AD9726-ADA4937-AD811の構成で、AD811を５倍の反転アンプとして使っているのですが、その出力を2.5nsで2Vステップ変化させると20mVで10usec程度のオーバーシュートが出ます。
波形は立ち上がり終了が20mV大きく、その後指数関数で減衰して、10-20usec後に所望の電圧に落ち着きます。
アンプのセットリングでは説明できず困っています。

この原因と対策をご存じの方はいらっしゃらないでしょうか。

皆さん、色々とアドバイスありがとうございました。
DACの出力を２倍に増幅して±1Vの差動出力を作るADA4937を、より遅いADA4932に変更したところ、問題のドリフトは解消しました。いまは全く問題がありません。
なぜこの様な症状が出るのか、理由はわかりませんが、それぞれの周波数特性の違いが原因なのでしょうか。
なお、パスコン追加は効果がありませんでした。

maruさん、ご状況のアップありがとうございました。

> 出力のAD811ではなくADA4937が怪しいと

とのことですが、前段の方がスイングが小さいわけですから、熱的な変動も少なくなっているわけですよね。

それで思ったことを書き込んでみたいと思います。

電源まわりはどうでしょうか。この回路全体、もしくは特定の大電流ラインでの、電源ラインのインダクタンスや直流抵抗、それとそれにより充電される電源のバイパスコンデンサ、これらの過渡的なレベル変動で、たとえば回路のバイアスポイントが変わってしまうとか、そのような原因は考えられないのでしょうか。

スイングレベルからすれば、167ppm程度の過渡的ズレですので、そんなこともあるのではないかと思った次第です。ご参考になれば幸いです。

Greenlineさま、リカルドさま
ありがとうございます。
実際の応答はオシロスコープではわからないレベルで、実機（計測装置）に組み込んだ状態で統計的に誤差として検出されます。そのため、現象の実体がつかめず苦戦しています。
その量と時間に対する応答はすばらしく一定で安定して現れるため無視することが許されない状況です。

測定の結果から、300nsec、2usecおよび13usecのおかしな応答があり、前の二つは測定時には減衰しているので問題とならないのですが最後のものが問題です。その量は3Vステップで0.5mV程度であろうと思われます。

現在、出力のAD811ではなくADA4937が怪しいと考えています。
また何かわかりましたらここに報告します。

maruさん、みなさん、こんにちは。

サーマル・テイル現象について関連する記事がありましたので、ご紹介します。

http://cds.linear.com/docs/Application%20Note/an10.pdf
この5ページ目の後半、次のページには参考文献も出ています。

また弊社関連では、
http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/29-2/QandA.html
がありました。結構詳しく説明されています。どちらも、
Reference: Demrow, Robert, "Settling time of operational amplifiers," in The Best of Analog Dialogue, 1967 to 1991, pages 32-42. (Original:Analog Dialogue, vol.4-1, 1970)
を参考文献にしていますね。少し抜粋してみました。

Q. Why do data sheets sometimes define short term and long term settling characteristics?

However, there are some cases where the initial settling is fast, followed by an extended period of settling to the final value. Single-supply amplifiers may exhibit this characteristic in the vicinity of the lower rail. Of greater prevalence for large transients, a "thermal tail" is a slow drift that continues for a relatively long time after rapid settling to apparently excellent initial accuracy.

「サーマル・テイル」についての基本的説明。単電源ではマイナス側電源電圧（レール）付近で動作する場合に出やすい


Thermal tails are produced when voltage level changes within the op amp caused by a step transition create temperature gradients among the transistors. Matched transistors will not track well while they are at temporarily different temperatures.

ステップ変動により温度勾配が発生し、これによりトランジスタ間のバランスが崩れる

The thermal time constant of the chip determines how long it takes for equilibrium to return. Op amps are designed to prevent or reduce these effects by careful placement of devices and strategies to produce thermal symmetry, but this is easier for low-level high-precision devices than those designed for high-speed, because of the large, rapid swings of power that occur.

