Komparator schwingt, wie verhindern

[Johannes S. (Gast)]

Hallo zusammen,

vielleicht kann mir hier ja jemand helfen, ich weiß im Moment echt nicht 
was ich groß ausprobieren soll.

Ich habe ein Signal (Bild 2, grün), welches ich mittels eines 
Komparators auf Überschreitung einer Schwelle untersuchen möchte. Wie 
auf dem Foto zu sehen ist hat das Signal ca. -70 mV und 10 ns lang, 
meine Schwelle sollte dann vielleicht bei -40 mV liegen. Weiter ist auf 
dem Bild der Ausgang des Komparators zu sehen (gelb) sowie die 
Versorgungsspannung (blau, mit einem Offset von 3,8 V). Als Komparator 
habe dafür den TI TLC3502 
(http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/tlv3502.html) empfohlen 
bekommen, welchen ich entsprechend Bild 1 auf einen Adapter gelötet und 
eingebaut habe. Sowohl die Versorgung als auch die Referenzspannung ist 
mit 100n Tantals bestückt. Wenn ich jetzt den Komparator mit Spannung 
versorge erhalte ich nicht das gewünschte Ergebnis. Wenn ich die 
Referenzspannung langsam erhöhe (-120 mV -> 0 mV) erhoffte ich mir in 
der Nähe des Signalpegels ein ansprechen des Komparators. Dies geschieht 
jedoch nicht, üblicherweise reagiert dieser erst bei V_ref = -30 mV. Und 
dann bekomme ich auch kein wirkliches Signal, sondern das auf Bild 3 zu 
sehende Ergebnis. Der Komparatorausgang schaltet auf HIGH, die 
Versorgungsspannung fällt um ca. 200 mV (3,8 V -> 3,6 V) und das gesamte 
System schwingt lustig hin und her.

Ich habe auch schon versucht noch einen weiteren Tantal- zusammen mit 
einem kleinen Keramikkondensator direkt oben auf die passenden Stifte 
der Versorgungsleitung zu löten, dadurch wurde es jedoch eher noch 
schlimmer, das Schwingen hörte auch nach Rücklegung der 
Referenzsspannung unter das Signallevel nicht mehr auf.

So langsam gehen mir jetzt die Ideen aus, zudem ich eigentlich mit 
Elektronik auch nicht zu viel zu tun habe und mir diese Aufgabe spontan 
zugetragen wurde.

Viele Grüße
Johannes S.

[Layouter (Gast)]

Bei dem Aufbau muss der Schwingen.

Schau dir mal die Seite 9 und 10 des Datenblatt an.
Dein Aufbau sieht leider anders aus.

Basteln geht in der Formel 1 nicht mehr.

[Kai Klaas (Gast)]

Sieht nach einem kapazitiven Übersprechen des Ausgangs zurück auf den 
Eingang aus. Wahrscheinlich arbeitest du an den Eingängen viel zu 
hochohmig. Das würde auch das Ringing vom Eingangssignal erklären 
(->Wellenwiderstandsfehlanpassung). Nicht umsonst verwenden die im 
Datenblatt 50R-Technik.

Kai Klaas

[theo (Gast)]

Hi, weiß zwar nicht ob es jetzt speziell in deinem Falle hilft, aber:
Wenn ich das auf die schnelle richtig gesehen habe, ist in dem 
IC-Gehäuse  ein 2fach Komparator verbaut.
Ich hatte mal bei einem 2fach Op-IC (R2R, HighSpeed) das Problem, dass 
ich nur einen genutzt habe und die Schaltung bei betimmten 
Eingangswerten fröhlich zu schwingen begann. Habe auch vieles probiert 
mit Entkopplungs-C usw., jedoch half nix davon. Erst als ich den 2ten 
unbenutzten OPV praktisch "totlegte", funktionierte die Schaltung ohne 
Schwingen.
Ich habe also einfach den unbenutzten 2ten Ausgang auf den negativen 
Eingang zurückgeführt - also: OUTB (6) <---> -INB (4) verbunden 
(Gegenkopplung*).
Vermutlich hatte der innere Aufbau des IC's das Schwingen verursacht, 
was durch diese kleine effiziente Methode unterbunden wurde.

Probiers mal aus, wäre schön zu erfahren , obs half oder nicht.

Schöne Grüße....

[A. R. (redegle)]

Ich habe vor 2 Wochen den selben Komparator auf Lochraster verbaut super 
Teil. Bei 1mA nur 30mV Spannungsabfall am IC. Bei mir gab es bis 200µA 
am Ausgang fast keine Überschwinger.

Nur der Preis ist etwas hoch.

Die 1,5ns Anstiegsgeschwindigkeit entspricht einer equivalenten Frequenz 
von 666Mhz Sinus das ist schon einiges.
Du musst versuchen die Strommasche möglichst kurz zu halten. Bei meinem 
Aufbau ist der Umfang der größten Strommasche maximal 7cm (hoch 
geschätzt).
Also Kondensator so dicht WIE MÖGLICH an das IC.
Ein solcher Adapter oder IC Sockel sind ein NO GO.
Wenn du Glück hast liegt das Schwingen nur am mangelnden Abblocken der 
Versorgungsspannung.
Ich würde einen SMD Kondensator (am besten Keramik X7R oder N0P) direkt 
auf das IC legen und mit 2 kleinen Drähten an den Versorgungspins 
befestigen.

Wenn es dann klappt Glück gehabt.
Ansonsten würde ich mir überlegen das gesammte Layout zu überdenken.

