Virtual ground dla opampow z single supply PS

Zadaj tu pytanie, jeśli nie wiesz w jaki sposób zrobić układ realizujący założone funkcje.
cyranodb
Raczkujący użytkownik 1
Raczkujący użytkownik 1
Posty: 8
Rejestracja: śr 24 lis 2010, 13:34
Lokalizacja: Polska

Virtual ground dla opampow z single supply PS

Postautor: cyranodb » śr 24 lis 2010, 14:17

Poszukuje porady / praktycznej dokumentacji dla ukladow opampow zasilanych z pojedynczego napiecia (single supply V+ 20V).

Interesuje mnie wymiania standartowego dzielnika napieciowego (R||R) do wytworzenia 1/2V+ zasilajacego. Nie mowie tutaj o storzeniu split PS dla calosci ale o wygeneroewaniu Vref albo tzw virtual ground dla odniesienia sygnalu do 'sztucznego srodka' w polwowie napiecia zasilania (10V) wiec pobor pradu obojetne sink/source jest na poziomie Ib a nie obciazenia.

Normalne wartosci rezystancji w dzielnikach sa wysokie (100k-200k) dla obnizenia poboru pradu i powoduja bledy napieciowe dla opamow z wiekszymi pradach biasu Ib. Rozumiem ze dla minimalizacji tych bledow musialbym zastosowac resystancje na poziomie 50k w petlach (Rf Rg) co daje wysoki szum no i dla szerokopasmowych wzm. dodatkowo komplikuje pasmo/faze.

Uklady sa w konf. odwracalnej, wiec napiecie Vref jest podawane na (+) wejscie. Uklad jest do audio wiec jakosc jest b. wazna. Praktycznie moge zejsc do wartosci 33k rezystorow w dzielniku ale to i tak duzo ze wzgledu na rezystancje w petli zwrotnej na poziomie 2k. Moze inne rozwiazanie jest lepsze bo sprawdzane a wiec i zalecane.

Mozna to zrobic ze standartowych opamps ale moze lepsze wyniki daje IC specyjalnie do tego zrobiony cos jak linear voltage regulator.

Nie mam doswiadczenia co do realnych wynikow wiec moze ktos moglby sie podzielic uwagami praktycznymi po wlasnych testach.

Wielkie dzieki

Andrzej

Andy
Administrator
Administrator
Posty: 165
Rejestracja: pn 25 lis 2002, 13:18
Lokalizacja: Wrocław

Postautor: Andy » śr 24 lis 2010, 20:37

Jeśli chcesz wytworzyć punkt odniesienia o niższej impedancji wyjściowej niż zwykły dzielnik rezystorowy to chyba nie ma nic prostszego niż opamp, który na wejściu (+) ma dzielnik rezystorowy o dużej impedancji, w konfiguracji wtórnika (-) do wyjścia. Jeśli chcesz minimalizować pobór prądu to zastosuj wzmacniacz o wejściu CMOS lub JFET (Ib rządu pikoamperów), wtedy dzielnik może mieć rezystancje megaomowe. Dobrze będzie jak dolny rezystor dzielnika odsprzęgniesz kondensatorem powiedzmy 10nF blisko wyprowadzenia, wtedy będziesz łapał dużo mniej zakłóceń. Co do szumów to nie ma się w ogóle co martwić.

cyranodb
Raczkujący użytkownik 1
Raczkujący użytkownik 1
Posty: 8
Rejestracja: śr 24 lis 2010, 13:34
Lokalizacja: Polska

Postautor: cyranodb » czw 25 lis 2010, 16:01

Andy,

Wlasnie tak kombinowalem, voltage follower (wtornik) na wejsciu nieodwracalnym dzielnik np. 100k/100k do tego bocznikujacy kondensator 100uf jako filtr dolnoprzepustowy. Dobry unity gain stable opamp i jestem w domu. Chyba nawet nie trzeba dodawac pojemnosci do masy na jego wyjsciu wiekszej ni 100nf zeby wiekszosc opampow pociagnela load pojemnosciowy. Bedzie mial wielka impedancje wejscia i pare omow na wyjsciu wiec nie bedzie zadnego sprzezenia przez powrot zasilania.

