Шум инструментального усилителя усилен

Я собрал простую схему с инструментальным усилителем (PGA204AP), чтобы очистить дифференциальный сигнал от шума. Сигнал генерируется в нескольких метрах от точки приема, а кабель (экранированные витые пары) проходит через очень шумную среду.

Схема следующая:введите описание изображения здесь

Экран кабеля заземлен со стороны ОУ, а с другой стороны не подключен. Как видите, вход операционного усилителя фильтруется через фильтр дифференциального режима (R1, R4 и C2) с частотой среза, установленной на ~ 60 кГц, и синфазный фильтр (R1-C1 и R4-C3) с частота среза установлена ​​на ~ 1 МГц.

На выходе PGA204 поставил ФНЧ 2-го порядка с частотой среза ~500кГц. Я протестировал схему без входа, просто чтобы посмотреть, будет ли ослаблен шум из окружающей среды: шум, присутствующий в окружающей среде, был следующим (измерялся с помощью осциллографа непосредственно от кабеля):

250 нс/дел.250 нс/дел 5 мкс/дел5 мкс/дел

Итак, явно был очень сильный шум на частоте 2 МГц, но как только я подключил инструментальный усилитель, шум усилился (более чем вдвое). Поэтому я решил поставить этот фильтр 2-го порядка, чтобы посмотреть, будет ли устранен этот 2-мегагерцовый шум. Но результат был тот же, и мне это кажется очень странным, потому что у двух совершенно независимых устройств одна и та же проблема. Кроме того, я протестировал устройство с некоторым шумом, создаваемым генератором сигналов на входе (шум на одном входе, а на другом входе он тоже был благодаря кабелю с витой парой), и результат был следующим:

введите описание изображения здесьВерхние — два входа, нижний — выход. Это кажется довольно хорошим.

  • Что я не уверен насчет этого резистора 10k (R5) между V-входом и землей. Мне сказали поставить его для тока смещения, но не мешает ли он фильтрам LP на входе?
  • Есть ли что-то еще, на что я должен обратить внимание с этими фильтрами? Предложение для следующих тестов, которые я должен сделать, чтобы решить проблему?
R5 конечно его разбалансирует. Попробуйте удалить его и/или добавить еще один сверху, чтобы сделать его симметричным.
Попробуйте изменить окончание экрана с принимающего конца на исходный только для лучшего rR и используйте ферритовый дроссель CM с колпачками Pi на входе IA diff gnd во вторую секунду.
Каков импеданс источника (f) вашего сигнала? Производительность IA зависит от вашей конструкции и может быть улучшена за счет лучшей нагрузки для ослабления паразитного шума. Думайте о своей проблеме как о смеси сигнала и шума. Вы ДОЛЖНЫ знать импеданс каждого источника, чтобы оптимизировать шумоподавляющий фильтр, а не делать это на выходе, где они оба имеют одинаковые значения.
Шум может быть импульсным источником питания внутри прицела, исследующим все возможные пути обратно на землю.

Ответы (1)

LM358 имеет очень низкое произведение усиления на полосу пропускания (1 МГц), поэтому использованная вами топология фильтра Саллена-Ки может не работать как фильтр нижних частот выше нескольких десятков кГц. Что происходит, так это то, что ВЧ перескакивает через операционный усилитель через C5, и на ВЧ у него недостаточно обратной связи, чтобы поддерживать низкий импеданс его выходного вывода, поэтому ВЧ просто переходит на выход. Кроме того, как Скотт говорит в комментариях, медленный операционный усилитель может ограничить ВЧ-шум и исказить НЧ-сигнал.

Я рекомендую смоделировать его передаточную функцию. См. рис.8 в этом документе .

Теперь, глядя на страницу 6 таблицы данных PGA204 , ваш 2-мегагерцовый шум находится за пределами полосы пропускания PGA204, поэтому его следует немного ослабить (или сильно, в зависимости от усиления, о котором вы не упоминаете). Также на стр. 6 обратите внимание, что CMRR сильно зависит от частоты и настроек усиления, CMRR на высоких частотах не очень хорош, поэтому вам нужен пассивный фильтр на входе, чтобы избавиться от синфазного шума ВЧ.

Если ваш шум является синфазным, вы должны быть осторожны с преобразованием синфазного сигнала в дифференциальный режим (CM в DM) на входе вашего усилителя. Это происходит, когда входной импеданс между двумя половинами дифференциальной пары несбалансирован. Это также может произойти в любом месте на пути прохождения сигнала, если возникает дисбаланс импеданса между двумя половинами пары, например, в датчике (он же «импеданс источника»), поэтому вам необходимо это проверить.

Резистор 10k будет играть свою роль, но наиболее вероятными виновниками будут C1 и C3, если они представляют собой детали с низкой точностью, такие как керамика X7R. Разница в значениях C1 и C3 создаст дисбаланс импеданса на ВЧ между двумя входами и преобразует CM-шум в DM, который затем будет усиливать PGA204.

Итак, предлагаю попробовать следующее:

  • Используйте синфазный дроссель на входе, он должен иметь достаточную индуктивность, чтобы значительно поднять импеданс на частоте шума и выше. Или увеличьте R1/R4 до более высокого значения, соответственно уменьшив номинал конденсаторов.
  • Убедитесь, что колпачки фильтра прецизионные (1%), такие как керамика C0G.
  • Дублируйте R5, по одному резистору на вход.
  • Проверьте подключение экрана
  • Если через экран протекает значительный ток, убедитесь, что он не проходит через чувствительный узел заземления на вашей печатной плате.
Отличный момент о пропускной способности Sallen Key! Даже если бы шум был в полосе пропускания операционного усилителя, он мог бы быть достаточно большим, чтобы вызывать проблемы со скоростью нарастания, которые могут возникать на более низких частотах, чем полоса пропускания. В зависимости от динамики интересующих частот OP может вместо этого просто попробовать пассивный RC-фильтр.
Шум инструментального усилителя усилен
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v