Làm thế nào để đạt được đầu vào trở kháng cao trên OPAMP mà không làm mất băng thông

Tôi đã cố gắng mô phỏng bộ đệm (Trong LTSPICE) cho ADC 08200 có trở kháng đầu vào 1Meg, nó sắp được sử dụng với các đầu dò dao động kế độc lập. Nhưng tôi đang gặp vấn đề với việc giới hạn băng thông. Cho đến nay tôi đã thử OPA354 và LMH6702 và cả hai đều phải chịu đựng cạm bẫy này.

Cách chính xác để làm cho bộ đệm ADC trở kháng cao là gì?

Cho đến nay tôi đã đến đây với tư cách là mạch có kết quả tốt nhất (theo băng thông, nhưng nó có độ suy giảm rất cao). Tôi đang mô phỏng đầu dò 1:10 với điện trở 9Meg.

//Biên tập:

Tôi đã thiết kế lại mạch nhưng tôi gặp vấn đề kỳ lạ với mô phỏng và tôi nghĩ rằng mạch đó sẽ hoạt động nhưng tôi nhận được điện áp âm rất nhỏ từ OPAMP thậm chí nghĩ rằng nó chỉ được cung cấp bởi đường ray dương.

Đây là sơ đồ của tôi bây giờ:

Dấu vết màu xanh là đầu ra của OPA355 và dấu vết màu xanh lá cây là đầu vào không đảo.

R11 và R12 được sử dụng để điều chỉnh bù. C5 là tụ ghép AC (nếu sử dụng).

// Edit3: Đã sửa mô hình OPA355, nhưng tôi gặp vấn đề khác .. ở tần số nhất định có vẻ như có một số sạc điện dung ký sinh, nhưng tôi không có đầu mối nào .. Dấu vết tương tự là cho đầu vào, đầu ra không đảo ngược và đầu vào nghịch đảo...

Cách tiếp cận với bộ đệm trở kháng đầu vào cao với op-amp là tạo ra bộ đệm đạt được sự thống nhất không đảo ngược, sử dụng op-amp trở kháng đầu vào rất cao, chẳng hạn như Intersil CA3140 (1.5 Tera Ohms) hoặc Texas instrument OPA2107 ( 10 Tera Ohms), cả hai đều có Sản phẩm Băng thông Đạt được 4,5 MHz.

_{(Từ Wikipedia )}

Trong cấu hình bộ đệm đạt được sự thống nhất không đảo ngược, trở kháng đầu vào của bộ đệm là trở kháng đầu vào của chính op-amp và tiếng ồn kháng được giảm thiểu / không có.

Tuy nhiên, một yếu tố khác là điện dung đầu vào của các op-amps này, 4 pF trong trường hợp của cả hai ví dụ này. Chính điện dung này sẽ tải tín hiệu đến, nếu tần số tín hiệu rất cao.

Vì câu hỏi không nêu rõ băng thông mong muốn, tác động phù hợp và điện dung của các op-amps được đề xuất không thể được xác minh. Sử dụng mô hình gia vị cho một trong những mô phỏng này có thể giúp ích cho việc này.

Dựa trên các nhận xét tiếp theo, đối với băng thông đạt được sự thống nhất 100 MHz mong muốn, Texas instrument OPA355 hoặc OPA356 sẽ hoạt động, với GBW là 200 MHz và trở kháng đầu vào 10 TeraOhms kết hợp với điện dung chỉ 1,5 pF.

Vấn đề với mô phỏng của bạn có thể không phải là băng thông của bộ khuếch đại đầu vào của bạn; nó là mô hình của đầu dò dao động 10: 1 của bạn.

Bạn đang mô hình hóa nó như một điện trở 9 Megohm; cho ăn một giai đoạn đầu vào (trên danh nghĩa) 1 megohm.

Một giai đoạn đầu vào dao động thông thường thực sự là 1 megohm song song với 20pf (điện dung thay đổi theo mô hình phạm vi) và do đó đầu dò phải tính đến điều này.

