Hallo zusammen, ich setze den THS3201 von TI in einer Schaltung als Verstärker ein. http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/ths3201.pdf Der Rückkoppelungspfad ist mit 768 Ohm als Rückkoppelwiderstand und 357 Ohm nach Masse beschaltet, der positive Eingang mit 1k nach Masse. Es werden keine Signale eingespeist. Verstärkung ca. 3. Laut Datenblatt soll bei einer symmetrischen Versorgung die "Input Offset Voltage" < 4mV sein. Bei Verstärkung von 3 würde ich also maximal 12mV Offset am Ausgang erwarten. Meine maximale tolerierter Offset liegt im Bereich 15mV. Allerdings habe ich keine symmetrische Versorgungsspannung sondern -3,3V und +12V um den Aussteuerungsbereich von 0 .. 9V zu nutzen. Ich beobachte am Ausgang ein Offset mit folgender positiver Temperaturabhängigkeit: T Uin+ Uin- Uout 0°C 1,7mV 6,5mV 28mV 34°C 2,5mV 8,2mV 36,7mV 61°C 3,7mV 10,5mV 52mV Eine Simulation mit TINA zeit mir aber eine negative Temperaturabhängigkeit in der Größenordnung von max 30mV Offset am Ausgang. Jetzt bin ich verwirrt!!! Frage: 1. Woher kommt der Effekt? (Ich nehme an, dass die unterschiedlichen Technologien Stromeingang / Spannungseingang nicht vollständig symmetrisch sind und für die symmetrische Versorgung optimiert sind) 2. Was kann ich dagegen unternehmen?
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Uin- ist bei diesem OPV ein Stromeingang, weil es ein CurrentFeedback OPV ist (CFA). D.h., Du kannst schon mal zusätzliche Spannungsabfälle über das Rückkopplungsnetzwerk bekommen. Und die betragen auch schon einige mV, wenn man mal die Stromangaben (incl. Temperaturdrift) des DB in Spannung über die R's umrechnet. Da alles mit plus/minus angegeben wird, kann es sich in ungünstigen Fällen ganz blöd addieren. Zweitens gelten die Offset Angaben bei Ucm=0V (CommonMode), was bedeutet, daß beide Eingänge auf 0V liegen, also genau in der Mitte zw. + und -. Dies gilt bei symmetrischer Versorgung. Dein Mitte wäre eigentlich bei rund +4,5V, bist also mit deiner realen Mitte (0V - Masse) rund 4,5V unter der wirklichen Versorgungsmitte. Da könnte sich also einiges verschieben. Simuliere doch mal mit |-Ub|=|+Ub|
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Das sieht dann so aus, wie im Anhang bezeichnet. Allerdings ist das wie schon beschrieben die falsche Charakteristik. Die Offsetspannung von 35 bis 50mV erhalte ich mit unterschiedlichen Aufbauten derselben Schaltung. Die Temperaturabhängigkeit ist nur mit einer Schaltung gemessen. Mit dem Doppel-OPAMP THS3202 sieht das Ergebnis noch 10 Größenordnungen schlimmer aus. Der hat um die 250mV DC-Offset in einer vergleichbaren Konfiguration!!! Sprich: Machen kann ich herzlich wenig dagegen. Habe schon mal versucht per Widerstand einen kleinen positiven Strom in den CFA "-" Eingang zu schieben. Damit ist der Offset für einen Betriebsfall änderbar.
Was soll's denn werden? Man verwendet keine GHz Verstaerker um bei 300MHz mal 3 zu Verstaerken.
Langer Tag schrieb: > Was soll's denn werden? Man verwendet keine GHz Verstaerker um bei > 300MHz mal 3 zu Verstaerken. Die Anmerkung habe ich nicht verstanden! Ich benötige vor allen Dingen das dU/dt und einen großen Aussteuerungsbereich.
>Was soll's denn werden? Man verwendet keine GHz Verstaerker um bei >300MHz mal 3 zu Verstaerken. So??? 300MHz mal 3 sind doch schon fast 1GHz GBW *), die man nötig hätte. Wenn der OPV deutlich drüber liegt, wird auch die Signalqualität deutlich davon profitieren. *) bei CFA wird zwar nicht so sehr mit der GBW gerechnet, weil es da diesen Zusammenhang kaum gibt, aber egal ... @ Michael O. simulierst Du das ganze nur? Oder ist das auch real gemessen? Aber egal - grundsätzlich sind CFA's nicht gerade symmetrische Dinger, so daß die beiden Eingänge in ihren Driften sich vernmutlich kaum so toll aufheben werden, wie es bei VFA's üblich ist.
