Перейти к содержанию
    

LT-Spice и трансимпедансный усилитель

Здравствуйте

Начну с вопроса откуда на графике напряжение 34В, если питание операционника 5В?

1294361934_.thumb.png.2ee845fc021d7ef27633dafcdd088edd.png

Предыстория для оценки масштаба катастрофы... Потребовалось FPGA-разработчику подключить фотодиод к АЦП.

Нашел данный ресурс: https://tools.analog.com/en/photodiode/ (во вложении файл с исходными параметрами).

Выбрал схему с одним каскадом, самый малошумящий усилитель, сгенерировал модель и обнаружил питание +-18В (на странице тулзы не нашел где задать напряжение), заменил его на 5В и землю, полоса стала значительно меньше требуемой 1МГц, уменьшил сопротивление ОС, расширил полосу, но пока все было по умолчанию в дБ, было терпимо, но когда вывел в вольтах, возник вопрос. Откуда столько?

Могу пристегнуть и сгенерированную в тулзе исходную модель, но по файлу json ее можно получить за минуту.

PD_driver_ADA4625_1.json PD_ADA4625_ACAnalysis.asc

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Модель ОУ - только приблизительная. Внутренние источники могут чего угодно выдать.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

На графике результат AC анализа. На схеме источником AC сигнала является источник тока со значением AC сигнала 1 Ампер. AC анализ малосигнальный, т.е. поведение всех элементов схемы линеаризуется вблизи рабочей точки и сигналы во всех узлах считаются исходя из коэффициентов передачи. 34 Вольта на выходе в этой схеме и в этом анализе означает что коэффициент передачи (преобразования) этого трансимпедансного усилителя равен 34 Вольта / 1 Ампер =  34 В/А. Ну и в дБ этот параметр этот параметр переводить некорректно.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Ну и полоса тут 1 МГц при +-18В, а с однополярным питанием +5В, 0В уже всего 10кГц по 3 дБ. Как с этим быть? Считать вручную "дедовскими" методами?

Дальнейшая задача состоит в том, чтобы пристегнуть к этому усилителю фильтр Баттерворта 6-го порядка, из 3-х каскадов с преобразованием сигнала в дифференциальный, который уже и подать на АЦП. И все это хочется просимулировать? Нерешаемая задача? Просто последующие каскады также имеют питание +5В, 0В. Ну, еще Uref появится, а на входе эти вот самые 34В. Может есть способы симуляции подобны схем? Или недаром эти каскады в тулзе отдельно считаются?

Для представления сути, кратко обрисую задачу. Сигнал фотодиода необходимо оцифровать АЦП на частоте 5 МГц. Важна форма сигнала, поэтому фильтр Баттерворта. Найквист 2.5МГц. Подавление по 3 дБ необходимо минимум 60дБ, отсюда получился фильтр 6-го порядка. Как считать все это вручную, даже не представляю. Вот и решил воспользоваться достижениями цивилизации в виде LT-Spice.

Кто как решает подобные задачи? Ведь подобная задача стоит почти в каждом измерительном приборе, следовательно, должен выработаться некий общий подход к ее решению. Поделитесь пожалуйста опытом.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Возьмите для проверки другой ОУ.

.tran

Задайте входной сигнал меньше раз в 10.

Считайте каскады по частям.

13 минут назад, Vadim_nsk сказал:

Сигнал фотодиода необходимо оцифровать АЦП на частоте 5 МГц. Важна форма сигнала

Полоса сигнала какая?

LTspice пишется без дефиса. Начните с малого.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

14 минут назад, Vadim_nsk сказал:

И все это хочется просимулировать?

LTspice плохо справляется с частотным анализом нелинейных схем. ПМСМ проще использовать обычный временнОй анализ.

Что Вы там собрались фильтровать в оптическом диапазоне выше 5 МГц? Основная помеха будет электромагнитная от импульсных источников питания.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

1 час назад, Vadim_nsk сказал:

с однополярным питанием +5В, 0В уже всего 10кГц по 3 дБ. Как с этим быть?

Сперва почитать букварь про ОУ вообще, затем паспорт конкретно этого.

 

1 час назад, Vadim_nsk сказал:

Кто как решает подобные задачи?

