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

有源差分高通滤波器通带内增益一直下降，怎么办？ 求助！！ [复制链接]

 

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

gmchen

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。

gmchen

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。

gmchen

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。

daifancer_eeeee

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！   

gmchen

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

daifancer_eeeee

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

gmchen

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？

daifancer_eeeee

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。   

gmchen

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。

gmchen

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

gmchen

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。

daifancer_eeeee

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！

daifancer_eeeee

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。

gmchen

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。

gmchen

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。