šum nábojového zesilovače s bootstrap vazbou

Zpráva

danhard · #91 Příspěvek od **danhard** » 25 kvě 2023, 15:39

Tak zpátky ke strojům.
Zapojení s OPA637, na kterém jsem si vyzkoušel všechny Cimrmannovy slepé cesty

Pro 1nV šumu na gate jfetu je na výstupu cca 15nV.
Šum na vstupu potřebuju ve fA, pokud to má reagovat na pA signálu, bipolární OZ tam zapojit přímo nelze.
Dark current 100nA způsobí na 10Mohm offset 1V
Bipolární OZ jde připojit na Source bootstrapu, s offsetem cca 300mV, proudový šum 8pA, nebo napěťový 4nV odpovídá 1nV na vstupu gate.
Šum odporu v source bootstarpu šumí asi 1pA, zdroj proudu asi 3pA, ale má podstatně lepší PSR.
Odpor v lin zesílení 100k (který je tam, aby OPA637 nekmital), dělá 40uV šum pod 1MHz, klesnou ale vf šumy operáku přidanou integrací.

danhard · #92 Příspěvek od **danhard** » 25 kvě 2023, 16:04

A na konec to pěkně chodí i s OPA627, která byla pro přímé zesílení PIN diody pomalá.
Výberu 10Mohm odporu bych věnoval pozornost, lakové vysokoohmové odpory šumí až 10x více.
Není tam moc možností výběru.
Integrační kond 1pF až 10pF, při 1pF krátká integrační konstanta, při 10pF větší nároky na šum operáku, 2nV a dalšího zesílení, 4nV.
Integrační odpor 10M až 100M, při 10M krátká integrační konstata, při 100M šum vysokohmového odporu a větší citlivost na zbytkové proudy.
Asi bych šel do 3x10M v serii, 1206.
OPA1655 by mohl udělat stejnou službu, nebo OPA828.

#93 Příspěvek od **Cust** » 25 kvě 2023, 22:41

Jo, chování v rozdílech je odpovídající mé zkušennosti.
Hlavně že to chodí takhle rychle i s OPA627 je povzbuzující. S jfet vstupem a nízkošumákem OPA1611 to musí běžet jako z praku.

Díky za čísla a simulace. Myslím, že to dopadne dobře, po neděli hodím na výrobu tišťáky.

Zde pro ochutnávku obvod viz danhard výše, jen je tam mezi bootstarp a OZ (mám koupeno OPA1655) strčen ten GHz BJT. Na výstupu je low consumption operák co umí krmit 50R koax. Zespodu DPS je PIN dioda o ploše 1 cm² a pod ní scintilátor o průměru 30 mm a výšce 30 mm. To bude ten nejjednoduší preamp. Nemusí být rychlý a nějaký šum se dá tolerovat.

Ale chci to mít lepší než ti amíci od kterých to kolegové koupili a stojí to za p...
Tišťák má v průměru 26 mm.

danhard · #94 Příspěvek od **danhard** » 26 kvě 2023, 09:14

OPA1611nemůžeš dát jako zátěž do gate, ale musíš na výstup ze source bootstrapu.

#95 Příspěvek od **Cust** » 26 kvě 2023, 09:41

Myslím to v provedení s JFET vstupem, v aplikaci viz tvoje simulace a můj tišťáček výše, vyzkouším jako první variantu OPA1655. Tu už mám v šupleti.

Edit: Ale tlačit signál do operáku ze source je k zamyšlení/odzkoušení...

danhard · #96 Příspěvek od **danhard** » 26 kvě 2023, 10:10

Ona tam totiž vadí i vstupní kapacita toho operáku, kterou žatěžuješ ten Gate, přičítá se k Cgd a snižuje "zesílení" bootstrapu a tím zhoršuje šumový zisk pro operák.
Bohužel vstupní kapacity se u OPA627 asi nemodelují a proto mi to s nima tak pěkně chodí

Správný řešení je to s LT1363, tam když dáš bipolár s šumem 2nV, 2pA tak to bude šumět nejvíc tím 1nV JFETu bootstrapu.
Vylepšovat to už moc nelze.

#97 Příspěvek od **Cust** » 26 kvě 2023, 10:28

Vstupní kapacita dělá 15 pF, to je podobné, jako ten kaskodovaný JFET vstup (13 pF). OPA1655 má 11 pF. Rozdíl v reálu bude stěží postřehnutelný... Za 14 dní bych mohl mít první výsledek na reálném zapojení. Nejhorší na tom všem bude asi šum detekční diody. Tedy bych měl zatlačit na snížení šumového zesílení, tedy zmenšení té vstupní kapacity a to snad zajistí ten oddělovací BJT v ideálním případě až na tu bootstrapovou kapacitu + kapacitu diody dělenou tím "bootstrapovým ziskem", tedy asi těch 6 pF, což by byla špica.

EDIT: Vlastně operáky by neviděl ani tu bootstrapovou kapcitu, ale jen výstupní kapacitu toho BJT. To by mělo být jen 400 fF. Ne?
EDIT2: Ne, vlastně zpětná vazba operáku uvidí vstupní kapacitu operáku + těch 400 fF.

