OpAmp "Offset & Ruis" Testkastje

blackdog

Golden Member

Hi,

Doel
Al heel lang wou ik een beter testkastje hebben dan dat ik heb laten zien in het "Meten aan Chopper en AutoZero opamps" op dit forum.
Omdat ik veel metingen moet doen aan ongeveer 10 stuks opamps, is een testomgeving die het makkelijk maakt deze metingen te doen wel een uitkomst.

Het wordt een enigzins universeel meetinstrumentje die in de basis gelijk is aan de eerste versie die ik heb laten zien,
alleen uitgevoerd met een extra versterkings stand en een aantal ingebouwde filters die schakelbaar zijn.

Uitvoering
Dit testkastje wordt gemaakt voor enkel opamps en als het geheel goed werkt dan kan ik altijd nog een versie bouwen voor dual opamps.
Maar van de meeste "goede" opamps, daar gebruik ik bijna altijd de "single" versie van, omdat deze altijd de beste specificaties heeft.

"Architect Specifications" :+
De gebruikte opamps moeten in het kastje moeten +-20V aan kunnen.

Het testkastje is alleen bedoeld voro het meten van spanning ruis en bevat geen mogelijkheid tot het meten van stroomruis.
Deze stroomruis kan natuurlijk wel de metingen beinvloeden, maar door de hele lage weerstand van R2 zal dat alleen bij de beste opamps die beneden 1nV√Hz gaan meespelen.

De weerstanden die de versterking instellen van de D.U.T. moeten zo gekozen zijn dat de "Johson ruis" laag is zonder andere eigenschappen te veel aan te tasten.

De D.U.T. mag door de filter schakelingen niet te veel belast worden.

De D.U.T. moet geholpen worden in de hoge versterking standen die nodig zijn bij ruisarme opamps.
De D.U.T wordt in een "Compound" configuratie toegepast door een tweede opamp NE5534A, die als 30dB versterker staat ingesteld.

De volgende filters in 18dB/Oct zullen worden toegepast:
Comby filter /- 0,1Hz - 10Hz -\ dit is het basis filter waar ook veel spannings referenties mee worden gemeten om te kijken hoeveel 1/f ruis ze hebben.

100Hz Low Pass
1KHz Low Pass
10KHz Low Pass
250Hz High Pass

Breedbandige Scoop uitgang

Symetrische uitgang voor de Audio Precision meetset en/of mijn meetcomputer

Mogelijkheid tot het injecteren van een testsignaal in de D.U.T.

I.V.M. het meten aan zeer kleine signalen komt de voeding niet in het test kastje.
Voorlopig gebruik ik een van mijn regelbare voedingen voor dit apparaat.
De bedoeling is een extreem ruisarme regelbare voeding te maken met wat opamps zodat ik geen last heb van prut op de voedings lijnen.
In principe hoeft deze voeding maar heel klein van vermogen te zijn, denk aan 25mA, de filter opamps kunnen uit een standaard voeding gevoed worden.

.
Schema uitleg
Mooi, dit is de opgevoerde testschakeling zonder de nog bij te plaatsen filters en ook de niet aanwezige ontkoppel condensatoren die apart vermeld gaan worden.
En dit is een kleine uitleg van de eerste versie van het schema.

De D.U.T. is duidelijk aangegeven maar niet "plugbaar" in het schema getekend, dit is met opset gedaan om het schema zo duidelijk mogelijk te houden.
Dit geld ook voor de hier niet getekende ontkoppel condensatoren die natuurlijk wel heel hard nodig zijn!

Ruis
Kijk nu naar R2, dit is een weerstand van 10Ω, deze is om de volgende rede laag gekozen,
er zijn steeds meer opamps verkrijgbaar die een heel laag ruisgetal hebben en de weerstanden die de versterking instellen mogen niet te veel ruis toevoegen.

Dus je wilt niet dat de weerstanden die je versterking instellen meer "Johnson Noise" genereren dan je te testen opamp.
Bijvoorbeeld een 1K weerstand van goede kwaliteit genereerd de volgende hoeveelheid ruis bij 25°C, 4,07nV√Hz
Dat komt op het volgende neer 0,573µV RMS bij een 20KHz bandbreedte.
Een weerstand van ongeveer 60Ω is 1nV√Hz, dan zit ik met de 10Ω in deze test setup gunstig.

Versterking
S1 geeft de mogelijkheid tot het instellen van de versterking dan de D.U.T. versterker en dat is 1000 of 10.000x of in dB's 60 of 80dB.
De 80dB moet het mogelijk maken met mijn Hameg scoop het gedrag van de opamp goed te onderzoeken.

