Опасайся чопперов!

Я уже несколько раз на страницах бложика писал, что применять ОУ с чоппер архитектурой чревато повышением уровня шумов, сегодня мы попробуем на примерах рассмотреть эти негативные эффекты и способы борьбы с ними.

Рассмотрим кейс:

На борт Микрон-ГЛИН v.1 после ремонта переехало два вида разных чопперов, а конкретно Analog Devices ADA4522-4, Texas Instruments OPA189.  Связанно это не только с праздным интересом опробовать эти два усилка, но и с тем что на просторах Рашки попросту отсутствуют подходящие под мои задачи ОУ OPA4140, которые ранее я доставал контробандой спец-заказом из за бугра.

Я-бы мог обойтись только одними ADA4522, но тут вылезает первый “большой проблем” многих высоковольтных чопперов, а именно защита входов:

Под безобидной надписью “EMI FILTER AND CLAMP” скрывается настоящий ночной кошмар инженера-схемотехника, а именно вот такой циркут:

Все-бы ничего, но диоды D5 и D6 стягивают возможную разницу напряжений между инвертирующим и не инвертирующем входами, до напряжения их PN-перехода, по этому вот такая простая схема:

При применении там чоппера и резком изменении потенциала OUT вызовет замыкание выхода ОУ на выход ЦАП через инвертирующий вход ОУ и встроенные диоды D5 и D6. В результате образуется хоть и кратковременный, но все-же не желательный бросок тока. По этому, в качестве выходных ОУ я поставил ради интереса OPA189 с их технологией MUX-Friendly, призванной убрать этот всплеск тока при изменении режима.

Теперь перейдем к шумам focus

Поскольку схемотехника первого ГЛИНа не оптимизирована под чопперы, я заранее подозревал что они будут вполне прилично гадить. Чтобы убедится в этом расчихлил свой анало-лизатор Rigol DSA815-TG. Но хоть и не работает с низкими частотами, но вот сотня-килогерцовый диапазон уже вполне может осилить. Замер показал настоящий чопперный частокол в диапазоне 10kHz-1MHz.

Мне сегодня приехала мелкая платка ФНЧ для ГЛИНа первой версии с частотой среза 2.8Hz, сначала я спаял ее на том-же OPA189… ну чтобы не нарушать традицию.  laugh Частокол значительно поредел.

Пришлось включить пре-амплифаер на анало-лизаторе, чтобы получше рассмотреть ситуацию, стало видно, что пики от ADA4522 ушли, но остались пики OPA189. И они стали меньше… и вообщем-то на этом можно было-бы остановится, поскольку амплитуда шума не большая, но я-ж не ищу легких путей… К тому-же новый ГЛИН второй версии я чисто принципиально хочу построить на чопперах, а значит эту хоть и не большую, но все-же проблему надо учится решать.

Аппноты Linear Technology говорят, что “если вы совсем ебанутый нутс и хотите избавится даже от таких небольших эффектов, применяйте пассивные фильтры”. Собственно идея здравая, и на коленке был собран простой фильтр с частотой среза 1.5кГц.

Так как я не собираюсь сильно нагружать первый ГЛИН, такой фильтр вполне применим. И хоть он и увеличит выходное сопротивление ГЛИНа, на целевых токах до единиц нано-ампер он не внесет какой-либо существенной ошибки.

На выход прибора был поставлен этот простой фильтр 1кОм+100нФ, результат не заставил себя ждать.

Все артефакты работы чопперов исчезли, да и в целом шумовая полка понизилась. Остались только пики помехи которая пролазит от множества импульсных БП в моей лаборатории.

Поскольку в выходном каскаде нового ГЛИНа уже есть резисторы призванные погасить всплеск напряжения на входе, к ним была добавлена фильтрующая емкость 500 нФ для создания пассивного фильтра со срезом 1.5 кГц. И еще поставил 1 мкФ для замыкания шума линии Sense на фильтрующую емкость.

Наличие этих емкостей позволит помимо шумов, еще и лучше пережить проблемы с инжекцией заряда на вход прибора при замыкании измерительной емкости.

А фильтр 766 Гц был убран в виду его не полной эффективности.

Резюме: чопперы прикольные ОУ, но с ними надо держать ухо-востро!

 

Добавить комментарий