So erzielen Sie einen hochohmigen Eingang am OPAMP, ohne die Bandbreite zu beeinträchtigen

Ich habe versucht, einen (in LTSPICE) Puffer für den ADC 08200 zu simulieren, der eine Eingangsimpedanz von 1 Megabyte haben würde und mit Standard-Oszilloskopsonden verwendet werden soll. Ich habe jedoch Probleme mit der Bandbreitenbegrenzung. Bisher habe ich OPA354 und LMH6702 ausprobiert und beide leiden unter dieser Gefahr.

Was ist der richtige Weg, um einen hochohmigen ADC-Puffer herzustellen?

Bisher bin ich als Schaltung mit dem besten Ergebnis dazu gekommen (was die Bandbreite betrifft, aber sie hat eine sehr hohe Dämpfung). Ich simuliere eine 1:10 Sonde mit 9Meg Widerstand.

//Bearbeiten:

Ich habe die Schaltung neu gestaltet, aber ich habe ein seltsames Problem mit der Simulation und ich denke, dass die Schaltung funktionieren sollte, aber ich bekomme eine sehr kleine negative Spannung von OPAMP, obwohl ich dachte, dass sie nur von der positiven Schiene geliefert wird.

Das ist jetzt mein Schaltplan:

Die blaue Kurve wird von OPA355 ausgegeben und die grüne Kurve ist eine nicht invertierende Eingabe.

R11 und R12 werden zur Offset-Einstellung verwendet. C5 ist ein Wechselstromkopplungskondensator (falls verwendet).

// Edit3: Das Modell von OPA355 wurde jetzt behoben, aber ich habe ein anderes Problem. Bei einer bestimmten Frequenz scheint es eine parasitäre Kapazitätsladung zu geben, aber ich habe keine Ahnung, wo. Dieselbe Spur gilt für nicht invertierende Eingänge, Ausgänge und Eingang invertieren ...

Ein Ansatz zur Pufferung mit hoher Eingangsimpedanz mit einem Operationsverstärker besteht darin, einen nicht invertierenden Einheitsverstärkungspuffer unter Verwendung eines Operationsverstärkers mit sehr hoher Eingangsimpedanz wie dem Intersil CA3140 (1,5 Tera Ohm) oder dem Texas Instruments OPA2107 ( 10 Tera Ohm), die beide ein Verstärkungsbandbreitenprodukt von 4,5 MHz haben.

_{(Aus Wikipedia )}

In einer nicht invertierenden Einheitsverstärkungspufferkonfiguration ist die Eingangsimpedanz des Puffers die Eingangsimpedanz des Operationsverstärkers selbst, und das Widerstandsrauschen wird minimiert / keine.

Ein weiterer Faktor ist jedoch die Eingangskapazität dieser Operationsverstärker, 4 pF im Fall dieser beiden beispielhaften Operationsverstärker. Diese Kapazität selbst würde das eingehende Signal laden, wenn die Signalfrequenz sehr hoch ist.

Da die Frage nicht die gewünschte Bandbreite angibt, kann die Eignung und Kapazitätsauswirkung der vorgeschlagenen Operationsverstärker nicht überprüft werden. Die Verwendung eines Gewürzmodells für eines dieser Modelle in der Simulation kann dabei hilfreich sein.

Basierend auf nachfolgenden Kommentaren würden die Texas Instruments OPA355 oder OPA356 für eine gewünschte Bandbreite von 100 MHz mit einem GBW von 200 MHz und einer Eingangsimpedanz von 10 TeraOhm bei einer Kapazität von nur 1,5 pF funktionieren.

Das Problem bei Ihrer Simulation ist möglicherweise nicht die Bandbreite Ihres Eingangsverstärkers. Es ist das Modell Ihrer 10: 1-Oszilloskopsonde.

Sie modellieren es als 9-Megaohm-Widerstand. Einspeisung einer (nominell) 1-Megaohm-Eingangsstufe.

Eine typische Oszilloskop-Eingangsstufe ist tatsächlich 1 Megaohm parallel zu 20pf (Kapazität variiert je nach Oszilloskopmodell), daher muss die Sonde dies berücksichtigen.

