运算放大电路使用DCDC供电后出现高频干扰

eejun

运算放大电路使用DCDC供电后出现高频干扰 [复制链接]

 

大家好，我用AD797做了一个40dB增益的放大电路，±5V供电，使用标准电源(实验室常用的两路输出可调电源)供电±5V时正常，没有干扰。由于使用时外部供电电源是24V，采用了一个24V转±5V的DCDC给电路供电时，放大电路输出一个接近1M的干扰，类似正弦，幅度有200mV峰峰值。不知道为什么，折腾好几天了。大家有过这种经验吗？求助

开始以为是DCDC模块的原因，后来DCDC模块换了COSEL和TRACOPOWER的，情况都差不多

gmchen

eejun 发表于 2016-12-18 00:14
见图，谢谢

呵呵，你这个印板设计有些问题。
首先是元件的排布不尽合理，DCDC过于靠近输出。如果这是要顾及外壳之类的位置就没法了，如果不是的话最好分开些。
第二是DCDC的电源储能与退耦电容。在这个印板上似乎在最左边靠近信号输入的地方找到两个钽电解电容C1与C2，但是在靠近DCDC的地方没有。应该在靠近DCDC输出的地方，正负电源各用一组电容（一个钽电容+一个或多个瓷片电容）接地，而且这个地要尽量靠近DCDC的“地”，这样能够让DCDC输出的纹波尽早回流到它自己的“地”。
第三个问题是整个电路的“地”被两根电源线分隔得支离破碎。信号输出后是要通过“地”流回去的，包括DCDC的输出，以及测量的信号等等，这些流回去的路径中，如果出现大家共同经过一段“地”的情况，那么在这段公共的地线上就会相互干扰（这是针对频率不很高的情况，频率很高还要考虑相互感应的作用）。现在测量点的地在最右侧，而放大器的地被两根电源线夹在中间，所以信号要流回放大器只能从印板边缘绕回去，这是一个极大的不合理。

maychang

有一种可能：你的放大器产生了寄生振荡。
这种寄生振荡，通常是运放电源退耦不好引起的。

qwqwqw2088

要分析接近1M的干扰来自哪里
DCDC给电路供电不会有这个干扰

yl20084784

这种DCDC模块出来的电一般都需要加滤波的。你可以看看这个DCDC的开关频率是不是1M的？如果刚好是，就在电源做文章，如果不是，多半就是自激振荡了，就要修改放大参数

gmchen

DC/DC电源大多有较大的纹波输出，而且这些纹波很难滤除。如果楼主对电源的滤波与退耦、以及接地等方面没有很仔细处理，很可能就会引入干扰。可以做一个实验来判断：将24V电源与DC/DC与放大器相互浮空，然后将两个5V电源用两对电源线（每对都用双绞线，双绞线两端各并联一组退耦电容）连到放大器的电源上，看看是否还有干扰。

eejun

gmchen 发表于 2016-12-8 10:04
DC/DC电源大多有较大的纹波输出，而且这些纹波很难滤除。如果楼主对电源的滤波与退耦、以及接地等方面没有 ...

首先谢谢大家的回复和帮助，十分感谢！
1、今天换了几种运放，OPA211, ADP4895-1，这个现象还是有。
很奇怪的是，用实验室的稳压电源（厂家是east的）直接给运放供电时，放大电路是工作正常没有干扰的。所以综合以上两点，是否可以判断运放是没有问题的？
2、gmchen，您说的24V电源与DCDC与运放浮空是怎么操作的？彼此间不连接吗？用双绞线给运放供的±5V电源是DCDC的输出的吗？
望您具体指导，谢谢了！

gmchen

eejun 发表于 2016-12-8 21:13
首先谢谢大家的回复和帮助，十分感谢！
1、今天换了几种运放，OPA211, ADP4895-1，这个现象还是有。
很 ...

浮空，就是24V电源只与DCDC连接，DCDC只通过它出来的两根电源线与运放连接，运放的电源与24V电源之间完全隔开，没有任何其他的连接线，包括地线。在大家都用市电供电的情况下，完全浮空是比较难做到的。由于放大器这里还要接测试仪器，所以最彻底的浮空是用一组蓄电池作为24v电源。

gmchen

其实我提出的办法是基于这个想法：根据你的描述，开关电源引入干扰的可能最大。将电源浮空并且用双绞线供电，则电源的干扰就成为一种共模干扰，只要运放有足够高的共模抑制比就可以不受影响。
另外，开关电源的纹波信号很顽强，一般的集中参数滤波器对它的效果不佳，所以我建议你用双绞线，它本身就是一个分布参数滤波器。这段双绞线最好不要太短，大致上有几十厘米到一米左右才有效。

eejun

gmchen 发表于 2016-12-8 21:40
其实我提出的办法是基于这个想法：根据你的描述，开关电源引入干扰的可能最大。将电源浮空并且用双绞线供电 ...

