神秘的なオペアンプのノイズ

非常に優れたオペアンプ（AD8551）を使用して、非常に小さな信号（2倍、10倍、100倍、1000倍のゲイン）を動的に増幅しています。

問題は、100倍と1000倍のゲインで顕著なノイズレベルがあり、奇妙な一定の形状をしていることです。

安定性の低い電源で回路に電力を供給し、アンプの入力をGNDに接続すると、次の図に示すように、1000xで大きなノイズレベルが発生します。

より安定した電源で回路に電力を供給した場合、ノイズは同じ波形で1000倍のままですが、振幅は低くなります。そして、どの電源を使用しても、奇妙な形のノイズは消えません。

私のAD8551のPSSRは130 dB なので、入力のバイアスに使用されているTL431が故障している可能性があると思いました。そのため、オペアンプ用に安定性の低い電源を残し、TL431にはより良い電源を使用しましたが、出力は同じです。TL431のカソードの抵抗の電圧を安定化しても、何も変化しません。

以下の画像は、内部ADCを備えたマイクロコントローラーによってサンプリングされた出力です。1000xでわかるように、出力はほぼフルレンジでスイングします。このテストで100xが欠落している理由は、1MΩR21を100KΩ抵抗に、1KΩR66を100Ω抵抗に置き換えた結果、1.1X、2X 10Xおよび1000Xの増幅になったためです。AD8551の入力バイアス電流の定格が最大2nAであっても、フィードバック抵抗R21が大きすぎてオペアンプの負の入力をバイアスできないのではないかと心配していました。この変更により、ノイズの振幅がわずかに減少しました。

オペアンプのPSRRが130 dBであっても、Vccは完全に静かでなければなりませんか？この問題の原因は入力バイアスですか？

特にオシロスコープにアクセスできないので、わかりません。私が持っているのは、SDカードに保存されたマイクロコントローラーからの測定値だけです。

すべてのICの電源ピンのできるだけ近くに電源デカップリングキャップを追加します。通常は100nFが適切ですが、使用したさまざまなチップのデータシートを再確認することもできます。デカップリングキャップを外してコストを節約することは、設計上の選択としては好ましくありません。キャップは安価で、トラブルシューティングや再設計の時間は高くつきます。

電源ハムのように見えます。（グラフの注釈は、取得中に入力ゲインを変更しているため、正弦波が連続的ではないことを示しています）。

今はわかりません：

• 観測された「正弦」波の周期
• ADCサンプリングレート
• 主電源の周波数ですが、そうしているので、それが可能性のある仮説である場合は、解決できます。

たとえば、50Hzの主電源の国で50Hzでサンプリングしていて、0.5Hz未満の周波数が表示されている場合、主電源のハムをエイリアスして観測周波数に落としている可能性があります。

そして、入力インピーダンスの高いオペアンプ入力を考えると、それらは磁気的ではなく、静電結合のターゲットのように見えます。

さて、どの入力で？

センサーを取り外して入力をグランドに短絡すると、ノイズは消えますか？次に、センサー接続をより注意深くスクリーニングする必要があります。または、センサーの出力インピーダンスを下げるためにセンサーにバッファーアンプが必要です。

ノイズが残る場合：R21を100kに、R66を100オームに減らします。それはノイズを10倍に減衰しましたか？もしそうなら、それはピックアップしている負の入力です。どちらもかなり高いインピーダンスポイントであるため、両方の入力がノイズを拾っている可能性が高くなります。

スクリーニングによって静電ピックアップを減らすことができます。実験的に、アンプをアルミ箔で囲みます（アルミ箔をアンプのアースに接地します）。

あなたのプロットから何が起こっているのかはわかりませんが、私は以下を提案します。

あなたのようなアンプ回路を構築するときはいつでも、高周波フィードバックを提供することは非常に賢明です。これを行うには、R21全体に小さなキャップを配置します。通常は10 pFで十分です。これにより、Omega = 1 /（R21 * C）でローパス応答が作成されますが、通常は問題ありません。

非反転端子の寄生容量に対抗するには、このキャップが必要です。