Rede Compound trap
De compound versterker trap heb ik toegepast omdat ik ook filters met dit trapje wil aansturen en dat omdat het meerdere filters zijn ik de D.U.T. hiermee niet wil belasten.
Verder ook omdat niet iedere opamp het trekt om te staan ingesteld op 80dB spannings versterking
Dus de NE5534A dient hier als buffer en als 30dB versteker trap om een aantal problemen te voorkomen.

NE5534A compensatie condensator
NEE! er zit geen 22pF over de compensatie aansluitingen van deze opamp, als ik hem wel getekend zou hebben, mogen jullie mij bij de vuilnisbak zetten :-)
Die condensator is alleen noodzakelijk als de versterking kleiner wordt dan 3x bij jouw schakeling en hier is juist de extra bandbreedte nodig om de uitgang impedantie laag te mogelijk te houden en de bandbreedte zo groot mogelijk.

De D.U.T. versterkt dus 30dB of 50dB en de ruis en de offset spanning worden dus door de D.U.T. bepaald.
Wel heb ik voor gezorgt dat de weerstanden R6 en R7 laag genoeg zijn, maar weer niet zo laag dat de NE5534a te veel belast wordt.
Door de hoge versterkings waarden hoef ik bijna niet bang te zijn voor een te kleine fase marge van de Compound opamp, maar ik denk dat voor de hele snelle opamps (video typen) dit kastje misschien toch wat minder geschikt is.

Versterking keuze
De schakelaar die de versterking bepaald is met opzet zo getekend zoals in het schema staat, door R3 en R4 direct aan de -ingang te monteren net als trouwens R1 en R2.
C1 over R3 van 100K helpt bij de paracitaire capaciteiten bij deze hoge weerstands waarde.
Alle componenten aan de -ingang van de D.U.T. worden zullen zeer kort gemonteerd worden!

DVM Uitgang
Ik heb hier gekozen voor een DVM uitgang met een kantelpunt van rond de 20Hz voor een zo stabiel mogelijke uitlezing/middeling van de DC offset spanning.

De eerste versie van het schema dat ik waarschijnlijk morgen opbouw.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Opamp-Offset-Noise-Test-Device/NA-Opamp-Offset-Noise-Test-Device-SCH-01.png

Info over ruis
Link met duidelijke info over ruis:
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/thermal-noise

.
Application note van Analog Devices met veel info over ruis vanveel van hun opamps .
www.bramcam.nl/NA/NA-Opamp-Offset-Noise-Test-Device/AN-940.pdf

Blok Schema
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Opamp-Offset-Noise-Test-Device/NA-Opamp-Offset-Noise-Test-Device-Blok-SCH-01.png

.
En dan nu nog twee plaatjes van en van de Low Pass filters, deze keer heb ik de online Spice gebruikt van Okawa om de 18dB/Oct filters te maken:
http://sim.okawa-denshi.jp/en/Multiple3tool.php

Dit is het bassis 1KHz Low Pass filter.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Opamp-Offset-Noise-Test-Device/1KHz-Low-Pass-0.3Cheb-1KHz.png

.
Dit is de bijbehorende Bode plot
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Opamp-Offset-Noise-Test-Device/1KHz-Low-Pass-0.3Cheb-1KHz-Bode.png

.
De deel schakelingen zijn impel van opbouw en voor een aantal filters ga ik een quad opamp (OPA4140) gebruiken zodat het compact kan blijven.

Ik zou zeggen: Shoot @ It!

Groet,
Bram

PS, morgen haal ik wel weer de storende taalfouten er uit die ik nu niet zie :-)

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Ik studeer op de OPA189.

Daar staat o.a.:
8.3.3 Input Bias Current Clock Feedthrough
Zero-drift amplifiers such as the OPAx189 use switching on the inputs to correct for the intrinsic offset and drift of
the amplifier. Charge injection from the integrated switches on the inputs can introduce short transients in the
input bias current of the amplifier. The extremely short duration of these pulses prevents the pulses from
amplifying, however the pulses may be coupled to the output of the amplifier through the feedback network. The
most effective method to prevent transients in the input bias current from producing additional noise at the
amplifier output is to use a low-pass filter such as an RC network.