Ale tez jest tu klopot ze napiecie bedzie 'following' napiecie zasilania wiec CMPS bedzie slabe. Dlatego pomyslalem o jakims dobrym regulatorze czy aby nie bedzie lepiej.

Jest jeszcze inny klopot, o ile to bedzie super dla opampow z bardzo malymy impedencjami w petlach, to juz dla np jfet opamow ktore lubia 10k-20k loading, wlasciwie zerowe impedancja do vref nie bedzie optymalnym rozwiazanie dla common mode znieksztalcen.

No i tu mam pytanie bo nie rozumiem, czy jesli dodam np. 5k szeregowo z wyjscia wtornika do wejscia opampa { jesli on bedzie w konfiguracji odwracalnej to do wejscia +} czy to nie zabija calego konceptu? Mialbym teoretycznie 100% kontrole nad impedancja na Vref, a i tylko jeden rezystor wiec zadnego bledu w zalaznosci czy Ib jest +/- a jednoczesnie malutkie obciazenie zasilacza.

Albo to glupota albo nie moge znalezc czegos takiego na internecie. Wpinam tech note ktora zajmuje sie tym calosciowo ale nie bierze mojej kombinacji pod uwage.

Dzieki Andy
Andrew
Załączniki
Learn=single_supply_opamp_design.pdf
chyba przeczytasz.
(112.04 KiB) Pobrany 326 razy

Andy
Administrator
Administrator
Posty: 165
Rejestracja: pn 25 lis 2002, 13:18
Lokalizacja: Wrocław

Postautor: Andy » czw 25 lis 2010, 18:37

Kilku rzeczy w Twoich rozważaniach nie rozumiem.

Nie bardzo wiem dlaczego myślisz o dołączaniu szeregowej impedancji z Vref. Nie przychodzi mi do głowy żadny potencjalny problem z takiej konfiguracji wynikający. Tak więc moim zdaniem Vref o niskiej impedancji, czyli albo żadnego rezystora szeregowego albo niewielki (kilka omów) wraz z małym kondensatorem (co stworzy nam filtr dolnoprzepustowy zmniejszający szumy na wyjściu naszego Vref), ale nie za dużym - 100n bez szeregowej rezystancji to zdecydowanie za dużo dla wielu wzmacniaczy operacyjnych (będą oscylować), dlatego należy tu być ostrożnym - będzie w zupełności wystarczający.

Napisałeś, że wzm. JFET lubią obciążenie 10k-20k - nie wiem na jakiej podstawie tak twierdzisz. Po drugie, chyba błędnie uważasz, że zerowa impedancja na Vref będzie źle wpływała na tłumienie sygnału wspólnego, a to dlatego, że ta impedancja nie ma nic wspólnego z CMR. Twój sygnał podejrzewam, że jest "single-ended" a nie różnicowy, więc sygnał wspólny nie będzie w żaden sposó tłumiony tak czy inaczej.

Poza tym pamiętaj, że w sytuacji zasilania symetrycznego (np. +/- 10V) wszystkie 3 zaciski takiego zasilacza mają bardzo niską impedancję wyjściową, więc dlaczego Vref miałoby mieć większą?

Dlaczego bierzesz pod uwagę Ibias dzielnika i błąd z tym związany? Przecież dokładność podziału napięcia nie ma żadnego znaczenia.

Jeszcze napisałeś o kondensatrze 100uF przy dzielniku 100k. Wydaje się to zdecydowanie za dużo. Po pierwsze czas ustalania Vref będzie bardzo długi (po włączeniu) a po drugie dużo więcej dobrego zrobi mały kondensator ceramiczny (najlepiej smd), który ma dużo mniejszą impedancję dla wyższych częstotliwości niż elektrolit (no chyba że myślisz o tantalu).

