Starke Verzerrung bei LM2902 OP

[m4pp3t (Gast)]

Hallo Community,

ich habe ein MAX10-FPGA-Board gekauft. Auf diesem Board befindet sich 
auch ein Tiefpass, um Aliasing bei der A/D-Wandlung zu vermeiden. Die 
Schaltung besteht aus einem Tiefpass 1. Ordnung, einem LM2902 Opamp und 
einem weiteren Tiefpass. Die Schaltung habe ich in Spice simuliert und 
dort liefert sie auch "normale" Ergebnisse. Wenn ich allerdings an der 
realen Schaltung nachmesse bekomme ich ab einer Frequenz von 10 kHz 
starke Verzerrungen. Diese Verzerrungen verwundern mich sehr weil die 
Grenzfreuenzen der Tiefpässe deutlich höher liegen und das Signal nicht 
nur gedämpft sondern richtig verzerrt wird. Bilder der Schaltung, 
Simulation und der Messergebnisse habe ich Angehangen. Vielleicht hat 
jemand von euch eine Idee woran das liegen kann?

MfG M4PP3T

[Soul E. (Gast)]

Vielleicht betreibst Du Deinen Operationsverstärker mal mit 12V und 
nicht mit 3,3V? Dann reicht der Ausganssignalbereich auch von 1..10V, 
und nicht nur von 1..1,3V.

Wenn möglich solltest Du das Signal auch ac-gekoppelt in den Verstärker 
einspeisen und den Eingang auf die halbe Betriebsspannung legen. Oder 
den Verstärker mit +/-6V versorgen.


Oder Du nimmst einen LMV324. Der hat Rail-to-Rail - Ausgänge, d.h. er 
kann Deine 3,3V weitgehend ausnutzen.

[m4pp3t (Gast)]

Ich speise das Signal schon mit einem Offset von 1V ein. Damit sollte 
der Op laut Datenblatt auch auskommen. Auch die Versorgung von 3.3V ist 
laut Datenblatt ok. Es handelt sich bei diesem Board um ein 
Evaluationkit von Altera, weshalb ich eigentlich den Op nicht tauschen 
möchte.

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Wie sieht das reale Signal am nichtinvertierenden Eingang und direkt am 
Ausgang des Opamp aus?

[m4pp3t (Gast)]

Hier die Signale am Ausgang/invertierendem Eingang und am 
nichtinvertierenden Eingang. Es sieht so aus als ob die Verzerrungen 
durch den Op zustande kommen.

[Purzel H. (hacky)]

Ich haette jetzt geraten, dass der OpAmp zu langsam, resp die Frequenz 
zu hoch ist. Was sagt das Datenblatt?

[m4pp3t (Gast)]

Laut Datenblatt ist die Unity-Gain-Bandwidth 1.2 MHz bei einer 1 MegOhm 
Last und 20 pF Last. Das könnte durchaus sein. Allerdings erschließt es 
mir dann nicht warum Altera diesen Op ausgewählt hat um das Signal für 
einen ADC mit 1 MSPS zu filtern. Das macht für mich absolut keinen Sinn.

[Achim S. (Gast)]

der OPV kann so nahe an der negativen Versorgung kaum noch Strom sinken 
(Fig. 10 Datenblatt)

http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/datasheet/CD00000533.pdf

Mit 100µA kannst du an einer 1nF Last noch 0,1V/µs erreichen - das kommt 
so ungefähr mit deinen Messungen hin. Die steigende Flanke ist 
wesentlich schneller, weil er da viel mehr Abstand zur Versorgung hat.

Du solltest mit der Aussteuerung des Ausgangs nicht wesentlich unter 1V 
gehen - und da bleibt bei einer 3,3V Versorgung natürlich nicht viel 
übrig.

[Ulrich H. (lurchi)]

Der LM2902 ist eine Version des LM324, die nicht für ganz so hohe 
Spannungen ist. Das gute an dem Typ ist vor allem der Preis.
Vom LM324 / LM358 kennt man die Verzerrungen beim Nulldurchgang - 
außerdem ist die Spannung Grenzwertig klein.

Der OP ist wirklich eine schlechte Wahl - ein Austausch wäre vermutlich 
die einzig passende Lösung. Ersatzkandidaten wären etwa der LMV324, 
TS914 oder ein MCP6004. Halt einfache Rail to Rail OPs, die auch mit 3,3 
V noch laufen. Je nach Anforderungen an die Geschwindigkeit auch ein 
etwas schnellerer Typ bis etwa 10 MHz GBW.

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Die Dimensionierung der Schaltung ist ohnehin etwas seltsam: Die beiden
RC-Glieder haben eine Grenzfrequenz von 1,0 bzw. 1,6 MHz, der Opamp
dazwischen eine von ebenfalls 1,0 MHz. D.h. die endliche Geschwindigkeit
des Opamp wird hier als Feature in einem Tiefpass 3. Ordnung genutzt,
was nicht unbedingt eine übliche Vorgehensweise ist.

[M4PP3T (Gast)]

Hat sich erledigt habe die kapazitive Last hinterm Op entfernt. Jetzt 
geht es einwandfrei. Ist eine eher undurchdachte Schaltung die die Leute 
bei Altera da entworfen haben.