Ik ben hevig geïnteresseerd in die transients. Op welke frequentie gebeurt dat, en hoe lang is de pulsduur.
Dus hoe ziet de uitgang er uit zonder laagdoorlaatfiltering.
Motivatie: als ik een AD-converter gebruik op de uitgang heeft die (volgens mij) ook een heel korte sample tijd. Je ADCsample zal maar net op zo'n transient vallen.
(Eigenlijk zou er een pootje moeten zijn waarop het choppersignaal staat, zodat je er rekening mee kan houden.)
P.S.: OPA189 chopper frequency zou 125kHz zijn.

Filteren heeft als nadeel dat je je opstelling niet snel kan omschakelen. Dat lijkt me dan conflicteren met: "OPAx189 Preserves R-C Settling Performance in a Switched or Multiplexed Application".

In de schema's van soldeerstations zie ik ze steeds omschakelen tussen een bekrachtigde soldeerpunt en een (thermokoppel-)meetperiode. Ik wil weten hoelang zo'n meetperiode nodig heeft om te settelen. Daar wil je geen lange filtertijd bij hebben.

Dit bedoel ik dus...

Ha Spog2,

Ook dit is een versterker voor gelijkspanning de bandbreedte is eigenlijk klein.
Als je signalen in het wisselspanning domein wil versterken gebruik je geen CHOPPER.
Kijk je naar de datasheet dan zie je in figuur 18 waar de schakelfrequentie zich bevind in dit geval tussen de 100 kHz en 200 kHz daarboven kan je niet komen :o
En als je de laagste ruis wil bereiken niet verder als 10 kHz.
Maar 10 kHz is voor veel toepassingen om kleine signalen te versterken voldoende.

In het andere draadje van @blackdog heb ik al gewezen op het feit van de spurs...... ik heb denk ik zo'n 30 verschillende CHOPPER versterkers gemeten i.v.m. mijn ontwerp lage ruis voorversterker.
Elke BJT of FET schakelaar heeft tijd nodig om om te polen (Trr) Schotkky heeft hier geen last van er valt immers niets te recoveren.
Als je de versterker goed toepast (laag Ω) liggen deze spurs buiten je band.

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.
blackdog

Golden Member

Hi,

Spog2 en anderen. :-)

Ik ga een poging doen iest uit te leggen dat "charge injection" heet en dat effect kan net zo irritant zijn als de Heer Seebeck. |:(
Ergens midden de tachtiger jaren vorige eeuw werkrte is bij een bedrijf dat ondermeer speciale audio ontwikkelde voor vertaal systemen.
Er moest veel audio geschakeld worden zonder klikjes, dus relais vielen af, de LDR units van Philips waren wat traag en duur en groot.
De moderne Opto/LDR's waren slecht beschikbaar.

Dus wij aande slag met de CD4066, dat is de beroemde viervoudige MOSFet schakelaar.
Nadelen? Hoge Ri en veel charge injection.
Er waren toen ook al mooie versies te koop van Analog Devices maar toen met een prijs niveau dat hoger lag dan dat van Linear Technology.

Na een zoektocht door vele datasheet en bellen naar importeurs (nee, er was toen geen Internet!) kwamen we uit bij de SD5000 van Siliconix.
Volgens ons de eerste quad MOSFet schakelaar met een lage Ri (weinig vervoming) en een charge injection die hanteerbaar was en dit resulteerde uiteindelijk in klikvrij schakelen.

Wat ik zo laat zien, is nogal een versimpeling van zaken, maar is volgens mij voldoende om te begrijpen wat er gebeurd als je een Fet, MOSFet als schakelaar gebruikt.

Op het plaatje hieronder zien jullie een MOSfet schakelaar getekend met veel condensatoren er omheen getekend.
De twee blauwe condensatoren zijn de capaciteiten die de bondingwire, aanlsuitpin en b.v. het stukje printspoor waar de pin aan vast zit.
Het zijn absoluut niet de ontkoppel condensatoren over het gebruikte IC.

De MOSFet wordt gedreven door de Gatedriver en die schakeld van aan naar uit en andersom.
Als de Gate wordt aangestuurd dan wordt het signaal doorgevoerd naar het blokje dat gemerkt X.
Dit blokje X kan de rest zijn van een Chopper versterker maar ook b.v. de ADC in een micro controler.

Als het goed is, is het nu wel duidelijk dat als de gate wordt aangestuurd dat er lading van de gatedriver door de parasitaire condensatoren die aan de gate verbonden zitten
zowel naar het blokje X gaan, maar ook richting de ingang en hiermee dus een complex foutsignaal genereren.
Dit foutsignaal wordt door de opamp dan meeversterkt.