No i jeszcze jedno. Pamiętaj, że wzmacniacze operacyjne, które masz w torze audio, mają współczynnik PSRR (power supply rejection ratio) i wahania na liniach zasilających mogą mieć znikomy wpływ na sygnał wyjściowy (no chyba że robisz bardzo precyzyjne urządzenie pomiarowe).

cyranodb
Raczkujący użytkownik 1
Raczkujący użytkownik 1
Posty: 8
Rejestracja: śr 24 lis 2010, 13:34
Lokalizacja: Polska

Postautor: cyranodb » ndz 28 lis 2010, 18:56

Andy,

Wyczerpujaca odpowiedz, dzieki!

Mam problem ze zrozumiemiem jak mozna poprawic CMRR/PSRR przy tworzeniu Vref z niesymetrycznego zaslilania oraz poprawne zrownowazenie impedanci peli i zrodla dla minimalizacji CM bledow. Dla ukladow odwracalnych to oznacza wpiecie miedzy "mase lub Vg" a +IN rezystancji rownej Rf||Rg. Zwykly dzielnik ma restrykcje bo dowolnosc wartosci rezystorow jest ograniczona przez pobor pradu i posrednio przez wielkosc pojemnosci bocznikujacej dla malych np. 5k rezystorow dzielnika. Lepszy uklad, voltage follower uzyty do wygenerowania Vref prezentuje praktycznie zero impedancji na wyjsciu do "masy" wiec pozwala mi na dokladne 'matching' bledu napiec odkladanych przy przeplywie pradu Ib przez petle. Czyli np jesli opamp ma Rf/Rg 10k/5k powienienem miec ~5k rezystor miedzy +IN do zrodla Vref. czyli dzielnik bylby 10k||10k.

Tak jak to rozumiem i napisales zwykly dzielnik napiecia dzieli kazdy blad Vcc tylko na polowe czyli tracimy tutaj swietne PSRR wlasciwosci opampow rejecting bledy stabilnosci zasilania ktore tutaj wprost wprowadzamy w uklad poprzez wprowadzenie Vref. Opamp poradzi sobie ze "swoim" zrodlem zasilania" ale nie z Vref. Dodanie pojemnosci bocznikujacej przywraca czesciowo PSRR filtracje dla Vref od fc do MHz i tą zalecenia sugeruja zeby byla 1/10 dolnej czestotliwosci ktora chcemy przepuscic czyli praktycznie dla 10uF i 100k/100k fc=1/(2pi*1/2*100k*10u) ~1Hz.

Masz absolutnie racje ze Vref bedzie szla przez pare sekund do 1/2Vcc po wlaczeniu przy tak dobranych elementach. Doklejam praktyczne rozwiazania ktore w koncu znalazlem po twoich trafnych odpowiedziach.

Znalazlem tez w koncu note TI ktora to pokazuje potrzebe 'R3 matching Figure 3" w wielu ukladach Single Supply i tez dolaczam. Vcc/2 to nasze Vref ze wtornika opisanego na poczatku pdf-a.

Jest tam tez attenuator strona 7, proste rozwiazanie poprzez dzielnik napiecia na wejsciu a potem wzmocnienie >1 dla dobrej stabilnosci zamiast stosowanie opampa z gain <1>20V i mial na wyjsciu ~10V ale sprawdze wszystkie marki. Wiec cala sprawa moze skonczyc sie na wtorniku. JFet z ich wysoka impedancja raczej widzialem ze sporymi opornosciami wejsciowymi ale to temat ciut poboczny.

Jeszcze raz wielkie dzieki za naprowadzanie mnie na wlasciwe podejscie do problemu. Mam nadzieje ze zalaczniki sa ciekawe dla innych ktorzy tez jak ja mecza sie z single supply.

Andrzej
Załączniki
Learn=Vref_circuit_problem.pdf
(427.71 KiB) Pobrany 260 razy
TI - single supply collection.pdf
(163.12 KiB) Pobrany 253 razy

cyranodb
Raczkujący użytkownik 1
Raczkujący użytkownik 1
Posty: 8
Rejestracja: śr 24 lis 2010, 13:34
Lokalizacja: Polska

Postautor: cyranodb » ndz 28 lis 2010, 19:03

Zjadlo kawalek tekstu wiec wysylam czesc jeszcze raz.
______________

Jest tam tez attenuator strona 7, proste rozwiazanie poprzez dzielnik napiecia na wejsciu a potem wzmocnienie >1 dla dobrej stabilnosci zamiast stosowanie opampa z gain <1>20V i mial na wyjsciu ~10V ale sprawdze wszystkie marki. Wiec cala sprawa moze skonczyc sie na wtorniku. JFet z ich wysoka impedancja raczej widzialem ze sporymi opornosciami wejsciowymi ale to temat ciut poboczny.

