Загадочный шум операционного усилителя

У меня очень хороший операционный усилитель ( AD8551 ), который я использую для динамического усиления очень слабого сигнала (усиление 2x, 10x, 100x, 1000x).

Проблема в том, что при 100х и 1000х усилении наблюдается заметный уровень шума, и он имеет странную постоянную форму.

Если я питаю цепь от плохо стабилизированного источника питания и подключаю вход усилителя к GND, я получаю большой уровень шума при 1000x, как показано на рисунке ниже.

Если я питаю схему с более стабильным источником питания, шум все еще присутствует в 1000 раз с той же формой волны, но с меньшей амплитудой. И независимо от того, какой источник питания я использую, странные шумы не исчезают.

Так как мой AD8551 имеет PSSR 130 дБ, я подумал, что TL431, используемый для смещения входа, может быть неисправен. Поэтому я оставил плохо стабилизированный источник питания для операционного усилителя и использовал лучший для TL431, но выходной сигнал тот же. Стабилизация напряжения на резисторе в катоде TL431 ничего не меняет.

Изображение ниже представляет собой выходной сигнал микроконтроллера с его внутренним АЦП. Как вы можете видеть, при 1000х выходной сигнал колеблется почти в полном диапазоне. Причина отсутствия 100x в этом тесте заключается в том, что я заменил R21 с сопротивлением 1 МОм на резистор 100 кОм и резистор с сопротивлением 1 кОм на резистор 100 кОм, что привело к усилению в 1,1, 2, 10 и 1000 раз. Я сделал это, потому что боялся, что резистор обратной связи R21 может быть слишком большим, чтобы смещать отрицательный вход операционного усилителя, даже если входной ток смещения AD8551 рассчитан на максимум 2 нА. Изменение немного уменьшило амплитуду шума.

Должен ли Vcc быть абсолютно бесшумным, хотя PSRR операционного усилителя составляет 130 дБ? Это смещение ввода вызывает эту проблему?

Я не могу понять это, тем более что у меня нет доступа к осциллографу. Все, что у меня есть, это показания микроконтроллера, сохраненные на SD-карте.

Добавьте разъединительные заглушки блока питания ко всем микросхемам как можно ближе к его выводам питания. Хорошее значение обычно составляет 100 нФ, но вы, возможно, захотите перепроверить таблицу данных для различных чипов, которые вы использовали. Экономить деньги, оставляя разъединяющие заглушки, - плохой выбор дизайна. Колпачки дешевы, а время поиска и устранения неисправностей / переделки дорого.

Похоже, гул сети. (Я предполагаю, что аннотации на графике показывают, что вы меняете входное усиление во время сбора данных, чтобы синусоида не была непрерывной).

Теперь мы не знаем:

• период наблюдаемой "синусоиды" волны
• частота дискретизации АЦП
• ваша частота сети, но вы делаете, так что вы можете работать, если это возможная гипотеза.

Например, если вы производите выборку с частотой 50 Гц в сети с частотой 50 Гц и видите частоту менее 0,5 Гц, есть вероятность, что вы налагаете алименты на сетевую связь до наблюдаемой частоты.

А с учетом высокого входного импеданса и входов операционного усилителя они выглядят как мишени для электростатической связи, а не как магнитные.

Теперь, на каком входе?

Если вы удалите датчик и закоротите вход на землю, шум исчезнет? Тогда подключение датчика должно быть более тщательно проверено. Или вам нужен буферный усилитель на датчике, чтобы уменьшить выходное сопротивление датчика.

Если шум остается: уменьшите R21 до 100 кОм и R66 до 100 Ом. Это уменьшило шум в десять раз? Если это так, это отрицательный вклад, который набирает. Скорее всего, оба входа воспринимают шум, поскольку оба являются точками с довольно высоким сопротивлением.

Вы можете уменьшить электростатическое поглощение путем экранирования: экспериментально окружите усилитель фольгой (и заземлите фольгу на землю усилителя)

Хотя я не могу сказать по вашим сюжетам, что происходит, я бы предложил следующее.

Каждый раз, когда вы строите схему усилителя, такую ​​как ваша, крайне целесообразно обеспечить высокочастотную обратную связь. Для этого поместите небольшую крышку через R21. Обычно достаточно 10 пф. Это создаст низкочастотный отклик при Omega = 1 / (R21 * C), но обычно это не проблема.

Вам необходим этот колпачок для противодействия паразитной емкости на неинвертирующей клемме.