Kebisingan Op Amp yang misterius

8

Saya memiliki op amp yang sangat baik ( AD8551 ) yang saya gunakan untuk secara dinamis menguatkan sinyal yang sangat kecil (2x, 10x, 100x, gain 1000x).

Masalahnya adalah bahwa ada tingkat kebisingan yang terlihat pada gain 100x dan 1000x, dan memiliki bentuk konstan yang aneh.

Jika saya memberi daya pada rangkaian dengan catu daya yang tidak stabil dan menghubungkan input penguat di GND, saya mendapatkan tingkat kebisingan yang besar pada 1000x seperti yang terlihat pada gambar di bawah.

Jika saya memberi daya pada rangkaian dengan catu daya yang lebih stabil, kebisingan masih ada pada 1000x dengan bentuk gelombang yang sama, tetapi amplitudo lebih rendah. Dan apa pun catu daya yang saya gunakan, suara berbentuk aneh tidak hilang.

Karena AD8551 saya memiliki PSSR 130 dB, saya berpikir bahwa TL431 yang digunakan untuk biasing input mungkin salah. Jadi saya meninggalkan catu daya yang tidak stabil untuk op amp dan menggunakan yang lebih baik untuk TL431, tetapi hasilnya sama. Menstabilkan tegangan pada resistor di katoda TL431, tidak mengubah apa pun.

skema penguat

Gambar di bawah ini adalah keluaran sampel oleh mikrokontroler dengan ADC internal. Seperti yang Anda lihat pada 1000x, ayunan keluaran hampir penuh. Alasan 100x hilang dalam tes ini adalah karena saya mengganti 1MΩ R21 dengan resistor 100KΩ dan 1KΩ R66 dengan 100Ω, yang menghasilkan amplifikasi 1.1X, 2X 10X dan 1000X. Saya melakukan ini karena saya takut bahwa resistor umpan balik R21 mungkin terlalu besar untuk bias input op amp negatif, meskipun saat input bias AD8551 ini dinilai max 2nA. Perubahan itu sedikit mengurangi amplitudo kebisingan. masukkan deskripsi gambar di sini

Apakah Vcc harus mati diam meskipun PSRR op amp adalah 130 dB? Apakah input bias yang menyebabkan masalah ini?

Saya tidak dapat mengetahuinya, terutama karena saya tidak memiliki akses ke osiloskop. Yang saya miliki hanyalah bacaan dari mikrokontroler yang disimpan pada kartu SD.

Chris
sumber
Bagi saya ini terlihat seperti ada koneksi yang buruk di suatu tempat. Saya tidak yakin 1000 untung terlalu banyak. Harap periksa tiga kali bahwa semuanya OK seperti sakelar, transistor, dan sambungan solder Anda.
HL-SDK
1
Bisakah Anda memasukkan foto yang menunjukkan bagaimana Anda membangun sirkuit?
The Photon
Mengapa opamp tidak memiliki tutup decoupling? Apakah Anda memisahkan ADC dengan benar (seperti yang dijelaskan dalam datasheet-nya).
jippie
Apa titik operasi DC dari pin sumber MOSFET?
jippie
2
Anda menggunakan FET saluran 4x N dan semua sumber mengambang - bagaimana Anda bisa berharap ini bekerja? Mereka harus dihukum.
Andy alias

Jawaban:

4

Tambahkan penutup decoupling catu daya ke semua IC sedekat mungkin dengan pin kekuatannya. Nilai yang baik biasanya 100nF, tetapi Anda mungkin ingin memeriksa ulang lembar data untuk berbagai chip yang Anda gunakan. Menghemat uang dengan meninggalkan topi decoupling adalah pilihan desain yang buruk. Tutupnya murah dan waktu pemecahan masalah / pendesainan ulang mahal.

jippie
sumber
Yah, saya tidak melewatkan topi untuk menghemat uang, jelas mereka murah, saya melakukannya untuk menghemat ruang dan kompleksitas PCB. Selain itu, pabrikan mengiklankan IC-nya sebagai "Tidak diperlukan kapasitor eksternal". Meskipun, mungkin saya harus menambahkan beberapa hanya untuk memastikan.
Chris
3

Sepertinya hum listrik. (Saya mengasumsikan anotasi pada grafik menunjukkan Anda mengubah gain input selama akuisisi, sehingga gelombang sin tidak kontinyu).

Sekarang kita tidak tahu:

  • periode gelombang "sinus" yang diamati
  • laju sampling ADC
  • frekuensi induk Anda tetapi Anda melakukannya, sehingga Anda dapat mengetahui apakah itu hipotesis yang mungkin.

Sebagai contoh jika Anda mengambil sampel pada 50Hz di negara 50Hz utama, dan melihat frekuensi kurang dari 0,5Hz, kemungkinan besar Anda akan mengalirkan sumber daya ke frekuensi yang diamati.

Dan mengingat input opamp impedansi input tinggi, mereka terlihat seperti target untuk kopling elektrostatik, bukan magnetik.

Sekarang, pada input mana?

Jika Anda melepaskan sensor dan menyingkat input ke ground, apakah kebisingan menghilang? Maka koneksi sensor harus disaring lebih hati-hati. Atau Anda memerlukan ampli penyangga di sensor untuk mengurangi impedansi output sensor.

Jika noise tetap: kurangi R21 menjadi 100k dan R66 menjadi 100 ohm. Apakah itu menipiskan kebisingan sepuluh kali lipat? Jika demikian, itu adalah input negatif yang diterima. Lebih besar kemungkinan kedua input menerima noise, karena keduanya merupakan titik impedansi yang cukup tinggi.

Anda dapat mengurangi pikup elektrostatik dengan menyaring: secara eksperimental, kelilingi amp dengan kertas timah (dan tempatkan kertas timah ke tanah amp)

Brian Drummond
sumber
Ya, setelah 128 sampel, saya mengubah gain dan menyimpan data ke kartu SD. Gelombang "sinus" memang sekitar 50Hz. Sinyal yang ditunjukkan pada gambar dilakukan dengan input pendek ke ground.
Chris
Astaga! jika itu benar-benar netral, bukan ground, maka hal pertama yang harus dicoba adalah transformator isolasi! Dan saya menarik saran saya untuk menghubungkan perisai logam ke sana! Netral akan relatif bising, sepenuhnya terlepas dari aspek keamanan.
Brian Drummond
2

Meskipun saya tidak tahu dari plot Anda apa yang sedang terjadi, saya akan menyarankan yang berikut ini.

Setiap kali Anda membangun sirkuit amplifier, seperti milik Anda, sangat bijaksana untuk memberikan umpan balik frekuensi tinggi. Untuk melakukan ini, letakkan topi kecil di R21. Biasanya 10 pF sudah cukup. Ini akan membuat respons lulus rendah di Omega = 1 / (R21 * C), tetapi itu biasanya tidak masalah.

Anda perlu penutup ini untuk melawan aksi kapasitansi parasit pada terminal non-pembalik.

user5108_Dan
sumber