник питания.

Обе крышки (V+ и V-) должны иметь свои выводы GND в одном и том же месте на заземляющей пластине, чтобы гарантировать, что ток, поступающий на GND, не является нелинейным, полуволновым выпрямленным током класса AB, а током, потребляемым нагрузкой. .

• Урегулирование

Если в вашей развязывающей сети недостаточно демпфирования (скажем, у вас есть много конденсаторов по 100 нФ, соединенных слегка индуктивными дорожками), тогда будет резонанс.

Добавьте операционный усилитель, который обрабатывает быстрые сигналы с крутыми фронтами. Вы бы хотели, чтобы он быстро успокоился после того, как закончит вращаться, но это не сработает, потому что он только что выдернул всплеск тока из источника... время установления 0,1% на выходе вашего операционного усилителя.

В этом случае немного резистивного демпфирования творит чудеса.