Anbei mal 2 Bilder wie es aussehen könnte. Bei einem Ausgangssrom von 
ca. 300µA. Gemessen jeweils mit einem 200Mhz Oszilloskop. Diese haben 
eine Anstiegsgeschwindigkeit im Bereich 1,5-2,5ns.

[Jens G. (jensig)]

1. Abblock-C's vergessen
2. Hysterese vergessen
Ein Komparator wird gerne mal schwingen wollen, wenn er in den Bereich 
des Umschaltpunktes kommt.

[Kai Klaas (Gast)]

>Ich habe vor 2 Wochen den selben Komparator auf Lochraster verbaut super
>Teil.

Nicht schlecht!

Was war denn das für ein Eingangssignal? 50R-Technik?

Kai Klaas

[A. R. (redegle)]

@ Kai Klaas

Ich habe mal den Schaltplan angehangen.
Möchte jedoch nicht den Thread von Johannes S. allzustark vollspammen.
Die Schaltung erzeugt ein Dreieck mit 500kHz und 2V Amplitude.
Selbst wenn R8 25kohm sind schaltet der Komparator noch super.

[Johannes S. (oberekel)]

Vielen Dank schon einmal für die zahlreichen Antworten, dann werde ich 
morgen zuerst einmal versuchen den zweiten OPV "totzulegen" und nochmal 
schauen, das ich einen Kondensator noch deutlich näher heranbekomme. Im 
Moment ist er ca. 1 cm von dem IC entfernt. Wenn das alles nichts hilft 
werde ich den IC wohl direkt auf die Platine bringen müssen, hatte ich 
jetzt erstmal versucht zu vermeiden, da es ein erster Versuch ist und 
auf- und ablöten auf Dauer bestimmt nicht so gut ist.

Bezüglich der Hysterese: So wie ich es sehe hat der Komparator bereits 
eine eingebaute Hysterese von 6 mV, zumindest für meine Zwecke sollte es 
reichen, zum Schalten liegt bei der Anwendung eine Differenz von 
mindestens 10 mV vor, ich hoffe mal, das sollte er schaffen, wenn er 
denn einmal ordentlich läuft.

[Johannes S. (oberekel)]

Ich habe mir die Schaltung heute nochmal vorgenommen und zuerst einmal 
den zweiten Komparatorteil überprüft. Dieser schwingt jedoch nicht und 
bleibt schön auf seinem Level, dürfte also kein Problem mehr sein. Als 
nächstes habe ich einen 100n Tantal direkt auf die Beine des Bausteins 
gelötet, die Versorgungsspannung bricht an der Stelle aber immernoch um 
ca. 100-150 mV ein. Dafür habe ich eine andere Sache herausgefunden, die 
hilft, den Komparator etwas zu stabilisieren: Ein 50 Ohm Widerstand von 
der Referenzspannung auf GND. Warum es so ist verstehe ich zwar nicht, 
aber sofern es hilft soll es mir recht sein.

Ansonsten werde ich aber umbedingt das Design noch ändern müssen, ich 
habe den Komparator heute einfach mal auf eine Probeplatine gesetzt und 
jeweils Potis für die Spannungsverstellung der beiden zu vergleichenden 
Spannungen genutzt. Ich kann die Spannungen problemlos bis zu einem 
Bereich <10 mV angleichen, ohne das etwas passiert. Wenn ich den 
Gleichheitspunkt jedoch überschreite fängt das gesamte System an zu 
schwingen. Dieses hört manchmal auf, wenn beide Spannungen auf einen 
Abstand >200 mV gebracht werden, ansonsten muss die Versorgungsspannung 
aus- und wieder eingeschaltet werden. Somit dürfte das derzeitige Layout 
auf Dauer nicht zu gebrauchen sein, selbst wenn es jetzt 
zwischenzeitlich halbwegs ordentlich läuft.

[Kai Klaas (Gast)]

Warum zeigst du nicht mal deinen Schaltplan?

>Dafür habe ich eine andere Sache herausgefunden, die hilft, den
>Komparator etwas zu stabilisieren: Ein 50 Ohm Widerstand von der
>Referenzspannung auf GND. Warum es so ist verstehe ich zwar nicht, aber
>sofern es hilft soll es mir recht sein.

Weil du diesen Eingang damit wahrscheinlich niederohmiger machst und die 
kapazitive Rückkopplung schwächer ausgeprägt ist. Wahrscheinlich hilft 
da ja auch eine kleine Kapazität nach Masse, direkt am Pin.

>Somit dürfte das derzeitige Layout auf Dauer nicht zu gebrauchen sein,
>selbst wenn es jetzt zwischenzeitlich halbwegs ordentlich läuft.

Das ist richtig. Das Layout muß unbedingt HF-tauglich sein, weil der 
Komparator so schnell ist. Also kürzeste Verbindungen und niederohmiger 
Aufbau.

Kai Klaas

[Johannes S. (oberekel)]

Ich wollte mich noch einmal melden wie es jetzt ausgegangen ist. So wie 
es aussieht war der Sockel das Problem. Ich habe die Stift- und die 
Buchsenleiste ausgelötet und den Adapter direkt über den entsprechenden 
Verbindungen zur Hauptplatine angebracht. Jeweils noch ein kurzes 
Drahtstück durch die Löcher gesteckt und das ganze verlötet, jetzt 
funktioniert er einwandfrei, auch bei 5 V Versorgungsspannung, was er 
vorher auf keinen Fall machen wollte.