Jeszcze raz wielkie dzieki za naprowadzanie mnie na wlasciwe podejscie do problemu. Mam nadzieje ze zalaczniki sa ciekawe dla innych ktorzy tez jak ja mecza sie z single supply.

cyranodb
Raczkujący użytkownik 1
Raczkujący użytkownik 1
Posty: 8
Rejestracja: śr 24 lis 2010, 13:34
Lokalizacja: Polska

Postautor: cyranodb » ndz 28 lis 2010, 19:10

ciekawe, znow zjadlo...

Moglbys troszke wiecej napisac o tej czesci (tak single-ended):

Po drugie, chyba błędnie uważasz, że zerowa impedancja na Vref będzie źle wpływała na tłumienie sygnału wspólnego, a to dlatego, że ta impedancja nie ma nic wspólnego z CMR. Twój sygnał podejrzewam, że jest "single-ended" a nie różnicowy, więc sygnał wspólny nie będzie w żaden sposó tłumiony tak czy inaczej.

___________

Jest tam tez attenuator strona 7, proste rozwiazanie poprzez dzielnik napiecia na wejsciu a potem wzmocnienie >1 dla dobrej stabilnosci zamiast stosowanie opampa z gain <1>20V i mial na wyjsciu ~10V ale sprawdze wszystkie marki. Wiec cala sprawa moze skonczyc sie na wtorniku. JFet z ich wysoka impedancja raczej widzialem ze sporymi opornosciami wejsciowymi ale to temat ciut poboczny.

cyranodb
Raczkujący użytkownik 1
Raczkujący użytkownik 1
Posty: 8
Rejestracja: śr 24 lis 2010, 13:34
Lokalizacja: Polska

Postautor: cyranodb » ndz 28 lis 2010, 19:13

hmmm mysle ze gdy mamy znaki mniejszosci i mniejszosci tekst sie wyrwany... wiec proba jescze jedna

+++++++++++++

Jest tam tez attenuator strona 7, proste rozwiazanie poprzez dzielnik napiecia na wejsciu a potem wzmocnienie wieksze od 1 dla dobrej stabilnosci zamiast stosowanie opampa z gain mniejszym niz 1 o ktory tez chcialbym zapytac o twoja opinie.

Mam uklad w ktorym no bardzo bym chcial wsadzic AD797 ale on nie bardzo mi chodzi ze wzmocnieniem ponizej 1 a mnie potrzebne jest miedzy 1-0.5 - tak musi byc bo tutaj ustawia sie kalibracje calosci. Jest to praktycznie odwracalny uklad z trimpotem w petli wiec dokladnie musialbym tylko spiac rezystorem -IN przed trimpotem z Vref i zrobione.

Tylko nie bardzo umiem liczyc szumy wiec zapytam, czy biorac pod uwage ze sygnaly sa na poziomie 1V a AD797 z rezystorami w peli na poziomie 1k-2k czy wstepne przepolowienie sygnalu tak w polowie zeby potem wzmocnic 2x spowoduje drastyczny spadek odstepu sygnalu od szumu? Uklad jest 100% stabilny od gain=-3 wiec w najgorszym razie musialbym wytracic na wejsciu az 2/3 sygnalu wejscia zeby potem wzmocnic 3x. Ile to moze kosztowc +/- w szumie? Rezystory moge miec nawet Vishay TX wiec tak malo szumu jak sie da, wartosci rezystorow 1k-2k zalecane nie wieksze dla takiego ukladu jak AD797 czy nawet LT1028.

