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

Encontré un artículo que trata sobre el uso de resistencias en las líneas de energía de los amplificadores operacionales (arriba de la página 47). Dicen que, en casos problemáticos, puede agregar inductores a las líneas de alimentación junto con los condensadores de desacoplamiento. O para una solución más barata, puede usar una resistencia en serie en el rango de 10 Ω a 100 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 pueden agregar resistencias si es necesario, pero agregarlas por hábito es probablemente más dañino que útil.

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

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

No haría esto a menos que tuviera alguna medida o simulación que demostrara 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 inductores técnicamente, pero su Q es tan baja que a alta frecuencia se ven como resistencias (típicamente 10 o 100 s de ohmios). Todavía tienen una baja resistencia de CC, por lo que no tienen mucha caída de voltaje de la corriente de alimentación de CC.

Ninguno de estos debe ser necesario para las operaciones de frecuencia de audio típicas que simplemente no pueden generar el tipo de transitorios rápidos que se supone deben ayudar. He utilizado este enfoque en opamps que operan a unos pocos cientos de MHz, y en amplificadores de microondas. Incluso entonces, no lo medí realmente haciendo una mejora, era solo de naturaleza defensiva. A diferencia de las resistencias, es muy poco probable que los chips de ferrita dañen algo.

El último. Usted está introduciendo innecesariamente impedancia adicional en sus rieles de suministro.

  

... al colocar una resistencia en serie, no solo hago el camino a la baja impedancia de GND ...

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 se incrementa la impedancia de suministro global.

También, considere su "filtro de paso bajo": $$ \ frac {1} {2 \ pi \ cdot 1 \ Omega \ cdot 100 \ text {nF}} \ simeq 1.59 \ text {MHz} $$

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

Por lo tanto, debes 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 mejorando la regulación y seleccionando amplificadores operacionales con un PSRR más alto. Además, mejor diseño de PCB.

Para contrarrestar la interacción entre 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 el filtrado RC en los rieles de suministro es en los amplificadores a válvulas, que aíslan las etapas de suministro para evitar la retroalimentación a través de los rieles, y también suavizan los 60Hz de los rieles.     

Recomiendo las resistencias. De hecho, fuerzan el aislamiento, en TODAS las frecuencias, entre las diversas operaciones. Por lo tanto, una operación final, que impulsa el ADC con las sobretensiones de muestra / retención, que necesitan proporcionar 1Million de sobretensiones de corriente por segundo, no contamina descaradamente todo el VDD analógico. Y el OpAmp inicial, con un PSRR pobre en la región de 1MegaHertz, no tiene una razón para ---- dado el PSRR de 0dB ---- simplemente copie la ondulación del VDD en la parte superior de la señal y luego amplifique.

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

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

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

Utilicé las resistencias (10 Ohms y 10uF) en cada VDD opamp (3 por canal), de una cámara IR de 4 canales. En primer lugar, logramos un rendimiento limitado de KT-ruido en el nivel de 12 bits. Aun cuando el sistema utilizaba reguladores de conmutación (ubicación remota), no había notas de beat en las imágenes. Habiendo visto notas cromáticas a -60dBc en sistemas NTSC, para no ver notas beat en un sistema de 12 bits (15 bits con rango automático), también conocido como 90dB, se valida la línea RESISTOR_IN_VDD.

La amortiguación automática es una ventaja.

Esto se puede ver desde varios ángulos diferentes.

• PSRR y ruido de alimentación

El 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 de HF, el filtrado puede ayudar. Sin embargo, si el ruido proviene de un DC-DC, un solo filtro puede ser suficiente para todas las pantallas.

• Ruido autogenerado

Diga que su opamp genera suficiente corriente en la carga para que su etapa de salida ingrese a la clase AB. Ahora, extrae corriente rectificada de media onda de sus pines de alimentación. Si esto está permitido para acoplarse 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 de HF, entonces su corriente de suministro tendrá una gran cantidad de HF también.

Esto puede acoplarse a través de los rieles de suministro (molestar a otros bloques de acción), o por medio de interferencias si el suministro rastrea el par de corriente armónica en las líneas de señal.

Al agregar una tapa local y una resistencia o un cordón de ferrita, se asegura de que las corrientes no lineales y de alta frecuencia dibujadas por el opamp permanezcan dentro de un circuito local cerrado y no contaminen el suministro.

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

• Asentamiento

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

Agregue un opamp que procesa señales rápidas con bordes pronunciados. Le gustaría que se asiente rápidamente una vez que haya terminado de girar, pero eso no funcionará, porque simplemente sacó un pico de corriente del suministro ... y tendrá que esperar a que las tapas de suministro dejen de sonar para que suene. su tiempo de establecimiento del 0,1% en la salida de su opamp.

En este caso, un poco de amortiguación resistiva hace maravillas.