Dies geschieht mit einer kleinen Kapazität parallel zum 9-Megaohm-Widerstand. Um mit einer Eingangskapazität von 20pf fertig zu werden, sollte die parallele Kapazität 1/9 dieses Wertes oder etwa 2,22pf betragen. Eine solche Kapazität ist schwer zu erzeugen; Daher wird ein variabler Kondensator verwendet, und Sie haben wahrscheinlich das Ritual durchlaufen, vor der Verwendung eine neue (oder geliehene!) Zielfernrohrsonde zu kalibrieren.

Die angezeigte Wellenform sieht aus wie eine sehr schlecht kalibrierte Oszilloskopsonde. Sie müssen also dasselbe mit Ihrem SPICE-Modell tun, bevor Sie sich über den Operationsverstärker Gedanken machen. Versuchen Sie 2pf über den 9-Megaohm-Widerstand und stellen Sie den Wert für die maximale Ebenheit einer Rechteckwelle ein. (Oder berechnen Sie den zu verwendenden Wert aus den Details des Opamp-Modells). Wenn das Ergebnis immer noch nicht gut genug ist, versuchen Sie es mit Anindos Vorschlägen.

BEARBEITEN: Es ist schwierig, Ihren Schaltplan zu lesen: Wenn der 1000k-Widerstand wirklich in Reihe mit dem Opamp-Eingang geschaltet ist und der Kondensator C3 wirklich kurzgeschlossen ist, müssen zuerst andere Probleme behoben werden.

Brian hat Recht mit der Sonde und der Notwendigkeit einer parallelen Kappe. In Kombination mit der hohen Eingangsimpedanz macht die winzige Eingangskapazität des Operationsverstärkers bei hohen Frequenzen einen großen Unterschied. Der 2pF bildet zusammen mit dem Eingangswiderstand ein Tiefpassfilter. Ich kann anhand Ihres Schaltplans nicht sehen, was genau Sie modellieren, aber ich werde sowohl die Sonden- als auch die Scope-Eingabe selbst diskutieren.
Wenn Sie eine Sonde genauer modellieren möchten, benötigen Sie etwas wie das unten gezeigte aus dem verknüpften PDF mit 9 MΩ und paralleler Trimmkappe auf der Sondenseite, dann Übertragungsleitung und Kompensation auf der Eingangsseite. Sie können dies dann zu der unten gezeigten Schaltung hinzufügen, um eine vollständige Simulation von Sonde und Eingang + Puffer zu erhalten.

Nachdem ich selbst ein paar DSOs mit relativ hoher Geschwindigkeit (bis zu 500 Msps) entworfen / gebaut habe, kann ich sagen, dass das Front-End genauso viele Probleme aufwerfen kann wie das FPGA-Design, -Layout usw. Hier fallen viele dieser Low-End-Handheld-Bereiche herunter (siehe zum Beispiel Dave Jones Review des QDSO )

Angenommen, Sie haben eine Sonde von guter Qualität mit einer Kompensationsschaltung am BNC-Ende (Sondendesign ist eine Kunst für sich, die T-Linie ist absichtlich verlustbehaftet - siehe The Secret World of Oscilloscope Probes für eine hervorragende Lesbarkeit), dann benötigt der Front-End-Teiler um die Eingangskapazität der Operationsverstärkerpuffer zu berücksichtigen.
Hier ist eine "typische" Beispielschaltung für den Bereichseingang, die durch 2 und 20 geteilt wird und den Unterschied zwischen Kompensation / keine Kompensation mit nur 2 pF Eingangskapazität veranschaulicht.

Schaltung (C2 und C5 sind normalerweise Trimmerkappen, die zur Kalibrierungszeit eingestellt werden)

AC Sweep Simulation bis 100MHz

Gleiche Simulation - Kondensatoren entfernt. Die Bandbreite beträgt weniger als 1 MHz!

Hallo Leute, ich habe es geschafft, so etwas zu bekommen. Es ist ein kompletter Vorverstärker mit Simulation der Sonde als verlustbehaftete Übertragungsleitung.

Mit einem solchen Frequenzgang (gemessen bei R8) hat er einen Grenzwert von -3 dB nur irgendwo bei 100 MHz.

Was für 200MSPS ADC eigentlich ganz ordentlich ist, werde ich gleich verwenden.

Denkst du, dass es mit diesem OPAMP besser gehen könnte? Ich bin nur neugierig, ich denke, das wird reichen.