 

bad-503.thumb.gif.2000db6322f96fce3601f1a5d96d2b3b.gif

 

PD_ADA4625_AC1.asc

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

1 hour ago, wim said:

Что Вы там собрались фильтровать в оптическом диапазоне выше 5 МГц? Основная помеха будет электромагнитная от импульсных источников питания.

Гармоники этих самых импульсных источников питания на приемной стороне и шумы источников передающей стороны. Обычно источники работают на частоте 1-2МГц, если не ошибаюсь, а это как раз в полосе сигнала 1 МГц, но их можно принудительно задрать выше полосы сигнала в ущерб КПД. Часть источников подконтрольны мне (мне их разрабатывать), другие нет, но я могу выставить для ни требования.

1 hour ago, ViKo said:

Полоса сигнала какая?

На данном этапе разработки, параметры сигнала точно не известны, но известно, что важна форма сигнала и его спектр лежит в полосе 1 МГц.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

1 час назад, Vadim_nsk сказал:

важна форма сигнала и его спектр лежит в полосе 1 МГц

В эту полосу попадают помехи от источников питания осветительных приборов, компьютеров и пр. И ещё там будет фликкер-шум. Поэтому во всяких прецизионных датчиках спектр частот смещают в диапазон частот десятков кГц - единиц МГц, т.е. работают там, где фликкер-шум минимален, а дробовой шум ещё себя не проявляет.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

15 часов назад, Vadim_nsk сказал:

На данном этапе разработки, параметры сигнала точно не известны, но известно, что важна форма сигнала и его спектр лежит в полосе 1 МГц.

По своему опыту - широковата полоса пропускания для такого включения фотодиода. Может лучше рассмотреть вариант вентильного включения?

Входных данных мало - тип фотоприемника (как минимум его емкость), какой коэффициент преобразование (В/А) вам нужен, сигнал модулированный, полоса пропускания от 0 Гц?

Изменено пользователем _стас_
ошибки орфографии

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

16 часов назад, Vadim_nsk сказал:

фильтр 6-го порядка. Как считать все это вручную, даже не представляю

Вообще-то, калькуляторов тоже навалом, например — там особенно весёлый этап "Tolerances/Magnitude", сразу отрезвляет от всех фантазий.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

On 5/5/2021 at 1:19 PM, _стас_ said:

Может лучше рассмотреть вариант вентильного включения?

К сожалению, я не знаю что это

On 5/5/2021 at 1:19 PM, _стас_ said:

Входных данных мало - тип фотоприемника (как минимум его емкость), какой коэффициент преобразование (В/А) вам нужен, сигнал модулированный, полоса пропускания от 0 Гц?

Его ёмкость указана в модели (файл "PD_driver_ADA4625_1.json"): 1.1пФ. Сигнал модулированный, полоса точно от 0 Гц. Возможно, до 1 МГц не дотянет, но по ТЗ полоса именно такая.

On 5/5/2021 at 1:45 PM, Plain said:

Вообще-то, калькуляторов тоже навалом, например — там особенно весёлый этап "Tolerances/Magnitude", сразу отрезвляет от всех фантазий.

Именно этим калькулятором я и пользуюсь. json-файл именно для него.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

On 5/5/2021 at 1:45 PM, Plain said:

Вообще-то, калькуляторов тоже навалом, например — там особенно весёлый этап "Tolerances/Magnitude", сразу отрезвляет от всех фантазий.

Сейчас я вашим файлом пользуюсь, за что вам огромное спасибо. Только вот застрял в очередной раз, в попытке подключить модель микросхемы (ada4941.cir). Не получается прицепить сам файл ada4941.lib

ADA4941.asy ada4941.cir ada4941.lib PD_ADA4625_AC3.asc

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Присоединяйтесь к обсуждению

Вы можете написать сейчас и зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.

Гость
К сожалению, ваш контент содержит запрещённые слова. Пожалуйста, отредактируйте контент, чтобы удалить выделенные ниже слова.
Ответить в этой теме...

×   Вставлено с форматированием.   Вставить как обычный текст

  Разрешено использовать не более 75 эмодзи.

×   Ваша ссылка была автоматически встроена.   Отображать как обычную ссылку

×   Ваш предыдущий контент был восстановлен.   Очистить редактор

×   Вы не можете вставлять изображения напрямую. Загружайте или вставляйте изображения по ссылке.

×
×
  • Создать...