如何测量运算放大器的输入电容以尽可能降低噪声
时间:2023-01-30 13:26来源:作者:ADI现场应用工程师Thomas Brand
摘要:在测量运算放大器输入电容时,应关注哪些方面?
问题:
在测量运算放大器输入电容时,应关注哪些方面?
答案:
在ADI看来,必须确保测量精度不受PCB或测试装置的杂散电容和电感影响。您可以通过使用低电容探头、在PCB上使用短连接线,并且避免在信号走线下大面积铺地来尽可能规避这些问题。
为了尽可能提高相应电路的精度,需要知道运算放大器的输入电容的大小。但是,数据手册中通常不提供这一信息,所以需要单独确定。这可能很困难,因为在许多情况下,输入电容都只有几pF。
ADI在表1列出了几个不同的运算放大器示例,及其各自的输入电容值。
表1.不同的运算放大器及其输入电容值
如何确定输入电容
图1显示了确定运算放大器输入电容的一种简单方法,即增加一个电阻,与运算放大器输入串联(RSERIES)。这会形成一阶低通滤波器,其频率响应可由网络分析仪进行记录。我们可以根据频率响应计算出输入电容。电阻RSERIES一般在10kΩ至100kΩ之间。
图1.在运算放大器输入端增加串联电阻之后,可以测量运算放大器的输入电容。
在记录频率响应时,必须确保测量精度不受PCB或测试设备的杂散电容和杂散电感影响。
为提高测量分辨率,应尽可能降低杂散电容。建议使用低电容(<1 pF) FET探头。
PCB对地电容应尽可能低,这可以通过确保信号走线和串联电阻下方没有接地层来实现。
此外,应使用尽可能短的线路和(电阻)引线,以规避额外的误差源,例如串联电感和寄生电感。
图2显示一种可能的测试配置,其中包含网络分析仪和功率分配器。
功率分配器负责分割信号。信号1:1原样馈送至网络分析仪的输入端,在通过插入的低通滤波器之后,到达运算放大器的输入端。然后,网络分析仪根据这两个信号之间的差值产生频率响应。
图2.用于确定运算放大器输入电容的测试设置。
要进行测量,需要确定杂散电容CSTRAY。首先,对没有安装运算放大器的电路板应用该信号进行测量。根据得到的波特图,使用公式1计算CSTRAY:
f1(–3dB)是使用网络分析仪,在不带运算放大器时测量得出的–3dB转角频率,RTH1与插入的串联电阻(RSERIES)、输入端接电阻(50Ω)和功率分配器(Thévenin同等产品)的50Ω源阻抗成函数关系:
然后,将运算放大器安装到PCB上。
由于PCB的杂散电容与运算放大器的输入电容并联,所以在公式1中加入CIN,如公式3所示:
其中,f2(–3dB)是使用网络分析仪,在带有运算放大器时测量得出的–3dB转角频率,RTH2与插入的串联电阻、输入端接电阻(50Ω)、功率分配器的输出电阻(50Ω),以及运算放大器(RCM)的共模输入阻抗成函数关系:
一般来说,对于具有CMOS输入的运算放大器,RSERIES << RCM。所以,RTH2 ≈ RTH1,公式3可以改写成公式5:
然后,可以使用公式1和公式5确定运算放大器的输入电容。
结论
运算放大器的输入电容是很难测量的。它通常只有几pF,并且测试设置中的寄生效应会扭曲测量结果。不过,ADI认为可以使用小型测试装置,以及由网络分析仪和功率分配器构成的适用测量设备轻松确定输入电容。首先,确定杂散电容(测试设置中的误差电容),然后,通过频率响应确定运算放大器电路的组合电容(误差电容和输入电容)。根据上述公式,就可以计算运算放大器的实际输入电容了。
在测量运算放大器输入电容时,应关注哪些方面?
答案:
在ADI看来,必须确保测量精度不受PCB或测试装置的杂散电容和电感影响。您可以通过使用低电容探头、在PCB上使用短连接线,并且避免在信号走线下大面积铺地来尽可能规避这些问题。
如今,运算放大器已被广泛用于各种电子电路中。它们用于小电压的放大,以进一步执行信号处理。烟雾探测器、光电二极管跨阻放大器、医疗器械,甚至工业控制系统等应用都需要尽可能低的运算放大器输入电容,因为这会影响噪声增益(Noise Gain),进而影响系统的稳定性,特别是具有高频率和高增益的系统。
为了尽可能提高相应电路的精度,需要知道运算放大器的输入电容的大小。但是,数据手册中通常不提供这一信息,所以需要单独确定。这可能很困难,因为在许多情况下,输入电容都只有几pF。
ADI在表1列出了几个不同的运算放大器示例,及其各自的输入电容值。
表1.不同的运算放大器及其输入电容值
运算放大器 | 运算放大器类型 | 输入电容 |
LT1792 | JFET输入运算放大器 | 14pF |
LT1813 | 低噪声运算放大器 | 2pF |
AD826 | 高速双通道运算放大器 | 1.5pF |
ADA4097-1 | 低输入偏置电流/精密运算放大器 | 3pF |
AD8009 | 电流反馈运算放大器 | 2.6pF |
如何确定输入电容
图1显示了确定运算放大器输入电容的一种简单方法,即增加一个电阻,与运算放大器输入串联(RSERIES)。这会形成一阶低通滤波器,其频率响应可由网络分析仪进行记录。我们可以根据频率响应计算出输入电容。电阻RSERIES一般在10kΩ至100kΩ之间。
图1.在运算放大器输入端增加串联电阻之后,可以测量运算放大器的输入电容。
在记录频率响应时,必须确保测量精度不受PCB或测试设备的杂散电容和杂散电感影响。
为提高测量分辨率,应尽可能降低杂散电容。建议使用低电容(<1 pF) FET探头。
