¿Necesito tampones antes de un comparador?

Tengo el siguiente circuito que genera ruido digital...circuito

El motivo de los 2 diodos tiene que ver con la uniformidad estocástica de la salida de ruido y realmente no quiero abordar este aspecto. El comparador es como un LM311 con un retraso de propagación <500 ns. Se han omitido algunos otros bits de apoyo para mayor claridad. El ruido que sale de los Zeners es de alrededor de 1Vp-p cuando se mide 10.000 veces.

Tengo la intención de tener 8 conjuntos de este circuito, por lo que estoy interesado en reducir el número de componentes y no tener una placa de circuito enorme. Tengo pan a bordo de esto, y parece funcionar. He medido la señal de ruido con un ancho de banda de hasta 8 MHz. En realidad, esperaría leer la señal de ruido alrededor de 2Mhz.

Mi pregunta es, ¿debo tener búfer (amplificador operacional) en las entradas del comparador dada la presencia de las resistencias de 200K? ¿Qué recomendaría la mejor práctica?

Si el comparador puede detectar las variaciones en el voltaje y la salida está dentro del rango de voltaje que espera, no veo la necesidad de tener un amplificador operacional o un búfer involucrado. He trabajado en generadores de ruido aleatorio similares que usaban amplificadores operacionales para amplificar el ruido a niveles utilizables, nada más. Si la salida es el nivel que desea, entonces no necesita nada más.
No veo por qué, si ya lo ha establecido, puede leer a 8 MHz y solo necesita 2 MHz.
@Neil_UK Lo estoy leyendo con un Arduino porque no tengo acceso a un osciloscopio con suficiente ancho de banda. Entonces solo puedo ver la señal indirectamente, y me preocupa que solo sean oscilaciones del comparador debido a la alta impedancia de la fuente. ¿200K no es un poco alto para un comparador?
Me sorprendería si este circuito funcionará de manera confiable a través de las variaciones de los componentes, habrá un sesgo en la salida. La tolerancia de los diodos zener podría causar fácilmente que el comparador se atasque en un estado u otro, ¿qué pasa si un diodo es de 24 V y el otro de 24,1 V? Normalmente, este tipo de circuito utiliza acoplamiento de CA con un solo diodo.
@KevinWhite Puede hacer coincidir manualmente los diodos con <0.1V, y esa variación se ve inundada por el ruido de 1V de todos modos. La razón por la que lo hago de esta manera es exactamente porque este no es el enfoque típico...
@Paul Uszak: ...y hay que tener cuidado de que estén siempre a la misma temperatura.

Respuestas (3)

El ruido típico de un zener de 24 V con una corriente óptima (mucho más alto de lo que lo está haciendo funcionar) es inferior a 200 mV RMS (tal vez 1 o 1,5 voltios pp).

Un zener de 24 V puede tener una tolerancia del 5 %, lo que significa que sus dos zeners pueden no coincidir en +/-2,4 V, lo que significa que no hay señal en absoluto.

Podría considerar reemplazar uno de los zeners con un filtro de paso bajo RC conectado al zener restante para que se asiente cerca del voltaje promedio.

Si depende de que esto sea realmente aleatorio, querrá asegurarse de que el PSD sea bastante plano.

¿Pero necesito amortiguadores como pedí?
Los búferes de ganancia de unidad no serán de mucha ayuda (o daño). Un LM311 tiene corrientes de polarización de entrada de menos de 150 nA y esas corrientes solo restarán un poco de su corriente zener. Si el búfer tuviera una corriente de polarización diferente, se comportaría de manera diferente, pero es poco probable que sea medible. La respuesta de frecuencia del búfer podría reducir la frecuencia del ruido, dependiendo nuevamente del búfer, pero no aumentará la frecuencia con ganancia = 1.
Solo revisando esto. ¿Tengo suficientes rutas de retorno de polarización de CC considerando la ubicación de los 2 diodos y sin conexión a tierra?

El motivo de los 2 diodos tiene que ver con la uniformidad estatocástica de la salida de ruido y realmente no quiero abordar este aspecto.

Bueno, pero tienen un gran impacto en la discusión, por lo que deben discutirse. La respuesta simple es que necesita un circuito de "búfer" (en realidad, un cambiador de nivel) en una de las entradas. Como se ha mencionado, para obtener resultados ideales, los dos zener deben estar perfectamente emparejados. Supongo que ha hecho esa combinación para su circuito de prueba, o simplemente tuvo suerte al usar dos zeners que provienen de la misma oblea. Hacer coincidir 8 pares requerirá mucho más trabajo, sin mencionar un cierto nivel de desperdicio debido a descartar los que no puede hacer coincidir. Además, por supuesto, no hay garantía de que los dos registren la temperatura.

Más importante aún, parece querer muy buenas estadísticas de ruido, lo que parece llamar uniformidad estocástica. Supongo que desea una distribución uniforme (números iguales de 1 y 0). Debe tener en cuenta que cualquier diferencia en los niveles medios de zener degradará esto, y agitar las manos e invocar la coincidencia de 0,1 voltios no hará nada para cambiar el asunto. Por supuesto, siempre puede compensar tomando sus muestras en pares y buscando diferencias de bits, pero en ese caso, ¿por qué preocuparse por la uniformidad?

También le sugiero que vuelva a consultar la hoja de datos y mire las figuras 3 y 4 en la página 7. Los tiempos de respuesta para un 311 suelen ser inferiores a 200 nseg.

¿Por qué solo sugiere 1 búfer en lugar de 2? Ambas entradas al comparador tienen que lidiar con la misma impedancia de fuente.
@PaulUszak - Me has perdido. ¿Por qué es importante la impedancia de la fuente en este caso?
¿La operación del comparador no depende (al menos algo) de la impedancia de la fuente? Si no, entonces genial, lo eliminaré del circuito ya que el recuento de componentes era parte de la pregunta original ...
La corriente de compensación del LM311 es de 70 nA máx., lo que a través de 200k da una compensación máxima de 14 mV. Esto es mucho menos que su comparación hipotética. Pero aún está ignorando el efecto de los niveles no coincidentes en sus estadísticas de ruido. ¿O ha dejado de importarle?
Creo que este puede ser un ejemplo del problema XY inverso. Parece estar decidido a responder lo que cree que el OP debería haber preguntado, en lugar de lo que preguntó :-) Sin embargo, gracias por el nano amperaje. Eso es realmente útil.
@PaulUszak - ¿Qué parte de "La respuesta simple es que necesita un circuito de" búfer "(en realidad, un cambiador de nivel) en una de las entradas". no constituye una respuesta a la pregunta que hizo?
No debemos tener discusiones extensas aquí ya que el Centro de ayuda se enfadará con nosotros. Para eso está el CHAT...

Compruebe la capacidad de entrada de Miller de los pines de su comparador, alrededor de la entrada diferencial de 0V. Algunos comparadores tienen entradas en cascada (AM685) al igual que algunos amplificadores operacionales (UA715). El par diferencial LM111 NPN no tiene cascodes, por lo que hay mucho Cmiller, pero ese CMiller es impulsado por seguidores de emisores PNP con pequeñas corrientes de arranque. El Cmiller puede ser suficiente para causar una "vacilación", un alto en el giro y una interrupción de la necesaria independencia de las muestras.

¿Necesito tampones antes de un comparador?
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