Hallo Michael, der 1k Widerstand am "+" Eingang ist viel zu hochohmig. Dafür ist das Teil nicht gebaut. Kai Klaas
>der 1k Widerstand am "+" Eingang ist viel zu hochohmig. Dafür ist das >Teil nicht gebaut. das war auch mein 1. Gedanke. Im DB steht sowas von ca. 40µA input bias current.
Jens G. schrieb: > simulierst Du das ganze nur? Oder ist das auch real gemessen? Die Temperaturabhängigkeit oben habe ich an einem realen Messaufbau ermittelt. Also Schaltung habe ich aufgebaut. Jens G. schrieb: > So??? 300MHz mal 3 sind doch schon fast 1GHz GBW *), die man nötig > hätte. Wenn der OPV deutlich drüber liegt, wird auch die Signalqualität > deutlich davon profitieren. Der THS hat laut Datenblatt folgende Werte: Unity-Gain Bandwidth: 1.8 GHz The THS3201 is a wideband, high-speed ·Unity-Gain Bandwidth: 1.8 GHz ·High Slew Rate: 6700 V/µs (G = 2 V/V, RL = 100 Ω, 10-V Step) ·IMD3: –78 dBc at 20 MHz: (G = 10 V/V, RL = 100 Ω, 2-VPP Envelope) ·Noise Figure: 11 dB (G = 10 V/V, RG = 28 Ω, RF = 255 Ω) AC PERFORMANCE / Small-signal bandwidth, -3 dB (V Typ O = 200 mVPP) G = +1, RF = 1.2 kΩ 1.8 GHz G = +2, RF = 768 Ω 850 MHz G = +5, RF = 619 Ω 565 MHz G = +10, RF = 487 Ω 520 MHz Mit G = +3 liege ich also noch deutlich über 300MHz. Kai Klaas schrieb: > der 1k Widerstand am "+" Eingang ist viel zu hochohmig. Dafür ist das > Teil nicht gebaut. Die Offsetdrift beobachte ich auch, wenn ich den "+" Eingang gegen Masse kurzschließe, dann mit einem etwas anderen initialen Offset. Allerdings ist der Hinweis gut! Warum benötigt der CFA mit seinem Voltage Input eine derart niedrigen Eingangsimpedanz? Allerdings verstehe ich die Diskrepanz zwischen dem Simulations-Modell und der Realität nicht. Die Temperaturkoeffizienten sind exakt gegenteilig - Simulation behauptet negative Abhängigkeit, Realität zeigt positive Abhängigkeit. Irgend welche Ideen?
>Irgend welche Ideen?
nimm doch mal zum Vergleich eine symmetrische Spannungsversorgung
faraday schrieb: >>Irgend welche Ideen? > > nimm doch mal zum Vergleich eine symmetrische Spannungsversorgung Schaum mal hier Beitrag "Re: THS3201 - GHz Verstärker Offset Problem" Da habe ich eine symmetrische Betriebsspannung verwendet.
ich kenne TINA nicht und nehme an, daß alle Diagramme Simulationen sind. Nimm doch dann mal einen anderen low offset+drift OPA und schau, was die Schaltung macht. Vielleicht liegt's ja nicht am THS.
@faraday Ich habe sowohl gemessen als auch simuliert. Auf meiner Testschaltung ist nur der THS mit ein paar Widerständen drauf. Diese schaltung zeit eine stärkere Temperaturdrift als im Datenblatt beschrieben. Was rätst Du mir genu - soll ich den THS auf dem Aufbau weglassen und nur die paar Widerstände messen? Oder meinst Du ich sollte TINA überprüfen, ob die Simulation für beliebige OPAMPs identisch aussieht?
Fuer schnelle Anwendungen sollte man nicht mehr OpAmps probieren. Da hat man ganz andere Verstaerker, die haben ueblicherweise 50 Ohm, ode sonstwie eine definierte Impedanz. Oder man macht's von vorneweg mit Tansistorstufen. Was soll's denn werden ?
Langer Tag schrieb: > Fuer schnelle Anwendungen sollte man nicht mehr OpAmps probieren. Da hat > man ganz andere Verstaerker, die haben ueblicherweise 50 Ohm, ode > sonstwie eine definierte Impedanz. Oder man macht's von vorneweg mit > Tansistorstufen. Was soll's denn werden ? Was soll man denn stattdessen verwenden? Diskrete GHz Transistorstufen? Na, den Entwicklungsaufwand möchte ich mir garnicht vorstellen!! Zusätzlich wird man doch niemals an die Qualität eines integrieten Verstärkers heran kommen aufgrund viel größerer Dimensionen und damit einhergehender parasitärer Elemente (Kapazität / Induktivität). Es soll ein einfacher Spannungsverstärker (Faktor 3-4) mit > 300MHz Bandbreite und einem Swing von 0..10 V werden.