您好，感谢您的回复。
我现在的连接是24V电源是24+和24地（就是稳压电源的+和-两个端子）两根线与DCDC连接的，DCDC输出后是三根线，分别是+5V、-5V和地。这三根线连接运放供电。

您说的浮空是把这些线怎么调整的？谢谢了。

eejun

gmchen 发表于 2016-12-8 21:40
其实我提出的办法是基于这个想法：根据你的描述，开关电源引入干扰的可能最大。将电源浮空并且用双绞线供电 ...

是把DCDC的+5V和地，-5V和地各用用一对双绞线吗？

gmchen

eejun 发表于 2016-12-8 21:54
是把DCDC的+5V和地，-5V和地各用用一对双绞线吗？

对的。

gmchen

可以用网线里面的那种双绞线，但是网线绞的太稀，要绞得密一点，大概每英寸不少于10绞。可以用一个手枪钻夹住一端，另一端固定在墙上，稍稍转一下即成。

eejun

gmchen 发表于 2016-12-8 22:03
可以用网线里面的那种双绞线，但是网线绞的太稀，要绞得密一点，大概每英寸不少于10绞。可以用一个手枪钻夹 ...

好的，谢谢您。今天忙别的事情没有去试试。明天再去调试。
我手头有双绞屏蔽线，应该可以用。

qwqwqw2088

供参考：
如果如楼主所言，始终放大电路输出一个接近1M的干扰，还是感觉怀疑放大器寄生振荡
开关电源一般干扰其他的分为传导干扰和辐射干扰
用双绞线两端各并联一组退耦电容解决，属于沿着传导干扰的问题解决，
现在要搞清楚楼主的DCDC的干扰源是什么，是开关电源的尖峰干扰还是谐波干扰?

yl20084784

实际上只要功耗要求不太高，开关电源出来串联 三 四 个一阶滤波器，妥妥的，比考虑布线什么的来的好。简单粗暴高效

gmchen

qwqwqw2088 发表于 2016-12-10 08:25
供参考：
如果如楼主所言，始终放大电路输出一个接近1M的干扰，还是感觉怀疑放大器寄生振荡
开关电源一般 ...

没错，双绞线等就是为了解决传导干扰。如果是辐射干扰，只能从加强屏蔽等方向着手了。

gmchen

因为楼主用线性稳压电源工作是正常的，换了开关电源后才出的问题，所以怀疑是开关电源的干扰。

eejun

gmchen 发表于 2016-12-10 10:53
因为楼主用线性稳压电源工作是正常的，换了开关电源后才出的问题，所以怀疑是开关电源的干扰。

用线性稳压源是正常的，现在看来是辐射干扰。我做了一个试验：示波器夹子线直接与信号源连接，信号源输出50mV信号，示波器显示信号正常，干扰很小。这个时候电路板放在旁边，只与电源输入连接，断开其它连接，上电后，示波器上显示的信号源信号有了明显的干扰！而只要电路板下电，DCDC不工作，干扰马上消失。

还有，直接测DCDC的输出，是没有大的串扰的。
大家看，这是否就能判断是辐射干扰，有什么好招吗？还有，我示波器用的是夹子线，是否也是夹子线容易受到空间辐射干扰而带入的测量干扰，实际上电路并没有这么大的干扰？

eejun

qwqwqw2088 发表于 2016-12-10 08:25
供参考：
如果如楼主所言，始终放大电路输出一个接近1M的干扰，还是感觉怀疑放大器寄生振荡
开关电源一般 ...

用线性稳压电源，电路工作是很正常的，所以我判断是电源干扰。谢谢你

gmchen

eejun 发表于 2016-12-14 22:39
用线性稳压源是正常的，现在看来是辐射干扰。我做了一个试验：示波器夹子线直接与信号源连接，信号源输出 ...

你的放大器放大100倍，输出端看到的干扰有200mV，折算到放大器输入端有2mV，如果有这么大的干扰的话，基本上可以确定是传导性干扰，辐射很难达到这个数量级的。传导干扰最常见的情况就是接地的问题，如果开关电源的地线与放大器的地线有共同的回路，则干扰不可避免。所以我在前面的回帖中建议你将电源浮空，只用一对双绞线加端电容接到放大器。
但是也不排除是你的测量有问题，测量时同样也要注意示波器（或其它测量仪器）的地线接在哪里的问题，如果在测量放大器的输出时误将示波器的地线接到电源的地线，那么肯定会观察到很大的纹波，准确的做法是将示波器的地线接在放大器（运放）的地线上。
如果怀疑是辐射干扰，有一个简单的判断方法：将示波器的地线与探头钩子连接，构成一个小小的环，然后用这个环靠近干扰源，观察环中感应出来的电压大小即可。