[求助] 有源差分高通滤波器通带内增益一直下降,怎么办? 求助!!

daifancer_eeeee   2017-9-6 18:13 楼主
论坛里的小伙伴们,本人最近遇到了一个搞不定的问题,想让大家出出主意!
是这样的,我用ADI公司的差分运放ADA4940-2搭了一个二阶MFB结构的有源差分高通滤波器,该滤波器设计指标是10倍的增益,100kHz的截止频率,结构图如下:
测试时,发现只有在100kHz—300kHz的范围内通带增益与理论相符,过了300kHz后通带增益一直在下降。。。
另外我又用一阶高通滤波器的结构搭了一个电路,这个滤波器电路就没有这个问题,一直到两点几兆赫兹增益都平稳与设计相符,因而也就排除了运放增益带宽积不同的原因。

现在的问题是,滤波器的工作频率也不高,为啥采用二阶MFB高通滤波器结构的电路会出现通带内增益下降的问题呢?  我之前没有遇到过类似的情况,请坛子里的高手们帮帮忙分析分析,给点意见啊
  • 滤波器结构图

回复评论 (15)

从楼主给出的原理图上似乎没有毛病,所有计算都是对的,运放带宽也足够。
是不是元件的问题?注意电容元件。许多电容在高频条件下容量会改变,原因是其中的 ESL 和 ESR 作怪。
不管怎样,希望楼主在问题得到解决后发个帖告知原因。
点赞  2017-9-6 19:28
仔细想了一下,还不一定是电容的问题。
这个电路在高频端的增益是如果是电容的问题C1/C4,如果增益下降,那么应该是C1下降(C4增加几乎是不可能的),如果两个电容都采用相同材料的话,它们的比值不太可能有明显的差异。
楼主可以实际测一下C1(其实还应该包括C2)的电容量是否在300kHz以后有明显下降。
点赞  2017-9-7 07:00
想到这个增益下降的一种可能:运放的开环输出电阻与反馈电容构成一个低通。
理想运放的输出为0,实际运放有输出电阻,实际运放可以视为一个理想运放+输出电阻,滤波器的理论输出位于理想运放的输出点。
查ADA4940的数据手册,没有输出电阻的参数。通常这个电阻在几十到几百欧姆。以100欧计算,楼主电路的低通转折频率大约是1MHz,所以在300kHz左右开始下降至少在数量级上是吻合的。
为了验证这个可能,楼主可以将电路做一个变化:将所有电容换小一个数量级同时将电阻增大一个数量级,如果此时增益的下降频率上升了,此分析就得到验证。
点赞  2017-9-7 07:36
引用: gmchen 发表于 2017-9-7 07:36
想到这个增益下降的一种可能:运放的开环输出电阻与反馈电容构成一个低通。
理想运放的输出为0,实际运放 ...

谢谢您的解答,非常有启发,测试时整个滤波器的就像是一个高通+低通的感觉,可能接近真相了,我过会儿去试一下,有反馈跟您说!   
点赞  2017-9-7 08:57
引用: daifancer_eeeee 发表于 2017-9-7 08:57
谢谢您的解答,非常有启发,测试时整个滤波器的就像是一个高通+低通的感觉,可能接近真相了,我过会儿去 ...

是否有结果?期待
点赞  2017-9-9 06:42
引用: gmchen 发表于 2017-9-9 06:42
是否有结果?期待

你好,前段时间忙了一大阵,一时顾不上反馈结果。   我把滤波器的电阻值提高,电容的容值下降了一个数量级,经测试对比,幅度开始下降的频率确实升高到了,到了大约700kHz,但是整体上的趋势还是没改变。最近正准备换一个运放试试,到时再看
点赞  2017-9-19 22:35
引用: daifancer_eeeee 发表于 2017-9-19 22:35
你好,前段时间忙了一大阵,一时顾不上反馈结果。   我把滤波器的电阻值提高,电容的容值下降了一个数量 ...

请教两个问题:
1、你输入信号的幅度是多少?
2、你说幅度开始下降的频率700kHz,幅度下降大约多少百分比?
点赞  2017-9-20 09:44
引用: gmchen 发表于 2017-9-20 09:44
请教两个问题:
1、你输入信号的幅度是多少?
2、你说幅度开始下降的频率700kHz,幅度下降大约多少百分 ...

输入信号幅度100mV,可能会让人想到大信号增益带宽积的问题,但是我们在一阶的滤波器上验证过这个问题,应该不是输入信号幅度的原因。    下降的百分比没有细看和记录,我已经更换了运放,ADA4940-2太贵,换成了THS4522,过两天新板回来再细测,到时跟你反馈。   
点赞  2017-9-21 10:58
引用: daifancer_eeeee 发表于 2017-9-21 10:58
输入信号幅度100mV,可能会让人想到大信号增益带宽积的问题,但是我们在一阶的滤波器上验证过这个问题, ...

询问输出电压是怀疑运放是否有输出饱和。
好的,等待你的反馈。
点赞  2017-9-21 16:09
因为对这个问题有兴趣,今天仿真了一下,基本上可以肯定与运放的输出电阻有关,详细的分析正在进行中
点赞  2017-9-22 09:52
经过详细的分析与仿真,已经证实:楼主的滤波器发生的现象,是运放有限的增益带宽积与非零的输出电阻两者共同作用下形成的。
点赞  2017-9-22 16:05
引用: gmchen 发表于 2017-9-22 16:05
经过详细的分析与仿真,已经证实:楼主的滤波器发生的现象,是运放有限的增益带宽积与非零的输出电阻两者共 ...

gmchen,你好,新板回来已经测试完毕,确实 ,如你所说与运放的输出电阻和增益带宽积有关。我将原来的反馈电阻值由9.k增大至300k,相应的电容变为470pF和47pF后,原来的随着频率升高增益下降的现象已经消失,高通滤波器可以稳定工作至三点几兆赫兹。  感谢你的答复对我的启发,不然要摸索更长的时间。谢谢!
点赞  2017-9-24 17:00
引用: gmchen 发表于 2017-9-22 16:05
经过详细的分析与仿真,已经证实:楼主的滤波器发生的现象,是运放有限的增益带宽积与非零的输出电阻两者共 ...

另外,如你以后可能设计多路差分滤波器时,THS452X系列是很好的选择。相比于ADI的ADA4940-2除了增益带宽积小点以外,该运放的稳定性和性价比都更好。
点赞  2017-9-24 17:02
引用: daifancer_eeeee 发表于 2017-9-24 17:00
gmchen,你好,新板回来已经测试完毕,确实 ,如你所说与运放的输出电阻和增益带宽积有关。我将原来的反 ...

我已经对这个电路进行了理论计算与电路仿真,结果证实了原来的猜想。你的实验进一步为此提供了佐证。
理论分析的结果表明:这个电路在高频段会产生一个二阶极点,其频率大致是运放输出电阻与外部电容构成的RC电路的截止频率与运放单位增益带宽GBP这两个频率的几何平均值。
点赞  2017-9-24 18:36
引用: daifancer_eeeee 发表于 2017-9-24 17:02
另外,如你以后可能设计多路差分滤波器时,THS452X系列是很好的选择。相比于ADI的ADA4940-2除了增益带宽 ...

好的,谢谢提供信息。
点赞  2017-9-24 18:37
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