To co mnie meczy to to czy zwykly cap z wtornikiem wystarczy czy o wiele lepszym jest liniowy DC-DC ragulator z pelnym PSRR. Jest to zwiazane z proba wsadzenia tego AD797 z attenuacja i dlatego szum jest tak wazny. Chcialbym zeby po calej manianie nie bylo gorzej.

Inna sprawa ze po wstepnym szukaniu nie bardzo widze takiego Dc-DC regulatora ktory moze byc sterowany z 20V i mial na wyjsciu ~10V ale sprawdze wszystkie marki. Wiec cala sprawa moze skonczyc sie na wtorniku. JFet z ich wysoka impedancja raczej widzialem ze sporymi opornosciami wejsciowymi ale to temat ciut poboczny.

Andy
Administrator
Administrator
Posty: 165
Rejestracja: pn 25 lis 2002, 13:18
Lokalizacja: Wrocław

Postautor: Andy » ndz 28 lis 2010, 23:49

Tak naprawdę to nie wiem jaki układ chcesz zbudować i co chcesz osiągnąć, dlatego tak trudno mi coś konkretnego doradzić.
Rozumiem z twojego opisu, że budujesz układ audio, z bardzo dobrymi wzmacniaczami operacyjnymi (jak AD797) i bardzo ci zależy na jak najniższych szumach. Oczywiście nie odkryję Ameryki jak napiszę, że nie jest to trywialne.

Gdybym sam budował taki układ to nie oszczędzał bym na zasilaczu. Dobry, liniowy symetryczny i niskoszumny zasilacz to pierwszy krok do osiągnięcia dobrych rezultatów. Na pewno nie próbowałbym zrobić tego na pojedynczym zasilaniu, z generowaniem sztucznego zera i odsprzęganiem sygnału kondensatorami - jakoś nie bardzo mi to pasuje do high-endu, a kondensatory musiałyby być bardzo dobrej jakości (no i jeszcze robią za filtr górnoprzepustowy - też nie za bardzo pożądane).

Co się tyczy CMRR wzm. operacyjnego: sygnał wspólny w konfiguracji odwracającej nie zmienia się; jeśli mamy (+) na masie to na (-) też mamy potencjał 0V i wraz ze zmianą sygnału wejściowego napięcie wspólne (dla przypomnienia: liczone jako średnia napięć na obu wejściach wzmacniacza) jest stałe. Zatem praktycznie CMRR wzmacniacza nie będzie miało znaczenia. Co innego w konfiguracji nieodwracającej.

Pisząc o "single-ended" miałem bardziej na myśli zakłócenia typu "common-mode" i niezdolność takich układów do ich tłumienia - dlatego w studyjnym audio stosuje się konfiguracje zbalansowane. Zakłócenia, które są indukowane w kablu mikrofonowym znoszą się wzajemnie, gdyż mają taką samą amplitudę i polaryzację i poprawnie zbalansowany wzmacniacz różnicowy tego zakłócenia nie będzie wzmacniał.
W układach typu "single-ended" nie można tego zrobić.

Jeśli chodzi o tłumienie sygnału, a następnie wzmocnienie, to oczywiście stracisz na odstępie sygnał-szum. Po pierwsze - dochodzi szum rezystorów dzielnika. Po drugie, większe wzmocnienie przez wzm. operacyjny to również większe wzmocnienie jego szumów wejściowych. Ale czy znacząco obniży to SNR trudno powiedzieć tak od razu. Trzeba to przeliczyć. Może być tak, że będzie to nie do wychwycenia.
A tak przy okazji: układ AD797 może pracować ze wzmocnieniem -1 (przynajmniej tak jest w dokumentacji).

cyranodb
Raczkujący użytkownik 1
Raczkujący użytkownik 1
Posty: 8
Rejestracja: śr 24 lis 2010, 13:34
Lokalizacja: Polska

Postautor: cyranodb » ndz 05 gru 2010, 17:03

Andy,

Jeszcze raz dzieki za dzielenie sie uwagami opartymi na doswiadczeniu. Winny jestem troche detali odnosnie tego co chce wlasciwie zrobic. To jest stary sprzet Studer, wejscie jest symetryczne z transformatorem w tzw zero field konfiguracji co oznacza praktycznie pradowe sterowanie. 3 opampy, pierwszy z TR wzmacnia reszta to tylko dopasowuje impedancje i robi za maly sumator. Dokleje schemat do Tina spice model zeby to bylo latwiej zobaczyc jesli mozesz to otworzyc. W sumie to jest pare kart ktore sa wlanczane w roznej kolejnosci. I oczywiscie ma to nie symetryczne zasilanie +21V. Karty maja swoje lokalne odsprzeganie i filtrowanie szumu, zasilacz glowny jest jeden i wspilny na regulatorze 317.

