Ruído misterioso do amplificador operacional

Eu tenho um amplificador operacional muito bom ( AD8551 ) que eu uso para amplificar dinamicamente um sinal muito pequeno (ganho de 2x, 10x, 100x, 1000x).

O problema é que há um nível de ruído perceptível nos ganhos de 100x e 1000x e tem uma forma constante estranha.

Se eu alimentar o circuito com uma fonte de alimentação pouco estabilizada e conectar a entrada do amplificador na GND, obtive um grande nível de ruído em 1000x, como pode ser visto na figura abaixo.

Se eu alimentar o circuito com uma fonte de alimentação melhor estabilizada, o ruído ainda estará presente em 1000x com a mesma forma de onda, mas com amplitude menor. E não importa qual fonte de alimentação eu use, o ruído de forma estranha não desaparece.

Como meu AD8551 possui um PSSR de 130 dB, achei que o TL431 usado para influenciar a entrada pode estar com defeito. Então deixei a fonte de alimentação pouco estabilizada para o amplificador operacional e usei a melhor para o TL431, mas a saída é a mesma. A estabilização da tensão no resistor no cátodo do TL431 não muda nada.

A imagem abaixo é uma saída amostrada por um microcontrolador com seu ADC interno. Como você pode ver em 1000x, a saída oscila quase na faixa completa. A razão pela qual falta 100x neste teste é porque substituí o 1MΩ R21 por um resistor de 100KΩ e 1KΩ R66 por um resistor de 100Ω, resultando em amplificação de 1,1X, 2X 10X e 1000X. Fiz isso porque estava com medo de que o resistor de realimentação R21 pudesse ser muito grande para influenciar a entrada negativa do amplificador operacional, mesmo que a corrente de polarização de entrada do AD8551 seja classificada em 2nA máx. A mudança diminuiu ligeiramente a amplitude do ruído.

O Vcc precisa ficar quieto, mesmo que o PSRR do amplificador operacional seja de 130 dB? É o viés de entrada que está causando esses problemas?

Não consigo descobrir, principalmente porque não tenho acesso a um osciloscópio. Tudo o que tenho são as leituras do microcontrolador salvas em um cartão SD.

Adicione as tampas de desacoplamento da fonte de alimentação a todos os CIs o mais próximo possível dos pinos de energia. Um bom valor geralmente é 100nF, mas convém verificar novamente a folha de dados dos vários chips que você usou. Economizar dinheiro deixando as tampas de desacoplamento fora é uma má escolha de design. As tampas são baratas e o tempo de solução de problemas / reprojeto é caro.

Parece zumbido principal. (Suponho que as anotações no gráfico mostrem que você está alterando o ganho de entrada durante a aquisição, para que a onda senoidal não seja contínua).

Agora não sabemos:

• o período da onda "senoidal" observada
• a taxa de amostragem ADC
• sua frequência de rede, mas você faz, para poder descobrir se essa é uma hipótese possível.

Por exemplo, se você estiver amostrando a 50Hz em um país da rede elétrica de 50Hz e vendo uma frequência menor que 0,5Hz, as chances são de que você esteja usando o aliasing da rede elétrica na frequência observada.

E, dadas as entradas opamp de alta impedância de entrada, elas parecem um alvo para acoplamento eletrostático, em vez de magnético.

Agora, em qual entrada?

Se você remover o sensor e colocar a entrada no chão, o ruído desaparece? Em seguida, a conexão do sensor deve ser rastreada com mais cuidado. Ou você precisa de um amplificador de buffer no sensor para reduzir a impedância de saída do sensor.

Se o ruído persistir: reduza R21 a 100k e R66 a 100 ohms. Isso atenuou o ruído dez vezes? Nesse caso, é a entrada negativa que está pegando. Provavelmente, ambas as entradas estão captando ruído, pois são pontos de impedância razoavelmente altos.

Você pode reduzir a captação eletrostática selecionando: experimentalmente, envolva o amplificador com papel alumínio (e aterre o papel alumínio no chão do amplificador)

Embora eu não possa dizer pelas suas tramas o que está acontecendo, sugiro o seguinte.

Sempre que você construir um circuito amplificador, como o seu, é extremamente aconselhável fornecer algum feedback de alta frequência. Para fazer isso, coloque uma pequena tampa no R21. Normalmente 10 pF é suficiente. Isso criará uma resposta de baixa frequência em Omega = 1 / (R21 * C), mas isso normalmente não é um problema.

Você precisa desta tampa para contrariar a capacitância parasita no terminal não inversor.