OPA211 respuesta de frecuencia extraña --- ¿por qué?

Question

Estoy usando un OPA211 en modo diferencial con ganancia unitaria; sin compensación externa. Estoy obteniendo un desconcertante ancho de banda de ~10MHz (las especificaciones indican un ancho de banda de 45MHz a G=1) con un pico a 8MHz (consistente con el horrible sobreimpulso/anillo que veo cuando alimento una entrada de onda cuadrada).

Aquí están los detalles de mi diseño y mi configuración para medir la respuesta en frecuencia:

Esquema:

PCB:

Y esta es la respuesta en frecuencia que obtengo:

El plano de tierra está en la capa inferior, y la capa superior tiene un relleno de cobre que se conecta a GND en los pines del conector BNC de borde (J1). Este conector BNC (J1) es de 50; lo conecto a un cable BNC de 50 que va a un dispositivo de captura de entrada con terminación de 50 (una tarjeta digitalizadora de 16 bits de 180MSPS en un PC --- la propia tarjeta especifica un ancho de banda de entrada de 65MHz).

En el lado de la entrada, sin embargo, no hay adaptación de impedancia --- para medir la respuesta en frecuencia, uso un generador de señales con salida de 50 BNC, pero conecté un cable que va de BNC/coaxial a pinzas, y como puedes ver, la entrada va a mi placa a través de un conector tipo cabecera (más bien tipo Molex, con carcasa de cierre).

Por cierto, al medir la respuesta en frecuencia, utilicé una forma de onda sinusoidal con 100mV pk-to-pk para evitar problemas con el slew rate (27 V/us según la hoja de datos).

El timbre no debería sorprender: podría atribuirse a que el amplificador óptico se acerca cada vez más a la inestabilidad cuando se le empuja a una ganancia baja. Pero el bajo ancho de banda es bastante sorprendente --- precisamente, a las ganancias más bajas debería esperar un mayor ancho de banda, ¿no?

También espero que la capacitancia o la inductancia parásita (placa, trazas, plano de tierra, etc.) no sean un problema a frecuencias tan bajas (yo esperaría que entraran en juego en el rango de cientos de MHz). Además, la adaptación de la impedancia (o la falta de control de la impedancia cuando se encarga la placa de circuito impreso) no debería influir en el timbre a una frecuencia tan baja, ¿verdad?

¿Alguna idea de por qué un ancho de banda tan bajo y por qué el pico a 8MHz?

Answer 1

Tus resistencias tienen un valor demasiado alto. La capacitancia de entrada diferencial de ese op-amp es de 8pF, lo que te da un polo a 2MHz.

Los parásitos del plano de tierra tampoco ayudan.

Prueba con resistencias de 1K.

Answer 2

La inestabilidad se debe a que la retroalimentación positiva perdida (p3) es mayor que la retroalimentación negativa perdida (p2).

Todo lo que se necesita es una diferencia de 0,1pF en la ganancia de la unidad y usted puede conseguir la oscilación y su son casi allí.

Las resistencias y las pistas se forman para hacer condensadores débiles. Rf=500~750 se acerca a lo óptimo para esta pieza.

La disposición es crucial en estos diseños. El plano de tierra debe eliminarse de la zona cercana a los pines de entrada para reducir la capacitancia parásita. La Zo también se eleva a 50 Ohms @10MHz por falta de ganancia de retroalimentación negativa que forma otro LPF con 10k. @2MHz

Mirando más de cerca la hoja de datos, la Fig. 24 muestra que la respuesta óptima alcanza un pico de aproximadamente el 5% de sobreimpulso, tal y como muestran es con 6,8pF de retroalimentación negativa añadida y 680 Ohms para R en lugar de 10k. La carga de 10pF pretende simular una sonda de 10:1 también puede afectar a este valor.

Este Op Amp no es ideal para un buffer de ganancia unitaria HF 50 Ohm.

La Zout del OPA211 de la hoja de datos equivale a una impedancia de 1 uH.

Conclusión:

No siempre se puede obtener un BW completo a partir de la ganancia de unidad en el producto GBW. Esto es un hecho que Malditos búferes rápidos son difíciles de perfeccionar y ésta no es una excepción. Este CI ha sido superado por muchos otros que le preceden con un ancho de banda 100 veces mayor, utilizando retroalimentación de corriente.

Incluso este tiene 100MHz de ancho de banda de potencia alrededor de '75
mi preferencia

Si quieres mejores resultados, da mejores especificaciones. Este tiene un compromiso para conseguir un ruido muy bajo y una baja corriente de alimentación. ¿Qué necesitas realmente?

Answer 3

No has leído los detalles de la ficha técnica. La impedancia diferencial es de 20 K/8 pF. La figura 24 muestra un inversor con una ganancia de -1 utilizando resistencias de 604 ohmios y un condensador de realimentación de 5,6 pF.

Se supone que un condensador de retroalimentación es obligatorio para la estabilidad, para superar cualquier retroalimentación positiva parásita.

Esto enlaza con la respuesta de Spehro Pefhany, y es mantener las resistencias a 1 K o menos, especialmente en las entradas. Este es un amplificador de RF, así que trátalo como tal. El hecho de que tenga grandes parámetros de audio es sólo una señal de lo mucho que ha avanzado la tecnología, pero no lo cablees como un op-amp de audio con entradas de resistencias de 10 K, etc.

Un dibujo muestra una ganancia de 10 con entradas de 1 K y retroalimentación de 10 K. Como un op-amp diferencial parecería que las entradas de 500 ohmios con un 10 K a tierra y una retroalimentación de 10 K con un condensador de retroalimentación de 4 a 6 pF lo maximizaría para una ganancia de 20 (26 dB) en un ancho de banda amplio.

Los gráficos muestran que es posible una ganancia de 100, pero con un ancho de banda muy reducido. Puedes tener un gran amplificador de audio, o un gran amplificador de RF, pero no ambos al mismo tiempo.

Answer 4

¿Alguna idea de por qué un ancho de banda tan bajo y por qué el pico a 8MHz?

Probablemente se deba a la impedancia de salida del amplificador:

Parece que la salida no está adaptada a 50Ω en ese rango de frecuencias (lo que probablemente no sería un gran problema a 10MHz porque los efectos de la línea de transmisión aún no están actuando)

También parece que tienen dos polos en la compensación interna del amplificador para mantener limpia la banda de paso (indicado por las diferencias de fase y el ligero cambio de rolloff (en rojo))

Yo probaría a limitar la banda del amplificador y poner un polo justo antes de los 8MHz si es aceptable