¿Filtros de paso bajo RC para pines de entrada de amplificador operacional?

Encontré un artículo que discutía el uso de resistencias en las líneas eléctricas de los amplificadores operacionales (parte superior de la página 47). Dicen que en casos problemáticos, puede agregar inductores a las líneas eléctricas junto con los condensadores de desacoplamiento. O para una solución más económica, puede usar una resistencia en serie en el rango de 10 Ω a 100 Ω para formar un filtro de paso bajo. El inconveniente es que reducirá el rango de voltaje de riel a riel (ya que hay una caída de voltaje en las resistencias).

Mi interpretación es que se puede agregar resistencias si es necesario, pero agregarlas por hábito probablemente sea más dañino que útil.

Editar: el artículo es "La PCB es un componente del diseño del amplificador operacional", Bruce Carter, en Analog Applications Journal - Texas Instruments, agosto de 2000, p 42-47.

Recomiendo las resistencias. De hecho, fuerzan el aislamiento, en TODAS las frecuencias, entre los diversos amplificadores operacionales. Por lo tanto, un opamp final, que impulsa el ADC con las sobretensiones de muestra/retención, que necesita proporcionar 1 millón de sobretensiones de corriente por segundo, no contamina descaradamente todo el VDD analógico. Y el OpAmp inicial, con PSRR deficiente en la región de 1 MegaHertz, no tiene una razón para ---- dado 0dB PSRR ---- simplemente copie la ondulación VDD justo encima de la señal y luego amplifique.

El árbol VDD debe estar diseñado. Usar resistencias en las ramas del árbol, es el primer paso.

Además, 100 ohmios y 100 uF se convierten en una atenuación de 16 Hz, reduciendo la ondulación de 60 Hz en 12 dB y la ondulación de 120 Hz en 18 dB, además de lo que logró cualquier LDO.

¿Y qué vamos a usar, por debajo de 1MHz donde los Beads prometen empezar a ser útiles? Las resistencias funcionan en todas las frecuencias.

Usé las resistencias (10 ohmios y 10 uF) en cada opamp (3 por canal) VDD, de una cámara IR de 4 canales. En la primera pasada, logramos un rendimiento limitado por ruido KT en el nivel de 12 bits. A pesar de que el sistema usaba reguladores de conmutación (ubicación remota), no había beatnotes en las imágenes. Habiendo visto beatnotes de croma a -60dBc en sistemas NTSC, no ver beatnotes en un sistema de 12 bits (15 bits con rango automático), también conocido como 90dB, valida la línea RESISTOR_IN_VDD.

La amortiguación automática es una ventaja.

He visto que se usa este enfoque, pero nunca lo usé yo mismo. El caso que parece tener sentido es cuando tiene cables de alimentación largos cuya inductancia puede formar un resonador LC con sus tapas de derivación. Esta es una resonancia LC paralela, por lo que en resonancia la impedancia es muy alta. Agregar un poco de amortiguación reducirá la Q y, por lo tanto, reducirá la impedancia de suministro vista por el amplificador en la frecuencia de resonancia, por lo que sí, agregar una resistencia puede reducir la impedancia, al menos en cierta frecuencia. También aumenta la impedancia a baja frecuencia, pero si se hace correctamente, no lo suficiente como para ser un problema, y ​​los amplificadores operacionales tienen un PSRR realmente bueno a baja frecuencia.

No haría esto a menos que tuviera alguna medida o simulación que mostrara que era necesario y útil para un circuito determinado.

Lo que es más común, y lo que he hecho, es usar chips de ferrita en lugar de las resistencias. Estos son técnicamente inductores, pero su Q es tan bajo que a alta frecuencia solo parecen resistencias (típicamente 10 o 100 ohmios). Todavía tienen una baja resistencia de CC, por lo que no tienen mucha caída de voltaje de la corriente de suministro de CC.

