Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik DAC/OpAmp schwingt hochfrequent


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von Michael M. (sortland)


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Hi,

ich habe hier einen DAC MAX5719 der wie im Handbuch angegeben mit einem 
OpAmp beschaltet wurde.

Mein Problem: der Ausgang schwingt hochfrequent mit etwa 3 MHz und 120 
mV Amplitude (Spitze-Spitze). Das ist jetzt nicht schlimm, da die 
angehängte Peripherie maximal 200 kHz kann, aber eben etwas unschön, 
weswegen ich das gerne wegbekommen würde.

Auf dem OUT-Ausgang des DAC ist noch nichts zu sehen, da ist das Signal 
sauber. Aber auf RFB (Ausgang des OpAmps) und INV (invertierender 
Eingang des OpAmps) ist die Frequenz zu sehen.

Hat jemand eine Idee, woran das liegen könnte bzw. wie man das beheben 
kann?

Danke!

: Verschoben durch Moderator
von Achim S. (Gast)


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Michael M. schrieb:
> Hat jemand eine Idee, woran das liegen könnte bzw. wie man das beheben
> kann?

Du hättest einen OPV nehmen müssen, der unity gain stable ist. Der 
TSB7191 schwingt ganz offiziell, wenn die Verstärkung weniger als 10 
beträgt.

von Christian L. (cyan)


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Du hast einen unpassenden OPV genommen. Laut ST ist der TSB7191 erst ab 
Verstärkung +10 bzw. -9 stabil.

Man könnte evtl. noch versuchen mit einen kleinen Kondensator zwischen 
invertierenden Eingang und Ausgang des OPVs das stabil zu bekommen.

von Achim M. (minifloat)


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Michael M. schrieb:
> Hat jemand eine Idee, woran das liegen könnte bzw. wie man das beheben
> kann?

Wer weiß, wozu der Opamp da zweckentfremdet wird. Ich würde den Opamp 
einbremsen bzw. langsamer machen, also C von Out nach -in und vor -in 
und +in einen gleich großen Widerstand.

Auslegung Grenzfrequenz dann nach benötigter DAC-Bandbreite.

Welche Opamp-Typen werden im DAC DaBla empfohlen? Ist GBW vom Opamp im 
DAC DaBla als kritisch und wenn ja, in welchen Grenzen angegeben?

mfg mf

von Michael M. (sortland)


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Achim S. schrieb:
> Du hättest einen OPV nehmen müssen, der unity gain stable ist. Der
> TSB7191 schwingt ganz offiziell, wenn die Verstärkung weniger als 10
> beträgt.

Oha, böse Falle...wo bzw. unter welcher Bezeichnugn finde ich denn 
diesen Wert im Handbuch? Ich habe für die nächste Version den 
LTC2058IS8E vorgesehen, da der einen kleineren Eingangsspannungsoffset 
hat und würde jetzt natürlich gerne überprüfen, ob der bei kleinen 
Verstärkungen besser tut...

von Achim S. (Gast)


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Michael M. schrieb:
> wo bzw. unter welcher Bezeichnugn finde ich denn diesen Wert im
> Handbuch?

eben zum Beispiel unter der Bezeichnung unity gain stable. steht beim 
LTC 2058 gleich auf der ersten Seite unter"features"

von Michael M. (sortland)


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Stimmt, hab's gesehen - Danke!

von Harald W. (wilhelms)


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Michael M. schrieb:

>> Du hättest einen OPV nehmen müssen, der unity gain stable ist.
> Oha, böse Falle...wo bzw. unter welcher Bezeichnugn finde ich denn
> diesen Wert im Handbuch?

Das steht meist schon auf der ersten Seite des Datenblattes.

von Michael M. (sortland)


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Christian L. schrieb:
> Du hast einen unpassenden OPV genommen. Laut ST ist der TSB7191 erst ab
> Verstärkung +10 bzw. -9 stabil.

Mal aus persönlichem Interesse: welchen Vorteil haben denn solche 
OpAmps, die nicht Unity Gain Stable sind? Der Preis kann es ja nicht 
sein...

von Egon D. (egon_d)


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Michael M. schrieb:

> Christian L. schrieb:
>> Du hast einen unpassenden OPV genommen. Laut ST ist
>> der TSB7191 erst ab Verstärkung +10 bzw. -9 stabil.
>
> Mal aus persönlichem Interesse: welchen Vorteil haben
> denn solche OpAmps, die nicht Unity Gain Stable sind?

Um die Ecke denken:

1.
OPVs sind intern praktisch immer mehrstufig aufgebaut,
einfach weil ihre Leistungsdaten i.d.R. nicht mit einer
einzigen Stufe erreichbar sind.

2.
Mehrstufige Verstärker verursachen bei höheren Frequenzen
so starke Phasendrehungen, dass sie extern nicht mehr bis
auf V=1 gegengekoppelt werden können, ohne zu schwingen.

3.
Um OPVs Eins-stabil zu machen, macht man sie durch
interne RC-Glieder künstlich langsamer. Ein OPV, der
nicht Eins-stabil sein muss, muss nicht so stark
verlangsamt werden...

von Christian L. (cyan)


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Für den Hersteller hat das auch Vorteile.

Er entwickelt einen schnellen OPV, welchen man aber bei Verstärkung 1 
nur nutzen kann, wenn er mit der internen Frequenzgangkompensation 
ausgebremst wird. Aber auch bei höheren Verstärkungen ist diese Bremse 
unnötig aktiv.