Als de ingang nu met een zo laag mogelijke impedantie wordt aangestuurd beperk je ook het foutsignaal zo veel mogelijk, dit foutsignaal zijn vaak hele smalle naaldpulsjes.
De fabrikant van het IC doet zijn best het op chip niveau voor jou zo klein mogelijk tehoudne.

Hiervoor zijn meerdere technieken beschikbaar, een van de technieken die wij gebruikte bij de SD5000, is het gate stuursignaal wat te beperken in flank stijlheid.
Wil je weten hoe het werkt voor jouw product, welke stappen de fabrikant voor je heeft genomen, en waar je voor optimale performance moet doen,
dan zal je de datasheet goed moeten doorlezen en er zijn ook vaak application notes beschikbaar waar veel in uitgelegt worden over dit probleem.

Het stukje wat Henk hiervoor heeft geschreven geeft aan waar je op moet letten als je b.v. wel de ingangen goed aanstuurd (lage impedanties gebruiken) zodat de condensator die tussen de gate en de ingang zit zo min mogelijk invloed heeft, maar dan heb je altijd nog de condensator tussen de gate en blokje X.
Deze condensator zorgt altijd voor "prut" op je uitgang en dat is vaak goed te zien in datasheet bij de grafieken voor het ruisgedrag en vaak ook bij de vervormings presentatie van het IC.
Bij moderne chopper opamps is een openloopgain mogelijk tot 180dB!, dan denk de audio man "Super lage vervorming"!
Jammer is alleen, dat er altijd veel residu is van de vele MOSFet schakelaars in de chopper opamps, ik heb er hier maar één MOSFet schakelaar getekend, maar dat zijn er natuurlijk meer.

Zoals Henk al aangeeft, moet je goed nadenken of een chopper opamp bruikbaar is voor jouw toepassing.
Ik ben bezig een soort basis buffer/versterker trapje te ontwikkelen voor achter spannings referenties.
Het voordeel is dat er maar in verhouding weinig bandbreedte nodig is, maar mijn eerste testen laten zien dat ik met mijn proefschakeling de kantelpunten niet lager dan 100Hz kan leggen.
Maar omdat bij de moderne chopper opamps de chop frequentie hoog ligt en er veel aan is gedaan om de schakelprut te onderdrukken, heb ik voldoende marge om het goed genoeg te maken. (hoop ik :-) )

Dit testkastje is ondermeer om uit te zoeken wat het ruisgedrag is van de diverse chopper opamps is.

http://www.bramcam.nl/NA/NA-Opamp-Offset-Noise-Test-Device/Chopper_Ingang.png

.
Zoals ik al zij, dit is erg versimpelde uitleg, maar de basis is hopelijk nu wel duidelijk.
Zoniet dan horen Henk en ik het wel :-)

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Ha blackdog,

Mooie anekdote die SD5000 daar heb ik er nog wel wat van maar ja er zijn er al weer met veel betere eigenschappen.
Ik heb even naar jou schema gekeken die externe bron sluit je die op de + ingang aan neem ik aan :?
Hoe bepaal je nu de ruis factor F van de DUT of gaat het alleen om een vergelijking tussen de versterkers ?
ik heb nog een blokschema van mijn tester welke nu op proef draait

ik ben nu bezig met een afstembaar bandfilter 10 Hz..... 20 kHz in stappen van 10 Hz met een constante bandbreedte van 5 Hz.
Het filter is overeenkomstig een 3e orde Butterworth laagdoorlaatfilter.
Ik probeer een klein beetje universeel te zijn zodat je niet alleen een halfgeleider of OpAmp kan testen maar ook je deelschakeling.
Ik wacht je resultaten af.

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.
blackdog

Golden Member

Hi,

Henk, mijn testsetup is alleen zoals je al aangeeft, bedoeld als onderlinge vergelijking van ruisgedrag van de opamps voor mijn toepassing en
niet om zoals die van jouw die het echte ruisgetal kan bepalen.