Wymyslilem w czasie modyfikacji i sluchania stopnia wejsciowego (pierwsza karta) ze o ile sygnalowe opampy ze swoja swietna PSRR/CMRR wlasciwie nie dbaja czy to jest symetryczne czy nie zasilanie to jednak Vref zrobione na rezystorach jest jak sikanie do basenu z czysta woda.
Vref to jest w koncu nasze "0" wiec jakiekolwiek fluktuacje przenosza sie jako szum/znieklszalcenia. Dodatkowo dodam, opornosci w prostym i tam stosowanych dzielikach napiecia na poziomie 100k-200k tez nie sa maloszumne i nie maja praktycznie zadnej PS rejection bo to rezystory a nie aktywny regulator.
Wiec opampy pieknie przenosza problemy zasilania wprowadzone poprzez Vref mimo ze same potrafia sobie wyfiltrowac fluktuacje zasilania od sygnalu jaki wzmacniaja. No i jeszcze tak wysokie rezystancje dzielnika wpiete na nieodracalnym wejsciu tez nie bardzo sie rownowaza z rezysyorami w petlach zwrotnych.
Doklejam tech note z firmy Maxim o tych problemach i jak to obejsc, przyzwoicie dokladne. Myslenie moje jest takie, jesli zrobie Vref super stabilne, zero impedancji i malo szumne to mam top performance mimo ze opampy chodza na single supply. Symetryczne zasilanie jest zbyt trudne do zrobienia tutaj.

Wiec jest tu pare spraw ale zasadniczo to poszukuje jakiegos eleganckiego ale malego DC-DC regulatora/opampa (21V-do-10.5V) najlepiej gotowca do wpiecia o swietnej opini.

Znalazlem na stronie Pink fish media zasilacz ktory by sie nadawalale on jest zrobiony jako zasilacz do oscylatora na czesci regularora tzn. wzmacniaczu bledu i AD797.
ALE nie jestem pewien czy to jest najlepsze do zwyklego rozwiazania wzmacniacza.

Tutaj mam ogolne rozwiazanie:
http://www.acoustica.org.uk/t/naim/35clockreg.html

A tutaj cala dyskuje o design co i dlaczego tak. Jest tam pare ciekawych odpowiedzi odnosnie obrony rozwiazania od tego miejsca:
http://www.pinkfishmedia.net/forum/show ... 14&page=12
Ale jesli english nie jest problemem to moze moglbys skomentowac i czytnac calosc, nie jest to takie dlugasne, wiekszosc to bzdety ale pare uwag ma sens.

Znow dzieki
Andrzej
Załączniki
MAXIM - Single_supply_how_to.pdf
(184.26 KiB) Pobrany 249 razy

cyranodb
Raczkujący użytkownik 1
Raczkujący użytkownik 1
Posty: 8
Rejestracja: śr 24 lis 2010, 13:34
Lokalizacja: Polska

Dodatkowe interesujace art. odnosnie rozwiazan Vref

Postautor: cyranodb » wt 14 gru 2010, 13:53

Doklejam jeszcze pare sztuk ciekawych do poczytania uwag.

Andrzej
Załączniki
AD - Vref - sbva007.pdf
(37.96 KiB) Pobrany 244 razy
AD - Single supply - sboa059.pdf
(77.63 KiB) Pobrany 235 razy


Wróć do „Podzespoły i układy”

Kto jest online

Użytkownicy przeglądający to forum: Obecnie na forum nie ma żadnego zarejestrowanego użytkownika. i 3 gości

cron