10V Swing ist ueppig, speziell an 50 Ohm. das waeren dann +-100mA. Das kann der THS3201 grad noch an +-5V. 10Vpp sind uebrigens 250mW oder +24dBm. Das scheint mir relstiv viel zu sein. Worum geht's denn ?
Hallo Michael, >Allerdings verstehe ich die Diskrepanz zwischen dem Simulations-Modell >und der Realität nicht. Die Temperaturkoeffizienten sind exakt >gegenteilig - Simulation behauptet negative Abhängigkeit, Realität zeigt >positive Abhängigkeit. Irgend welche Ideen? Wenn du das Datenblatt genau anschaust, findest du, daß der Temperatur-Koeffizient der Offsetspannung positives wie negatives Vorzeichen haben kann. Was Figure 23 dagegen zeigt, ist nur der typische Verlauf. Auch die Simulationssoftware wird nur ein bestimmtes Vorzeichen simulieren. Du kannst das ja einstellen. Und da kann es schon sein, daß der eine eine negative und der andere eine positive Abhängigkeit zeigt. >Warum benötigt der CFA mit seinem Voltage Input eine derart niedrigen >Eingangsimpedanz? Weil diese Eingangsimpedanz mit der Eingangskapazität des Chips einen Tiefpaß bildet. Bei 1pF und 50R ergibt das eine Grenzfrequenz von 3,2GHz, also akzeptabel. Bei 1k sind es dagegen 160MHz. Wenn jetzt deine Quelle ebenfalls recht hochohmig ist, siehst du von deinem 1,8GHz Verstärker nicht mehr sehr viel. Noch ein Tipp: Erwarte nicht 100%ige Absolution von einer Simulationssoftware. Die macht immer irgendwo irgendwelche Fehler und arbeitet nur in bestimmten Bereichen genügend genau. Filterkurven lassen sich schön berechnen, und ähnliches Gedöns, wo man für den OPamp ein nahezu ideales Verhalten annehmen kann. Aber je mehr man von dem Modell verlangt die Hyperfeinstruktur der Innenschaltung des OPamp exakt nachzubilden, um so mehr gibt das dann einen Schuß ins Blaue. Kai Klaas
>Oder meinst Du ich sollte TINA überprüfen, ob die Simulation für >beliebige OPAMPs identisch aussieht? na ja wäre schon interessant, ob die Ergebnisse bei einem anderen Typ ähnlich sind, falls Du einen da hast. Und Kai hat das mit der Simulation schon gut getroffen. Was ich aber meinte war, daß Du in Deine Testschaltung einen wirklich guten (evtl. nicht so schnellen) OPA einsetzen solltest und mal gucken sollst, wie die Temp.drift so aussieht. Oft sind die fertigen ICs wirklich 1a und das drumherum schlecht(er). Ich habe schon oft aus Ratlosigkeit den IC gewechselt um dann doch irgendwann zu merken, daß der Fehler in der Peripherie lag. Ich habe jedenfalls festgestellt, daß die Parameter im Datenblatt eigentlich immer stimmen, wobei dann aber meist auch Randbedingungen existieren.
Kai Klaas schrieb: > Wenn du das Datenblatt genau anschaust, findest du, daß der > Temperatur-Koeffizient der Offsetspannung positives wie negatives > Vorzeichen haben kann. Was Figure 23 dagegen zeigt, ist nur der typische > Verlauf. Danke! Das ist ein wichtiger Punkt. D.h. es gibt dann keinen eindeutigen Temperaturgang und er muss auch nicht einmal monoton sein. Kai Klaas schrieb: > Noch ein Tipp: Erwarte nicht 100%ige Absolution von einer > Simulationssoftware. Die macht immer irgendwo irgendwelche Fehler und > arbeitet nur in bestimmten Bereichen genügend genau. Filterkurven lassen > sich schön berechnen, und ähnliches Gedöns, wo man für den OPamp ein > nahezu ideales Verhalten annehmen kann. Aber je mehr man von dem Modell > verlangt die Hyperfeinstruktur der Innenschaltung des OPamp exakt > nachzubilden, um so mehr gibt das dann einen Schuß ins Blaue. Ja, das ist mir soweit auch klar, dass eine Simulation nur eine idelaisierte Abbildung der Realität ist. Sämtliche Parameterstreuungen der Fertigung können nicht berücksichtigt werden. Da hilft dann vielleicht eine Monte-Carlo Simulation (für den Hersteller) aber das bringt einem bei der Optimierung der konkreten Schaltung nicht viel weiter. Ich probiere es mit einer DC-Offsetkorrektur, indem ich einen Strom der über einen 180k - 220k Widerstand aus der +12V Versorgung in den negativen