PCB对地电容应尽可能低,这可以通过确保信号走线和串联电阻下方没有接地层来实现。
此外,应使用尽可能短的线路和(电阻)引线,以规避额外的误差源,例如串联电感和寄生电感。
图2显示一种可能的测试配置,其中包含网络分析仪和功率分配器。
功率分配器负责分割信号。信号1:1原样馈送至网络分析仪的输入端,在通过插入的低通滤波器之后,到达运算放大器的输入端。然后,网络分析仪根据这两个信号之间的差值产生频率响应。
图2.用于确定运算放大器输入电容的测试设置。
要进行测量,需要确定杂散电容CSTRAY。首先,对没有安装运算放大器的电路板应用该信号进行测量。根据得到的波特图,使用公式1计算CSTRAY:
f1(–3dB)是使用网络分析仪,在不带运算放大器时测量得出的–3dB转角频率,RTH1与插入的串联电阻(RSERIES)、输入端接电阻(50Ω)和功率分配器(Thévenin同等产品)的50Ω源阻抗成函数关系:
然后,将运算放大器安装到PCB上。
由于PCB的杂散电容与运算放大器的输入电容并联,所以在公式1中加入CIN,如公式3所示:
其中,f2(–3dB)是使用网络分析仪,在带有运算放大器时测量得出的–3dB转角频率,RTH2与插入的串联电阻、输入端接电阻(50Ω)、功率分配器的输出电阻(50Ω),以及运算放大器(RCM)的共模输入阻抗成函数关系:
一般来说,对于具有CMOS输入的运算放大器,RSERIES << RCM。所以,RTH2 ≈ RTH1,公式3可以改写成公式5:
然后,可以使用公式1和公式5确定运算放大器的输入电容。
结论
运算放大器的输入电容是很难测量的。它通常只有几pF,并且测试设置中的寄生效应会扭曲测量结果。不过,ADI认为可以使用小型测试装置,以及由网络分析仪和功率分配器构成的适用测量设备轻松确定输入电容。首先,确定杂散电容(测试设置中的误差电容),然后,通过频率响应确定运算放大器电路的组合电容(误差电容和输入电容)。根据上述公式,就可以计算运算放大器的实际输入电容了。
免责声明:本文若是转载新闻稿,转载此文目的是在于传递更多的信息,版权归原作者所有。文章所用文字、图片、视频等素材如涉及作品版权问题,请联系本网编辑予以删除。
我要投稿
近期活动
- 安森美汽车&能源基础设施白皮书下载活动时间:2024年04月01日 - 2024年10月31日[立即参与]
- 2023年安森美(onsemi)在线答题活动时间:2023年09月01日 - 2023年09月30日[查看回顾]
- 2023年安森美(onsemi)在线答题活动时间:2023年08月01日 - 2023年08月31日[查看回顾]
- 【在线答题活动】PI 智能家居热门产品,带您领略科技智慧家庭时间:2023年06月15日 - 2023年07月15日[查看回顾]
- 2023年安森美(onsemi)在线答题活动时间:2023年06月01日 - 2023年06月30日[查看回顾]
分类排行榜
- 汽车电子电源行业可靠性要求,你了解多少?
- 内置可编程模拟功能的新型 Renesas Synergy™ 低功耗 S1JA 微控制器
- Vishay 推出高集成度且符合 IrDA® 标准的红外收发器模块
- ROHM 发布全新车载升降压电源芯片组
- 艾迈斯半导体推出行业超薄的接近/颜色传感器模块,助力实现无边框智能手机设计
- 艾迈斯半导体与 Qualcomm Technologies 集中工程优势开发适用于手机 3D 应用的主动式立体视觉解决方案
- 维谛技术(Vertiv)同时亮相南北两大高端峰会,精彩亮点不容错过
- 缤特力推出全新商务系列耳机 助力解决开放式办公的噪音难题
- CISSOID 和泰科天润(GPT)达成战略合作协议,携手推动碳化硅功率器件的广泛应用
- 瑞萨电子推出 R-Car E3 SoC,为汽车大显示屏仪表盘带来高端3D 图形处理性能
编辑推荐
小型化和稳定性如何兼得?ROHM 推出超小型高输出线性 LED 驱动器 IC,为插座型 LED 驱动 IC 装上一颗强有力的 “心脏”
众所周知,LED的驱动IC担负着在输入电压不稳定的情况下,为LED提供恒定的电流,并控制恒定(可调)亮度的作用。无论是室内照明,还是车载应用,都肩负着极为重要的使命。
- 关于反激电源效率的一个疑问
时间:2022-07-12 浏览量:10178
- 面对热拔插阐述的瞬间大电流怎么解决
时间:2022-07-11 浏览量:8937
- PFC电路对N线进行电压采样的目的是什么
时间:2022-07-08 浏览量:9582
- RCD中的C对反激稳定性有何影响
时间:2022-07-07 浏览量:7195
- 36W单反激 传导7~10M 热机5分钟后超标 不知道哪里出了问题
时间:2022-07-07 浏览量:5969
- PFC电感计算
时间:2022-07-06 浏览量:4180
- 多相同步BUCK
时间:2010-10-03 浏览量:37866
- 大家来讨论 系列之二:开机浪涌电流究竟多大?
时间:2016-01-12 浏览量:43162
- 目前世界超NB的65W适配器
时间:2016-09-28 浏览量:60025
- 精讲双管正激电源
时间:2016-11-25 浏览量:128114
- 利用ANSYS Maxwell深入探究软磁体之----电感变压器
时间:2016-09-20 浏览量:107559
- 【文原创】认真的写了一篇基于SG3525的推挽,附有详细..
时间:2015-08-27 浏览量:100296