Will man jetzt aber nur mit höheren Verstärkungen arbeiten, so 
verschenkt man unnötig Bandbreite, wenn die Frequenzgangkompensation 
genutzt wird.
Der Hersteller könnte aber auch das gleiche Design nutzen und die 
Frequenzgangkompensation still legen und somit als schnelleren OPV 
verkaufen für solche Anwendungen.

Ein Design passend für zwei unterschiedliche Anwendungen. Schau dir z.B. 
den OP27 und OP37 an. Der OP27 ist langsam und unity gain stable und der 
OP37 schnell und erst bei höheren Verstärkungen stabil. Ansonsten sind 
viele der technischen Daten identisch.

von Michael M. (sortland)


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So, jetzt habe ich den OpAmp mal durch einen ST33078 ersetzt (weil der 
gerade da war und weil das Handbuch was von einer Unity-Gain-Bandbreite 
von 9 MHz sagt, was ich jetzt so interpretiert hätte, dass der in dem 
Bereich Unity Gain Stable ist).

Ergebnis: es schwingt noch immer, dieses mal mit ca. 1,5 Mhz, einer 
etwas größeren Amplitude und einem nahezu perfekten Sinussignal.

Habe ich die Angabe mit der "Unity Gain Bandbreite" jetzt falsch 
interpretiert oder woran könnte das noch liegen?

von _Gast aus HL_ (Gast)


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Michael M. schrieb:
> Habe ich die Angabe mit der "Unity Gain Bandbreite" jetzt falsch
> interpretiert oder woran könnte das noch liegen?

Die Unity Gain Bandwidth ist die Frequenz, bei der die Verstärkung auf 1 
gesunken ist. Über die Stabilität für niedrigere Frequenzen sagt das 
nichts aus.

von Michael M. (sortland)


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OK und wenn das Manual ansonsten keine Aussagen über 
Unity-Gain-Stabilität macht? Ist das Verhalten dann undefiniert?

von Stefan ⛄ F.(stefanus) (Gast)


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Michael M. schrieb:
> undefiniert?

ja

von Nachhilfe (Gast)


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Michael M. schrieb:
> und wenn das Manual ansonsten keine Aussagen über
> Unity-Gain-Stabilität macht?

Das Datenblatt macht sogar recht viele Aussagen zur 
Unity-Gain-Stabilität, (Phase margin=f(CL), Gain margin=f(CL), Bode Plot 
mit Gain und Phase) man muss die natürlich lesen (können).

von Sherlock Holmes (Gast)


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Michael M. schrieb:
> OK und wenn das Manual ansonsten keine Aussagen über
> Unity-Gain-Stabilität macht?

Dann ist man zu faul um selbst zu lesen und möchte sich die
gebratenen Tauben gerne in den Mund fliegen lassen.
Aber vorher auf dem Silbertablett serviert, Butler!

von Jürgen W. (Firma: MED-EL GmbH) (wissenwasserj)


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Schau' Dir mal die kapazitive Belastbarkeit Deiner Referenz an. Da steht 
im Datenblatt in Fig2-25 ganz klar, daß für Lastkapazitäten > 1nF ein 
serieller Widerstand bis zur kapazitiven Last verlangt wird, andernfalls 
fängt einfach die Referenz an zu schwingen (und das ist wahrscheinlich 
bei Dir der Fall).

Du müßtest für die empfohlenen 100nF im DAC-Ref-Eingang also schon mind. 
einen 100R-Widerstand einsetzen.

Alternativ gegen eine entsprechend gepufferte Referenz ersetzen, die 
höhere Ausgangskapazitäten verträgt oder einen Puffer-OA dazwischen 
einsetzen.

von Jürgen W. (Firma: MED-EL GmbH) (wissenwasserj)


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Nachtrag: Um das Ganze für Deine gewünschten 200kHz zusätzlich zu 
stabilisieren, kannst Du in den Feedback-Kreis zwischen RFB und INV noch 
einen Kondensator einsetzen. Wenn ich das Datenblatt richtig gelesen 
habe, ist RFB irgendwo bei 4kOhm (RINV ist ja nicht mal im Datenblat 
sauber angegeben).


Für Deine 200kHz-fähige Peripherie würde ich also fco>=1MHz wählen, d.h. 
C<=39pF.

von Soland (Gast)


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Jürgen W. schrieb:

> Du müßtest für die empfohlenen 100nF im DAC-Ref-Eingang also schon mind.
> einen 100R-Widerstand einsetzen.

So wie ich das sehe sind das sogar 200nF, da die eine Referenz mit zwei 
DACs mit jeweils einem 100nF-Kondensator verbunden ist, ich denke also, 
der widerstand sollte sogar noch größer sein.

von Vidiot (Gast)


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Der TO sollte sich bei der Hausfrauenakademie fuer einen
Haekelkurs eintragen und OPVs fuerderhin in Ruhe lassen.

von Johann Klammer (Gast)


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Eine hohe GBW sieht halt sexy aus. Deshalb machen die Hersteller das.
Das kriegt man aber nur bei unkompensierten VV verstärkern. Die sind 
dann aber nicht unity gain stable. Praktisch wird man da auch niemals X 
MHz durch den X MHz superfast OPAMP durchkriegen. Der Laie sieht sowas 
nicht.

Zum Buffern schneller Signale am Besten einen dedizierten unity gain 
buffer nehmen. Evtl einen CFA wenns mit Verstärkung sein muss.

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