Stromeingang eingespeist wird. Die Drift besteht, ich kann sie aber in meinem Arbeitspunkt um die 0V verschieben. Kai Klaas schrieb: > Weil diese Eingangsimpedanz mit der Eingangskapazität des Chips einen > Tiefpaß bildet. Bei 1pF und 50R ergibt das eine Grenzfrequenz von > 3,2GHz, also akzeptabel. Bei 1k sind es dagegen 160MHz. Wenn jetzt deine > Quelle ebenfalls recht hochohmig ist, siehst du von deinem 1,8GHz > Verstärker nicht mehr sehr viel. Die Quelle treibt mit ca. 50 Ohm, die 1k sind nur zum halten des Potentials gedacht falls die Quelle entfernt wird. Nein - es ist kein 50 Ohm Kabel und ich brauchte den Abschluss dort nicht. faraday schrieb: > as ich aber meinte war, daß Du in Deine Testschaltung einen wirklich > guten (evtl. nicht so schnellen) OPA einsetzen solltest und mal gucken > sollst, wie die Temp.drift so aussieht. Oft sind die fertigen ICs > wirklich 1a und das drumherum schlecht(er). Ich habe schon oft aus > Ratlosigkeit den IC gewechselt um dann doch irgendwann zu merken, daß > der Fehler in der Peripherie lag. Ich weiss was du meinst. Damals im Praktikum habe ich einen VCO (3,2 -4,2GHz) auf einem Testboard aufbauen und vermessen dürfen. Das war eine dreilagige Platine mit einseitiger Teflonauflage, damit man mit möglichst geringen dielektrischen Verlusten messen kann. Ich habe bei dem THS3201 gemäß Datenblatt die Innenlagen um den Feedbackpfad freigestellt, da alleine die Pads des IC's und der Widerstände zu den Innenlagen schnell eine parasitäre Kapazität von 500fF - 1pF aufbauen. Damit die Rückkoppelung belastend führt dies zu einer erhöhung der Verstärkung bei hohen Frequenzen. Das HF-Signal sieht auch gut aus (Anstiegszeit < 2ns (0..10V) / Abfallzeit < 1,5ns 10V..0V). Mir ist auch klar, dass die Widerstände einen Tk haben, aber der sollte nicht so drastisch sein. Zumal kein Widerstände zu einer der Versorgungen geht sondern wenn überhaupt nach Masse. Ein Offset sollte so definitiv nicht entstehen!!
eigentlich macht der THS doch alles wie im DB: Input bias current (-)= +/-80µA max Input bias current drift (-) = +/- 0,3µA/°C typ das ergibt doch an 360 Ohm bei Annahme von Ib(-) ca. 27µA und V=3 Uout = +/- 28mV +/- 0,3 mV/°C auch bei geerdetem (+). Oder habe ich was übersehen? dann bleibt Dir m.E.nur noch Kompensation oder kleinere Widerstände übrig.
faraday schrieb: > eigentlich macht der THS doch alles wie im DB: > Input bias current (-)= +/-80µA max > Input bias current drift (-) = +/- 0,3µA/°C typ > das ergibt doch an 360 Ohm bei Annahme von Ib(-) ca. 27µA und V=3 > Uout = +/- 28mV +/- 0,3 mV/°C > auch bei geerdetem (+). > Oder habe ich was übersehen? > dann bleibt Dir m.E.nur noch Kompensation oder kleinere Widerstände > übrig. Manchmal sieht man die Lösung vor lauter Tomaten auf den Augen nicht! Ich denke das war es. Gestern habe ich in diesem Schaltungsteil die Verstärkung verändert und habe eine niedrigere Drift beobachtet. Ich habe versucht mich an die im Datenblatt vorgeschlagenen Werte für die Rückkoppelung zu halten. Dann muss ich da wohl noch runter. Danke allen für die Hilfe!
Hallo Michael, bist du denn an DC überhaupt interessiert? Wenn nicht, füge doch ein paar Kondensatoren ein und mache einen Wechselspannungsverstärker daraus. >Ich habe versucht mich an die im Datenblatt vorgeschlagenen Werte für >die Rückkoppelung zu halten. Dann muss ich da wohl noch runter. Das ist eher nicht zu empfehlen, weil dann in der Regel die Geschwindigkeit leidet und die Schwingneigung steigt. Bei einem Current-Feedback Verstärker können sogar kleine Änderungen hier ganz verheerende Auswirkungen haben. Das würde ich mir dreimal überlegen... Eine bessere Option ist wahrschweinlich, einen anderen OPamp zu verwenden. MAXIM hat da gute Versionen, die gerade im Hinblick auf deinen Offset überlegen sind. Auch ANALOG DEVICES zieht langsam nach und hat ganz interessante Teile. Kai Klaas
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