Cómo lograr una alta impedancia de entrada del amplificador OPERACIONAL sin sacrificar ancho de banda

Question

Yo estaba tratando de simular (En LTSPICE) de búfer para ADC 08200 que habría 1Meg impedancia de entrada es acerca de ser utilizado con standart sondas de osciloscopio. Pero estoy teniendo problemas con limitación de ancho de banda. Hasta ahora he tratado de OPA354 y LMH6702 y ambos sufren de esta trampa.

¿Cuál es la forma correcta de hacer los de alta impedancia ADC buffer?

Hasta ahora he venido a este circuito con mejor resultado (en cuanto a ancho de banda se va, pero teniendo muy alta atenuación). Estoy simulando 1:10 de la sonda con 9Meg resistencia.

//Edit:

He rediseñado el circuito pero estoy teniendo problema raro con la simulación y creo que el circuito debe funcionar, pero me estoy poniendo de muy pequeño negativo de la tensión de salida del amplificador OPERACIONAL, incluso pensamos que es suministrado por el ferrocarril sólo.

Este es mi esquema ahora:

Blue trace es el resultado de OPA355 y verde traza es no-entrada inversora.

R11 y R12 son utilizados para el ajuste de compensación. C5 es de CA capacitor de acoplamiento (si se utiliza).

//Edit3: Modelo fijo de OPA355 ahora, pero tengo otro problema.. en cierta frecuencia parece que hay algunos parásitos de la capacitancia de la carga, pero no tengo ni idea de donde .. Misma traza es para no inversor de entrada, de salida y entrada inversora...

Answer 1

Una aproximación a la alta impedancia de entrada de almacenamiento en búfer con un op-amp es crear un no inversor unidad de ganancia de búfer, el uso de una muy alta impedancia de entrada del amplificador operacional, tales como la Intersil CA3140 (1.5 Tera Ohmios), o el de Texas Instruments OPA2107 (10 Tera Ohmios), ambos de los cuales tienen una Ganancia de ancho de Banda Producto de 4.5 MHz.

_{(De Wikipedia)}

En un no inversor unidad de ganancia de búfer de configuración, la impedancia de entrada del buffer es la impedancia de entrada del amplificador operacional de sí mismo, la resistencia y el ruido es mínimo o ninguno.

Uno de los otros factores, sin embargo, es la capacitancia de entrada de estas op-amps, 4 pF en el caso de estos dos ejemplo de op-amps. Esta capacidad propia de carga de la señal de entrada, si la frecuencia de la señal es muy alta.

Como la pregunta no es el estado deseado de ancho de banda, la idoneidad y la capacidad de impacto de la propuesta de op-amps no puede ser verificada. Utilizando una especia de modelo para uno de estos en la simulación puede ayudar en esto.

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Basado en los comentarios posteriores, para un 100 MHz unidad de ganancia de ancho de banda deseado, el de Texas Instruments OPA355 o OPA356 iba a funcionar, con sus GBW de 200 MHz, y la impedancia de entrada de 10 TeraOhms junto con la capacitancia de sólo 1.5 pF.

Answer 2

El problema con la simulación no es, posiblemente, el ancho de banda de la entrada del amplificador; es el modelo de 10:1 osciloscopio de la sonda.

Usted está modelado como un 9 Megaohmio resistencia; la alimentación de un (nominalmente) 1 megaohmio fase de entrada.

Una típica entrada del osciloscopio etapa es en realidad 1 megaohmio en paralelo con 20pf (capacitancia varía según el ámbito de aplicación del modelo) y, entonces, la sonda debe tener esto en cuenta.

Lo hace con una pequeña capacitancia en paralelo con la 9Megohm resistencia. Para hacer frente con 20pf de entrada de la capacitancia, la capacitancia en paralelo debe ser 1/9 de este valor, o alrededor de 2.22 pf. Tal capacidad es difícil de generar, así, un condensador variable se utiliza, y usted probablemente ha experimentado el ritual de la calibración de un nuevo (o prestado!) ámbito de aplicación de la sonda antes de su uso.

La forma de onda que muestran parece un muy mal calibrado el ámbito de la sonda, por lo que necesita para hacer lo mismo con el de las ESPECIAS modelo, antes de preocuparse de los opamp. Trate de 2pf a través de la 9megohm resistencia, ajuste el valor de máxima curvatura de la onda cuadrada. (O calcular el valor de uso, a partir de los datos del modelo del amplificador operacional). Si el resultado todavía no es lo suficientemente bueno, entonces intente Anindo sugerencias.

EDIT : es difícil de leer su esquema : si la 1000k resistencia está realmente en serie con el opamp de entrada y el condensador C3 es muy corto, hay otros problemas que solucionar primero.

Answer 3

Brian es correcta acerca de la sonda y la necesidad de un paralelo de la pac. También, combinado con la alta impedancia de entrada, la pequeña capacitancia de entrada del opamp hace una gran diferencia en las frecuencias altas. El 2pF combina con el resistor de entrada para formar un filtro de paso bajo. Yo no puede ver a partir de su diagrama esquemático qué es exactamente lo que están modelando, pero voy a hablar tanto de la sonda y el alcance de la entrada en sí.
Si usted desea modelar una sonda más exactamente, usted va a necesitar algo como la que se muestra a continuación a partir de los enlaces pdf, con un 9MΩ y paralelo recorte de la tapa de la sonda lado, después de la línea de transmisión y la indemnización en el lado de entrada. A continuación, puede agregar esto para el circuito mostrado a continuación para una simulación completa tanto de la sonda y la entrada + buffer.

Habiendo diseñado/construido un par de razonablemente alta velocidad (hasta 500Msps) DSOs a mí mismo, puedo decir que el front-end puede presentar tantos problemas como el diseño de FPGA, diseño, etc. Es donde muchos de estos de gama baja de mano de los ámbitos de tumbes (por ejemplo ver a Dave Jones revisión de la QDSO)

Suponiendo que se tiene una buena calidad de la sonda con un circuito de compensación en el BNC final (diseño de la sonda es un arte en sí mismo, la línea T es intencionalmente con pérdida - ver El Mundo Secreto de Sondas de Osciloscopio para una excelente lectura), a continuación, el extremo delantero de un divisor de necesidades para permitir el op-amp búferes de entrada de la capacitancia.
Aquí es un "típico" ámbito de aplicación ejemplo de entrada del circuito que se divide por 2 y 20, que ilustra la diferencia entre la retribución/sin compensación con sólo 2pF de entrada de la capacitancia.

Circuito (C2 y C5 suele ser trimmer de tapas que se ajustan en la calibración de tiempo)

AC Sweep Simulación de hasta 100MHz

Misma simulación - condensadores eliminado. El ancho de banda es menor que 1MHz!

Answer 4

Hola chicos me las he arreglado para conseguir algo como esto, es completa preamplificador con la simulación de la sonda como la pérdida de la línea de transmisión.

Que tiene la frecuencia de respuesta como esta (medido en la R8), ha -3dB frecuencia de corte sólo en algún lugar en 100MHz.

Que es realmente muy bueno para 200MSPS ADC que voy a utilizar.

¿Crees que podría ir mejor con este amplificador OPERACIONAL? Tengo curiosidad creo que esto va a hacer.