Ik heb het schema nog en beetje aangepast, dit om toch te kijken wat de bias stroom doet en heb gekozen om dit alleen voor de positieve ingang te doen,
deze heeft nu 10K weerstand die overbrugt kan worden.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Opamp-Offset-Noise-Test-Device/NA-Opamp-Offset-Noise-Test-Device-SCH-02.png

.
Dit is het testprintje dat ik vanavond heb gemaakt en bijna klaar is, het heeft nog en paar massa aansluitingen nodig.
Het is bedoeld om de zien of de gekozen compound schakeling stabiel genoeg is voor het doen van de testen.
Als de schakeling zo OK is dan kan ik de echte pring gaan maken mer de eventueele aanpassingen die nodig waren.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Opamp-Offset-Noise-Test-Device/NA-Opamp-Offset-Noise-Test-Print-01.png

Helemaal aan de linker kant zitten en een zwarte en blauwe aansluiting hierme kan ik een signaal uit een van mijn generatoren injecteren om het AC gedrag van de te testen opamp te bepalen.
Natuurlijk is dat gedrag ook een beetje afhankelijk van de NE5534A die als buffer/versterker staat geschakeld.

De linker blauwe jumper overbrugt de 10K weerstand die naar massa gaat vanaf de +ingan van de te testen opamp.
De blauwe jumper net boven de D.U.T steld de 60dB of 80dB gain in.

Aan de rechter zijde bovenaan zit een verkeerd aansluitoogje, deze moet blauw worden, want dat is de -voeding.
De rode aansluiting zit wel goed, dit is de +voeding en de "0" ontbreekt dus nog, net als twee ontkoppel elco's voor over de voeding.
In de IC voetjes zit over de pinen 4 en pinnen 8 een 1uF Cer condensator.

Dan is groen de breedbandige uitgang en geel en zwart de DVM uitgang via het 20Hz low pass filter.
Niet alle doorverbindingen zijn te zien, daar deze onder de print lopen zoals de "0" en de voedings lijnen.

Morgen na wat administratieve werkzaamheden zal ik het prinje gaan testen.

Oja Henk, maak je nog een mooi topic van jouw ruisgetal tester, heb je daar de tijd en de wil voor? :-)

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Ik zou denken dat de offset van de 5534 hier toch merkbaar door gaat werken. Die ligt in dezelfde grootte orde als die van de DUT na versterking toch?
Dus misschien moet je die gaan afregelen.

Is de op natuurlijke wijze verouderde/langdurig ingespeelde NE5534 een onderdeel van het ontwerp? LOL.

blackdog

Golden Member

Hi,

necessaryevil
En dan is het ook nog eens een NE5534A in een Cer behuizing en van Exar!

deKees
Omdat de NE5534A zich binnen de loop van de Chopper bevind is de DC offset niet van belang.
De offset wordt door de Chopper bepaald.
Ik zou de NE5534 wat offset betreft +1V kunnen geven, de offset van het geheel zal alleen de offset van de chopper hebben.
De NE5534A met de 1V shift zal wel de outgangs commonmode beperken, dit bij maximale uitsturing.
Als de chopper en de NE5534A allebij rail to rail aan de uitgang zouden zijn, dan clip de schakeling met 1V asymetrisch...

Werkt het printje, ja.
Voldoet het neeeee. :P

Ik wordt de oren gewassen door de Heer Seebeck, komende week ga ik wat aanpassingen doen om te kijken hoe ik de thermokoppel effecten kan verminderen.
Ik heb nu ongeveer een 4x hogere gemoten offset spanning t.o.v. van mijn eerste testkastje.
De jumpers heb ik geselecteerd op goude contacten net als de pennen waar ze overheen geschoven worden, maar dat zijn niet alle punten die drift veroorzaken maar wel vrij dominant.
Bij het even vastpakken van een van de jumpers zie je direct het DC niveau verschuiven.
Natuurlijk vind ik dat niet vreemd, we hebben het hier over microvolt en een gain van 1000x.
Verder staat mij ook nog goed bij wat in de data sheets staat van LT en Analog over dat je het aantal soldeer/connectie punten aan de ingangen van de chopper gelijk moet maken.

Maar laat ik nog wat plaatjes van wat metingen laten zien wat de extra NE5534A voor de bandbreedte doet, maar eerst nog wat plaatjes van het testprintje.
Hier is zichtbaar dat ik in ieder IC voetje een 1uF condensator heb geplaatst over de voedings pinnen.
En de voedings pinen gaan met 10Ω weerstanden naar de voedingsbus aa nde bovenzijde van het printje.
Rchts bovenaan zijn nu ook de drie aansluitpinnen te zien met nu de goede kleuren en twee elco's.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Opamp-Offset-Noise-Test-Device/NA-Opamp-Offset-Noise-Test-Print-02.png

