El amplificador de transimpedancia oscila

ACTUALIZAR:

Quité el interruptor y los cables blindados e improvisé la placa como se muestra en la imagen de abajo. El amplificador de transimpedancia es estable. Apliqué cuatro señales de 10kHz, 1kHz, 1Hz y 100mHz de 200mVpp y funciona sin oscilaciones.

tablero_improvisado

Entonces, el culpable es el interruptor. Creo que, de alguna manera, el interruptor suma la capacitancia en la ruta de retroalimentación y, por eso, el amplificador de transimpedancia estaba oscilando. ahora la pregunta es ¿cómo puedo minimizar su efecto en el amplificador de transimpedancia?

No tengo experiencia en diseño de hardware.

Estoy desarrollando un sistema para hacer espectroscopía de impedancia donde genero y aplico ondas sinusoidales en el rango de 100mHz a 40kHz de 100mVpp-200mVpp a una celda electroquímica, luego leo la corriente a través de un convertidor de I a V y luego calculo la impedancia .

Tengo un problema con el convertidor de I a V. Cuando se aplica cualquier señal excepto DC, oscila alrededor de 2.6MHz.

El circuito conceptual se da a continuación. Estoy usando el amplificador de transimpedancia ADA4530 ( hoja de datos ). Estoy configurando el condensador de ganancia y compensación a través del interruptor SPST octal CMOS analógico ADG714 ( Hoja de datos ) para leer la corriente en el rango de unos pocos microamperios a unos pocos miliamperios.

esquema conceptual

Las resistencias de retroalimentación son las siguientes: 100, 1k, 10k, 100k y 1M ohmios y los capacitores son los siguientes: 2.4pF, 24pF y 2.4nF. Tenga en cuenta que la resistencia de ENCENDIDO del interruptor es de alrededor de 2 ohmios y tiene capacitancia de encendido y apagado de fuente y drenaje de la siguiente manera:

ADG714_Cap

El amplificador de transimpedancia ADA4530 tiene una capacitancia de entrada de 8pF y GBP es de 2MHz con un margen de fase de 62 grados.

Para la prueba, generé una onda cuadrada de 500 Hz de 800 mV y la apliqué a un extremo de la resistencia de 100 k (carga) y el otro extremo de la resistencia está conectado al terminal negativo del amplificador de transimpedancia que actúa como tierra virtual.

Señal de entrada

He medido la señal en la entrada y salida del amplificador de transimpedancia.

Se ingresa la señal naranja y se emite la amarilla (ambas señales no están desfasadas entre sí, perdí el retraso en el osciloscopio).

El amplificador de transimpedancia oscila así independientemente de cualquier señal de entrada excepto CC. He seleccionado diferentes resistencias de retroalimentación a través del interruptor pero el problema persiste. Cuando medí esta señal, tenía una resistencia de retroalimentación de 100k y un capacitor de compensación de 2.4pF.

Entrada_Salida_TI

He reproducido este problema en LTspice, pero el condensador de retroalimentación parece poco realista. Tenga en cuenta que durante la prueba también seleccioné la resistencia de retroalimentación sin ningún condensador de retroalimentación y el problema aún persiste. Por lo tanto, creo que es un problema con el diseño. De alguna manera, la capacitancia de entrada, salida y la capacitancia en la ruta de retroalimentación parecen valores en LTspice y parecen poco realistas.

LTSpice_ckt

LTSpice_Wave

La siguiente imagen es del diseño del convertidor I a V y el interruptor analógico. Tengo protección en la capa SUPERIOR y en la tercera capa y ambas protecciones están conectadas a través de 'cercas'. La capa inferior es suelo sólido. He medido el voltaje de protección que era de 230 mVpp de alrededor de 2,7 MHz.

disposición

La configuración se ve así

ingrese la descripción de la imagen aquí

Por favor, ayúdame. Por favor, hágamelo saber si necesita más información.

¿Oscila con el cable de entrada quitado (el conector SMB)?
El límite de 400pF en la salida del opamp también parece sospechoso. A muchos opamps no les gusta conducir una carga capacitiva. Normalmente se usaría una pequeña resistencia para aislarlo.
Los amplificadores de retroalimentación actuales no deben tener una retroalimentación capacitiva; de lo contrario, será (lo más probable) inestable.
Todavía oscila sin el cable. Estaba intentando con diferentes valores de condensadores reproducir el problema en la simulación y terminé con estos valores. 400p no es la carga real porque la salida del amplificador de transimpedancia va a otra etapa del amplificador. básicamente, 400pf podría deberse a una capacitancia parásita que parece ser muy alta.
¿Podría explicar por qué no debería haber capacitancia de retroalimentación? según la hoja de datos y la teoría del convertidor de corriente a voltaje, necesito compensar la capacitancia de entrada, por lo tanto, agregué un condensador de retroalimentación.
Necesita el condensador de retroalimentación, pero debería ser mucho más pequeño. 24pF es un lugar razonable para comenzar con 100kOhm, particularmente dada la capacitancia adicional del interruptor. ¿Ha intentado poner solo la resistencia/condensador de retroalimentación sin el interruptor digital?
Esos prospectos largos no son ideales por cierto. Por lo general, coloca el TIA lo más cerca posible de la fuente actual, idealmente en el mismo tablero. Con suerte, planea usar cables muy cortos en la práctica.
No, no lo he probado sin el interruptor, pero si apago el interruptor, todavía tiene capacitancia apagada. He puesto espacio para el condensador de retroalimentación y la resistencia que eluden el interruptor, colocaré los componentes allí y los probaré. Tengo miedo de desoldar el interruptor porque estropearía la protección, ya que la protección no tiene una máscara de soldadura. Además, he configurado 100K con 2.4pF como ya mencioné en la publicación.
No vi ningún condensador de desacoplamiento del riel de alimentación en su esquema.
Lo tengo en el diseño real, capacitor de desacoplamiento de 100nF para VCC y VSS

Respuestas (1)

Sugerí quitar el interruptor porque tenía una cantidad moderada de fuga y capacitancia en cada entrada, y estaba poniendo todas las entradas en paralelo, multiplicando esos términos. Lo siguiente que intentaría sería conectar solo una entrada en el interruptor (desoldar los otros pines de entrada/salida) y ver si el interruptor puede funcionar en el circuito cuando las otras entradas/salidas están flotando. Si es posible, probablemente deba buscar un interruptor IC con mejores parásitos o usar menos configuraciones de ganancia.

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