Ninguno de estos debería ser necesario para los amplificadores operacionales de frecuencia de audio típicos que simplemente no pueden generar el tipo de transitorios rápidos con los que se supone que esto ayuda. He utilizado este enfoque en amplificadores operacionales que funcionan a unos pocos cientos de MHz y en amplificadores de microondas. Incluso entonces, en realidad no medí que hiciera una mejora, solo era de naturaleza defensiva. A diferencia de las resistencias, es muy poco probable que los chips de ferrita dañen algo.

Este último. Está introduciendo innecesariamente una impedancia adicional en sus rieles de suministro.

...colocando una resistencia en serie no solo hago el camino a GND de baja impedancia...

Bueno, el camino a tierra no mejora, simplemente no se ve afectado, mientras que la impedancia entre el suministro y la carga aumenta. El efecto neto es que la impedancia de suministro general aumenta.

Además, considere su "filtro de paso bajo":

Si le preocupa el ruido de más de 1 MHz en sus rieles de suministro, debe resolver el problema reparando su suministro, no agregando "filtros" en sus cargas.

Por lo tanto, debe mantener los condensadores allí, los condensadores de desacoplamiento son buenos, pero las resistencias no tienen sentido.

¿Realmente tiene una situación en la que tiene ruido de alta frecuencia acoplado a través de los rieles de suministro? En general, la solución es limpiar los rieles de suministro mediante una regulación mejorada y seleccionar amplificadores operacionales con un PSRR más alto. Además, mejor diseño de PCB.

Para contrarrestar la interacción entre los amplificadores operacionales dentro del circuito, un buen desacoplamiento y diseño deberían ser suficientes, pero para aplicaciones de alto rendimiento, puede usar reguladores separados para cada sección del circuito.

La única situación en la que he visto filtrado RC en los rieles de suministro es en los amplificadores de válvulas, que aíslan las etapas de suministro para evitar la retroalimentación a través de los rieles y también suavizan los 60 Hz de los rieles.

Esto se puede ver desde varios ángulos diferentes.

• PSRR y ruido de suministro

PSRR de opamps disminuye a altas frecuencias. El efecto suele ser de primer orden. Un paso bajo RC de primer orden en los suministros lo compensará. Si su suministro tiene ruido HF, el filtrado puede ayudar. Sin embargo, si el ruido proviene de un DC-DC, un solo filtro puede ser suficiente para todos los amplificadores operacionales.

• Ruido autogenerado

Digamos que su opamp conduce suficiente corriente a la carga para que su etapa de salida entre en clase AB. Ahora, extrae corriente rectificada de media onda de sus pines de alimentación. Si se permite que esto se acople a la señal, la distorsión armónica aumentará y usted no quiere eso.

Si su opamp es de alta velocidad y maneja una carga con señal HF, entonces su corriente de suministro también tendrá mucha HF.

Esto puede acoplarse a través de los rieles de suministro (perturbando otros amplificadores operacionales) o mediante diafonía si los rastros de suministro que transportan corriente armónica se acoplan a las líneas de señal.

Agregar un límite local y una resistencia o perla de ferrita asegura que las corrientes no lineales y de HF consumidas por el opamp permanezcan dentro de un circuito local ajustado y no contaminen el suministro.

Ambas tapas (V+ y V-) deben tener sus pines GND en el mismo lugar en el plano de tierra, para garantizar que la corriente que ingresa a GND no sea la corriente de clase AB rectificada de media onda no lineal, sino la corriente consumida por la carga .

• Asentamiento

Si no hay suficiente amortiguación en su red de desacoplamiento (por ejemplo, tiene muchas tapas de 100 nF conectadas por trazas ligeramente inductivas), entonces habrá resonancia.

Agregue un opamp que procese señales rápidas con bordes pronunciados. Le gustaría que se asentara rápidamente una vez que haya terminado de girar, pero eso no funcionará, porque simplemente extrajo un pico de corriente del suministro... y tendrá que esperar a que los límites del suministro dejen de sonar para obtener su 0.1% de tiempo de asentamiento en la salida de su opamp.

En este caso, un poco de amortiguación resistiva funciona de maravilla.