.
Wat er allemaal aan de twee ingangen van het chopper voetje zit is hier goed te zien.
De blauwe jumper aan de voorzijde sluit de 10K weerstand kort en als de jumper weg is, krijg je een extra DC fout door de bias stroom van de opamp en
je krijgt ook een extra ruis bijdrage door de bias stroom.
De zwarte en blauwe aansluiting kom ik zo op, die zijn voor het injecteren van een signaal uit b.v. een generator.
De jumper aa nde linker zijde steld de versterking in op deze foto is hij zo gejumpert dat de gain 80dB is en dat is 80.000x.
Nie is de bruin, zwart, zwart, oranje weerstadn doorverbonden met de uitgang van de NE5534A.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Opamp-Offset-Noise-Test-Device/NA-Opamp-Offset-Noise-Test-Print-03.png

.
De twee oranje kaders geven de gevoelige punten aan die zich aan de onderzijde bevinden, dat is de gain jumper en in het grote kader bevind zich de bias jumper.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Opamp-Offset-Noise-Test-Device/NA-Opamp-Offset-Noise-Test-Print-04.png

.
Dit is een snelle manier om wat voetjes aan te brengen door gebruik te maken van vertind koperdraad.
Het prinje staat op een metalen plaatje dat verbonden is met het "0" nieveau en er ligt een velletje papier onder ter isolatie.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Opamp-Offset-Noise-Test-Device/NA-Opamp-Offset-Noise-Test-Print-05.png

.
Hier is de NE5534A vervangen door een jumper, pin-3 is doorverbonden met pin-6, dit is gedaan om wat testen te kunnen uit te voeren.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Opamp-Offset-Noise-Test-Device/NA-Opamp-Offset-Noise-Test-Print-06.png

.
Dit is b.v. een test met een 20KHz blok signaal en dat is op de uitgang van het printje gemeten en ook direct op de chopper uitgangs pin-6.
Er zit een beetje verschil in de aangegeven TT spanning, dat is omdat er wat belasting aanwezig is op de orginele uitgangspin zoals het DVM filter en 2x een 47Ω weerstand.
In ieder geval ziet het er niet uit, dit is geen blokgolf! het DC niveau is echter wel correct want dat valt goed binnen de hiervoor nodige bandbreedte,
dit zie je dus als er niet voldoende gain aanwezig is bij de frequentie waarbij je aan het meten bent.
Hier dus ongeveer 6V TT op de ingang via de 10K weerstand en dat zou dus moeten resulteren in 6V TT aan de uitgang, dit met de tegenkoppeljumper op de 10K stand.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Opamp-Offset-Noise-Test-Device/Chopper-AC-20KHz-SQ+Direct-01.png

.
Hier is de NE5534A geplaatst en kijk naar het enorme verschil in TT waarde met de vorige foto en ook de geweldige winst in bandbreedte!
De gele trace is de uitgang van de schakeling en de blauwe trace is de chopper opamp uitgang, als je de signalen op elkaar deelt kom je op een krappe 30dB verschil uit.
Dit is dus de ingestelde gain van mijn NE5534A.
Dit is het mooie van deze opset door gebruik te maken van een extra opamp binnen je loop, het AC signaal uit de eerste opamp is kleiner dan het AC signaal van de tweede opamp.
De eerste opamp wordt niet belast door de tweede opamp en levert hierdoor zijn optimale prestaties.
Ik wou meer AC bandbreedte hebben om beter naar de ruis/prut van de chopper te kunnen kijken, daarom zit de NE5534A in deze schakeling.

Natuurlijk moet je voor een andere toepassing, zeg een MD ingang met b.v. 50dB gain andere versterkings verhoudingen kiezen,
dan kan je b.v. 2x een NE5534A gebruiken met goed gekozen gain settings van de opamp aan de uitgang.
En nu niet denken, dan kan je toch ook een dual NE5532AN gebruiken, want dan heb je het nog niet begrepen, een NE5534A is echt beter dan de NE5532A.
Met de NE5534A heb je de keuze te compenseren waar nodig b.v. bij de eerste trap en de tweede doe je zonder compensatie voor de maximale slew rate.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Opamp-Offset-Noise-Test-Device/Chopper-AC-20KHz-SQ+NE5534-01.png

.
Dit is een meting aan het DC niveau, als je deze twee niveaus bij elkaar opteld dan heb je de offset spanning van de gebruikte NE5534A.
Zeg maar dat de offset van de NE5534A ongeveer 1,5mV is, maar neem de aangegeven waarde maar met een korreltje zout, dit is namelijk wat lastig goed te meten.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Opamp-Offset-Noise-Test-Device/NA-Opamp-Offset-Noise-Test-DC-01.png

Dusssss,
Komende week als er tijd is ga ik kijken of ik de Seebeck problemen beheersbaar kan krijgen.