#98 Příspěvek od **Cust** » 26 kvě 2023, 10:53

danhard píše:Správný řešení je to s LT1363, tam když dáš bipolár s šumem 2nV, 2pA tak to bude šumět nejvíc tím 1nV JFETu bootstrapu.
Vylepšovat to už moc nelze.

Na ale ty 2 pA budou kravsky šumět do feedback rezistoru!

danhard · #99 Příspěvek od **danhard** » 26 kvě 2023, 11:03

Šum diody neřeším, jelikož to nemohu ovlivnit.
Pro mě je to jen ideální kapcita diody a zdroj proudového pulzu.
Na tom elektricky neumím nic změnit.

Ten BJT potřebuje nějakej pracovní proud, aby fungoval.
Tím tam automaticky vznikne další zdroj šumu.

Zapomeň na tapetování různými kaskódami, to pomáhá jen někde a v nějakém rozsahu.

Taky paralelní řazení jFETů je omezená záležitost, děláš s tím akorát jiný jFET s dvojnásobným pracovním proudem, s dvojnásobnými kapacitami atd.
a nap. šum jde na odmocninu ze dvou.
Tomu by odpovídalo zvolit jiný jFET

kdyby byl výběr.

Takže Tě zajímá spíš poměry nap. šumu, kapacit a strmosti, najít "dobře upečený" typ a vydojit z toho maximum.

Ta 2SK2394 je pro 50pF diodu celkem optimální, lepením dalších "vylepšení" si akorát vyrobíš navíc montážní kapacity, které to zhoršují.
Bootstrap s 2SK2394 transformuje vstup na 10x větší napětí a kapacitu cca 6pF, funkci zhoršují kapacity v pF !

danhard · #100 Příspěvek od **danhard** » 26 kvě 2023, 11:22

Cust píše:
danhard píše:Správný řešení je to s LT1363, tam když dáš bipolár s šumem 2nV, 2pA tak to bude šumět nejvíc tím 1nV JFETu bootstrapu.
Vylepšovat to už moc nelze.
Na ale ty 2 pA budou kravsky šumět do feedback rezistoru!

A jak se tam dostanou ?

#101 Příspěvek od **Cust** » 26 kvě 2023, 11:34

nojo, ten proud se utratí na tom BJT, že?

danhard · #102 Příspěvek od **danhard** » 26 kvě 2023, 11:38

Ale tam do vstupu nic jiného nejde, jen integrační kond a šum mazacího odporu ?

Líp to prostě nejde

citlivost 100nV/e
šum na výstupu <30nV/sgrHz při 1nV gate jFETu
požadavky na OZ, šum <3nV, 5pA, rychlost podle OZ, jde tam dát cokoliv
jFETy je zapotřebí aspoň hrubě spárovat
vstupní drát do gate co nejkratší, s minimální kapacitou, případně aktivně stíněný ze source
chodit to bude na první dobrou
licenční poplatky 3% z prodeje, budu boháč

danhard · #103 Příspěvek od **danhard** » 26 kvě 2023, 12:44

A takhle s nekompenzovatelnou OPA637

Nekompenzovatelnej OpAmp je komplikace, ale třeba s OPA655 by to šlo náramně i přímo do gate, má vstupní kapacitu 1,2pF

#104 Příspěvek od **Cust** » 26 kvě 2023, 13:02

To vypadá dobře.

K tomu proudovému šumu. Bootstrap virtuálně vymaže diodu. Případný BJT je trošku jako zdroj proudu, takže tam do něj nic neproteče. Do gate šumový proud neteče také. Tedy šumový proud musí protéct přes paralelní kombinaci zpětnovazebního odporu R1 a kondenzátoru C2. Tedy na výstupu operáku se objeví navíc Unoise_out = I noise * R1 (frekvence šumu je omezena f = 1/(2*π*R1*C2), tedy na 3 kHz).

EDIT: já si nevšiml, že to už je to druhé schéma - zde se ten šumový proud na zpětnou vazbu nedostane!

A k licenčním poplatkům. No víš, já to rozdávám v práci zdarma, tak za 3 % z nuly si moc neužiješ. Kdybych to ale prodával někdy přes IČO, tak si na tebe vzpomenu.

EDIT: to nové zapojení je vážně zajímavé - vyzkouším ho na tu SiC detekční diodu

danhard · #105 Příspěvek od **danhard** » 26 kvě 2023, 13:39

jFET na +vstupu OZ je čistě aby tam simuloval stejný offset, jako vstupní jFET. Se šumem to nemá nic společného, protože je to zablokované 1uF kondem. Kdyby to nebylo, tak by tam byl šum 400R cca 2,8nV a ten by byl v serii se šumem vstupního jFETu 1nV a šumem OZ, takže by se šumově přičítal a bylo by tam 3nV šumu, i kdyby byl operák bez šumu !

Boostrap rozhodně nemění proudový šum diody.
Bootrap transformuje kapacitu diody na Cd / (1-Au)