Nó làm như vậy với điện dung nhỏ song song với điện trở 9Megohm. Để đối phó với điện dung đầu vào 20pf, điện dung song song phải bằng 1/9 giá trị này, hoặc khoảng 2,22pf. Điện dung như vậy rất khó để tạo ra; do đó, một tụ điện biến đổi được sử dụng, và có lẽ bạn đã trải qua nghi thức hiệu chỉnh đầu dò phạm vi mới (hoặc mượn!) trước khi sử dụng.

Dạng sóng bạn hiển thị trông giống như một đầu dò phạm vi được hiệu chỉnh rất tệ, vì vậy bạn cần thực hiện tương tự với mô hình SPICE của mình, trước khi lo lắng về opamp. Hãy thử 2pf trên điện trở 9megohm, điều chỉnh giá trị cho độ phẳng tối đa của sóng vuông. (Hoặc tính giá trị sử dụng, từ các chi tiết của mô hình opamp). Nếu kết quả vẫn không đủ tốt, hãy thử các đề xuất của Anindo.

EDIT: thật khó để đọc sơ đồ của bạn: nếu điện trở 1000k thực sự nối tiếp với đầu vào opamp và tụ điện C3 thực sự bị chập, có vấn đề khác cần khắc phục trước.

Brian nói đúng về đầu dò và sự cần thiết của một nắp song song. Ngoài ra, kết hợp với trở kháng đầu vào cao, điện dung đầu vào nhỏ của opamp tạo ra sự khác biệt lớn ở tần số cao. 2pF kết hợp với điện trở đầu vào để tạo thành bộ lọc thông thấp. Tôi không thể nhìn thấy từ sơ đồ của bạn chính xác những gì bạn đang lập mô hình, nhưng tôi sẽ thảo luận về cả đầu vào và đầu vào phạm vi.
Nếu bạn muốn mô hình một đầu dò chính xác hơn, bạn sẽ cần một cái gì đó giống như được hiển thị bên dưới từ pdf được liên kết, với nắp cắt 9MΩ và song song ở phía đầu dò, sau đó là đường truyền và bù ở phía đầu vào. Sau đó, bạn có thể thêm phần này vào mạch hiển thị bên dưới để mô phỏng đầy đủ cả đầu dò và bộ đệm + đầu vào.

Tôi đã tự thiết kế / xây dựng một vài DSO tốc độ cao hợp lý (lên tới 500Mps), tôi có thể nói rằng mặt trước có thể gây ra nhiều vấn đề như thiết kế, bố cục của FPGA, v.v ... Đó là nơi nhiều phạm vi cầm tay cấp thấp này rơi xuống (ví dụ xem bài đánh giá của Dave Jones về QDSO )

Giả sử bạn có một đầu dò chất lượng tốt với mạch bù ở đầu BNC (bản thân thiết kế đầu dò là một nghệ thuật, T-line bị mất một cách có chủ ý - hãy xem Thế giới bí mật của dao động kế để đọc tuyệt vời) sau đó cần bộ chia đầu cuối để cho phép điện dung đầu vào bộ đệm op-amp.
Dưới đây là mạch ví dụ đầu vào phạm vi "điển hình" chia cho 2 và 20, minh họa sự khác biệt giữa bù / không bù chỉ với 2pF điện dung đầu vào.

Mạch (C2 và C5 thường sẽ là nắp tông đơ được điều chỉnh tại thời điểm hiệu chuẩn)

AC Sweep Simulation lên đến 100 MHz

Mô phỏng tương tự - loại bỏ các tụ điện. Băng thông nhỏ hơn 1 MHz!

Xin chào các bạn tôi đã quản lý để có được một cái gì đó như thế này, đó là tiền khuếch đại hoàn chỉnh với mô phỏng đầu dò là đường truyền bị mất.

Có đáp ứng tần số như thế này (được đo tại R8), nó có mức cắt -3dB chỉ ở đâu đó ở mức 100 MHz.

Điều này thực sự khá gọn gàng cho 200MSPS ADC tôi sắp sử dụng.

Bạn có nghĩ rằng nó có thể đi tốt hơn với OPAMP này không? Tôi chỉ tò mò tôi nghĩ rằng điều này sẽ làm.