Misterioso ruido de amplificador operacional

Tengo un amplificador operacional muy bueno ( AD8551 ) que utilizo para amplificar dinámicamente una señal muy pequeña (ganancia 2x, 10x, 100x, 1000x).

El problema es que hay un nivel de ruido notable a una ganancia de 100x y 1000x, y tiene una forma extraña y constante.

Si energizo el circuito con una fuente de alimentación mal estabilizada y conecto la entrada del amplificador a GND, obtengo un nivel de ruido grande a 1000x como se ve en la imagen de abajo.

Si energizo el circuito con una fuente de alimentación mejor estabilizada, el ruido aún está presente a 1000x con la misma forma de onda, pero con una amplitud menor. Y no importa qué fuente de alimentación use, el ruido de forma extraña no desaparece.

Como mi AD8551 tiene un PSSR de 130 dB, pensé que el TL431 utilizado para sesgar la entrada puede tener la culpa. Así que dejé la fuente de alimentación mal estabilizada para el amplificador operacional y usé la mejor para el TL431, pero la salida es la misma. La estabilización del voltaje en la resistencia en el cátodo de TL431, no cambia nada.

La imagen a continuación es una salida muestreada por un microcontrolador con su ADC interno. Como puede ver a 1000x, la salida oscila casi por completo. La razón por la que falta 100x en esta prueba es porque reemplacé el 1MΩ R21 con una resistencia de 100KΩ y 1KΩ R66 con una de 100Ω, lo que resultó en una amplificación de 1.1X, 2X 10X y 1000X. Hice esto porque temía que la resistencia de retroalimentación R21 pudiera ser demasiado grande para polarizar la entrada negativa del amplificador operacional, a pesar de que la corriente de polarización de entrada de AD8551 tiene una potencia máxima de 2nA. El cambio disminuyó ligeramente la amplitud del ruido.

¿El Vcc tiene que estar completamente silencioso a pesar de que el PSRR del amplificador operacional es de 130 dB? ¿Es el sesgo de entrada lo que causa estos problemas?

No puedo entenderlo, especialmente porque no tengo acceso a un osciloscopio. Todo lo que tengo son las lecturas del microcontrolador guardadas en una tarjeta SD.

Agregue tapas de desacoplamiento de la fuente de alimentación a todos los circuitos integrados lo más cerca posible de sus pines de alimentación. Un buen valor suele ser de 100nF, pero es posible que desee verificar dos veces la hoja de datos de los diversos chips que utilizó. Ahorrar dinero al dejar las tapas de desacoplamiento es una mala elección de diseño. Las tapas son baratas y el tiempo de resolución de problemas / rediseño es costoso.

Parece zumbido de red. (Supongo que las anotaciones en el gráfico muestran que está cambiando la ganancia de entrada durante la adquisición, por lo que la onda sinusoidal no es continua).

Ahora no sabemos:

• el período de la onda "senoidal" observada
• la frecuencia de muestreo de ADC
• su frecuencia de red pero usted lo hace, por lo que puede averiguar si esa es una hipótesis posible.

Por ejemplo, si está muestreando a 50Hz en un país de la red de 50Hz, y ve una frecuencia menor a 0.5Hz, es probable que esté aliasando el zumbido de la red eléctrica a la frecuencia observada.

Y dadas las entradas opamp de alta impedancia de entrada, parecen un objetivo para el acoplamiento electrostático, en lugar de magnético.

Ahora, ¿en qué entrada?

Si retira el sensor y corta la entrada a tierra, ¿desaparece el ruido? Entonces la conexión del sensor debe ser apantallada más cuidadosamente. O necesita un amplificador de búfer en el sensor para reducir la impedancia de salida del sensor.

Si el ruido persiste: reduzca R21 a 100k y R66 a 100 ohmios. ¿Atenuó eso el ruido diez veces? Si es así, es la entrada negativa la que se está recuperando. Es más probable que ambas entradas estén captando ruido, ya que ambos son puntos de impedancia bastante altos.

Puede reducir la recolección electrostática mediante la detección: experimentalmente, rodee el amplificador con papel de aluminio (y conecte el papel de aluminio al suelo del amplificador)

Aunque no puedo decir de sus tramas lo que está sucediendo, sugeriría lo siguiente.

Cada vez que construye un circuito amplificador, como el suyo, es extremadamente aconsejable proporcionar información de alta frecuencia. Para hacer esto, coloque una pequeña tapa a través de R21. Típicamente 10 pF es suficiente. Esto creará una respuesta de paso bajo en Omega = 1 / (R21 * C), pero eso generalmente no es un problema.

Necesita esta tapa para contrarrestar la capacitancia parásita en el terminal no inversor.