Gegroet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
blackdog

Golden Member

Hi,

Even snel tussendoor...

deKees Ik werd vanaacht wakker uit een nachtmerrie en ik moest aan jouw opmerking denken...
Nu had die nachtmerrie niets met jou te maken ;)

Maar wel met je opmerking over de offset van de NE5534A dat die weg geregeld zou moeten worden!
En je bent dus correct wat dat betreft en ik zat fout.

De rede dat ik fout zat was, dat de extra aangebrachte NE5534A of b.v. een 1x buffer, zich niet "helemaal" binnen de chopper schakeling bevind.
Hierdoor wordt de offset van de extra opamp of buffer niet helemaal weg geregeld, dom, dom, dom van mij.
Ik heb een trimpot bij de NE5534A aangebracht en deze zo getrimd dat de DV op de meetuitgang zo laag mogelijk is.
En die blijft zo open op tafel nu een uurtje binnen +-50uV getrimd op de 1000x stand.

Ik denk er deze week nog over na hoe ik verder ga met deze test schakeling.
Waarschijnlijk kan ik niet beide functie goed samenbrengen, dus breedbandige AC metingen en DC Offset.
Het is ook nog mogelijk het AC path los te maken van het DC path.
Ook denk ik er aan om de gain niet schakelbaar te maken en op 1000x te houden en dan het AC niveau breedbandig te versterken met hier achter de filters.
De reed uitgewerkte filters kan ik dan gewoon blijven gebruiken.

Toch goed zo'n test setup en ben blij met de input van deKees ondanks de nachtmerrie *grin*

Nou, doe dat "even snel metingen" maar niet meer Bram...

Als ik het goed heb uitgezocht en goed geslapen, meld ik mij weer met info...

Henk denk je even mee, de demodulator in de chopper versterker zit in het uitgangs circuit van de chopper versterker.
Ik plaats een +30dB trapje in de feedback loop, mijn aanname is/was dat de de offset van de totale schakeling alleen gerelateerd is aan de offset fout aan de ingangen van de chopper versterker.
Hoe kijk jij daar tegen aan?

Groet en dank,
Bram

[Bericht gewijzigd door blackdog op 2 december 2019 21:02:28 (17%)]

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Ha blackdog,

Eerst je laatste vraag als ik hem goed begrijp lastig lezen |:(
In de eerste plaats ik weet niet of al je test samples een CHOPPER versterker zijn of AUTO ZERO of misschien beide ?
Een auto zero heeft niets met een chopper van doen maar dat daar gelaten.
Het type wat ik heb gekozen voor de low noise versterker is de AD4528-1 dit is een vreemde eend in de bijt en heeft een hoge chop frequentie 200 kHz en heeft een AFCB door deze derde chopper wordt de zero geregeld en is een interne loop.
Misschien heeft jou type dat niet dat maakt verder niets uit ook bij de andere types is de zero loop een interne aangelegenheid.
Bij al dit soort systemen wordt in de eerst fase de offset van de nul versterker weggeregeld door zichzelf op nul te leggen uitgang met nul pin verbinden en los van de ingang.
De hoofd versterker genereert een spanning (offset) op de offset pin deze wordt in de tweede fase gecorrigeerd door naar de uitgang van de nul versterker te kijken.
Hierdoor wordt de offset in de totale loop weggeregeld dus de offset aan de ingang ook als deze afkomstig is van je externe feedback.
Het is allemaal gebaseerd op switch capacitor filter in de vorm van een laagdoorlaatfilter.
Hoe dichter naar DC hoe beter het werkt dit is dan ook de reden dat er bijna geen 1/f ruis meer is maar 10 Hz verder is het systeem slechter als een standaard low noise OpAmp |:( dus weet goed wanneer je een CHOPPER gebruikt.

Nu je eerste vraag uiteraard zou ik een en ander willen laten zien omtrent de ruis meter maar dit is een redelijk omvangrijk project en is meer bedoeld voor mijn onderzoek naar de 1/f ruis.
Die blokjes die ik heb getekend was bedoeld om een andere visie te geven.
Ik ben bezig om het filter te ontwerpen dus in plaats van afzonderlijke laagdoorlaatfilters een afstembaarfilter wat ik integreer met de mixer maar vanwege het feit dat ik geen 1/f ruis mag hebben best ingewikkeld.
Dit filter is een N path filter zeg maar een conversie systeem up/down dus een synthesizer en inverse conversie omdat mijn bandje uiteindelijk zonder 1/f na de laatste mixer er uit moet komen.
Daarna is alles passief verzakker enz.
Pas als het test object ingevoerd is maakt het 1/f verhaal niet meer uit.

Hoe werkt het de ruis generator is een geijkte bron op de verzwakker lees je in dB de ruis spanning af.
Je kunt je sample op de ingang aansluiten een schakelaar wordt gestuurd door de tijdbasis en knipt een stukje er uit je krijgt de ruis afkomstig van je test sample en een leeg plekje op je scope te zien.
Op de lege plaats voer je de ruisbron in en maakt de ruis band even hoog op de verzwakker lees je het ruis niveau af.
Maar het is ook mogelijk om de ruisbron op de ingang van het test object aan te sluiten en een externe meter te gebruiken.
De spanning aflezen zonder ruisbron daarna met ruisbron aansluiten en het niveau zo instellen op +3dB je leest op de verzwakker je ruisgetal.
In de laatste situatie kan je de proef schakeling compleet meten.
Ik heb geen idee of er animo is voor zo'n tester :?

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.
blackdog

Golden Member

Hi Henk,

Ik ga een aantal Chopper en AutoZero opamps testen zodat ik een goed beeld krijg van hun gedrag.
Het is dus niet het een of het ander...
Ik heb veschillende interne opbouws gezien van dit soort opamps.

Als je een lijstje wil zien wat ik gatesten is dat deze

Normale "goede" opamps voor deze test.
LT1012AC
AD707K
ADA4077-1
LT1007AC

Dan de opamps die door chopper en/of AutoZero technieken van een zeer lage offset worden voorzien.
ADA4522-1
LTC2057HV
MAX44241
LTC1050
LTC1151
OPA188
OPA189

Mijn vraag is dus dit, als je een levelshift aanbreng in de loop van de Chopper of AutoZero opamp zoals een emittorvolger (-0,7V), tast dit dan de gebruikte correctie methode aan, volgens mijn houdige kennis is dit niet zo.

En dan de optie zoals in mijn testkastje, hier zit +30dB extra gain is om de ruis uit de te testen opamp beter te kunnen meten.
Ook hierbij denk ik dus dat dit voor de DC offset niets uit maakt.

Gisteren dus een aantal meet/denk fouten gemaakt en begon te raaskallen hier op het forum om het maar snel te laten zien... |:(

Wat is jouw visie op het gesloten loop gedrag voor de DC offset met b.v. die 30dB extra trap in de loop.
Van anderen hoor ik natuurlijk ook graag hun mening.

Gegroet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Ha blackdog,

Even kort... als je terugkoppeling gebruikt dan geldt dat de versterking/filtering/demping in de loop qua amplitude/frequentie meegenomen moet worden.
Dus ook met een chopper versterker in jou opzet van de COMPOSITE OP AMP werkt dit goed.

Voor wat de ruis betreft dit geldt alleen voor de CHOPPER zelf niet voor de signalen aan de ingang.

Aanvulling,
Na het doorlezen van mijn opmerking nog even een aanvulling :) wat ik bedoel met alles in de feedback betreft dus ook ruis en offset.
Afhankelijk van het type CHOPPER kan je wel tot 1 V offset weg regelen :D ook de ruis wordt onderdrukt zeg tot 1 Hz je eigen drift zal heel klein zijn.

Ik heb begin dit jaar een prototype gemaakt waar ik ook een ingang swap doe i.v.m. thermo-elektrisch effect.
Als je zo'n CHOPPER uit je lijstje gebruikt met een referentie diode kan je waarschijnlijk leuke dingen doen geen LM199/399 want daar zit te veel klimbim in maar een kale diode of jFET.
Hele lage 1/f ruis voor de korte tijd stabiliteit.

Ik weet alleen nog niet of het lukt om de ruis tussen de verschillende op amps te vergelijken :S

Groet,
Henk.

[Bericht gewijzigd door electron920 op 4 december 2019 20:06:42 (50%)]

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Komende week als er tijd is ga ik kijken of ik de Seebeck problemen beheersbaar kan krijgen.

Ik dacht dat de Seebeck coëfficient iets is wat bij het materiaal hoort.
Na lang zoeken vond ik dit artikel en 2 lijstjes.

Table 1. Seebeck Coefficients for Some Metals and Alloys, Compared to Platinum

Table 2. Seebeck Coefficients for Some Semiconductors