熱時定数が平衡状態に戻るまでの時間を決定する。OPアンプでは設計とレイアウトで対策はしているが、高速アンプで発生しやすい


この点からすると、もしサーマル・テイルが原因だとすれば、

●電源電圧レール幅を広げる（とくにマイナス電源と振幅のボトム）こと、

●入力トランジスタが原因だと想定してみると、帰還抵抗をできるだけ大きくして（電流帰還で使える最大くらいにして）、低インピーダンス入力側の端子に電流が流れない（つまり発熱しない）ようにすること（でも、こちらは利得が5倍の設定のようですから、原因としては小さいかもと思います）

●アンプ自体がこのテイルを生じさせているのか、測定系でそう見えているのか、ご確認いただければ

これを私のアイディアとしてご提案したいと思います。

・オシロのキャリブレーションはＯＫですか

・後段の方から切り分けて調べましょう。

・５倍の増幅率なら、入力波形を測定出来るでしょう。

　例えば４７Ωと４．７Ωで１／１１に分圧した信号をオペアンプ入力とします。
　４７Ωと４．７Ωの電圧波形は相似である事が期待できます。
　４７Ωの電圧を測れば、十分な振幅でしょう。

　７４ＨＣ１４を使えば抵抗とコンデンサ各１個で発振器が作れます。１０Ｋ、４７Ω、４．７Ω　を直列にして分圧すれば、簡単な信号源が作れます。
　もちろん、測定するのは４７Ωの所です。

・直流増幅回路ですか。コンデンサで切っていませんか。

・両電源を使う所に、片電源を使っていませんか。

・電源のパスコンはＩＣの近くに入っていますか。

・電解コンデンサののパスコンも近くに入っていますか。

・電源ノイズは有りませんか。電圧は安定ですか。

皆様、ありがとうございます。
いろいろと調べたのですが、AD811は300nsec程度の時定数のオーバーシュートを示し、それ以外に2usec程度のオーバーシュートがありそうです。
これらは、サーマル・テールの影響だと思うのですが、これほど大きいものなのでしょうか。
高速・高精度の走査に使用したいため、DCレベルの変動が問題になり、困っています。

どなたか、高速アンプに起こるサーマル・テールに詳しい方、サーマル・テールの少ない高速アンプをご存じな方はいらっしゃらないでしょうか。

ご参考になるかどうかわかりませんが、やはり切り分けをされたほうがよいかと思います。どのICがおかしいのか、計測なのか、正しい結果が出るモノを活用して、それで置き換えて切り分けされることがよいかと思います。

釈迦に説法となること、恐縮ですm(__)m。

パルスジェネレータのような信号源があると、それを使っていろいろ置き換えて（もしくは切り替えて）、動作を確認してみるのはいかがでしょうか。

ふと「スペアナでゼロスパンで」と書こうと思いましたが、ベースバンドなんですよね…。

maru　様

>前段の信号は小さいのでオシロでは確認できませんでした．

反転入力ピンの電圧は小さいままとの事なので，AD811は飽和も起こさずリニアな動作をしているという事ですね．

おっしゃる様に前段側が疑わしいかもですね．

NickNameHamaさま
ありがとうございます。
帰還抵抗は499Ωであり、指定の範囲だと思います。

この問題は、セットリングなどの周波数応答ではないと思いますが、原因がわかりません。
内部のトランジスタが急な応答でサーマルドリフトを起こしているのでしょうか？このような文章がTIのHPにある
高速データ変換.pdf
に書かれていましたが、これが私のケースに当てはまるのか判断できません。

なお、OPアンプを交換して試しましたが現象は変わりませんでした。従ってAD811ではなくDACのAD9726や、その後のADA4937で起きているかもしれません。
前段の信号は小さいのでオシロでは確認できませんでした。

maru様　こんにちは．

回路図やボードや計測方法など，実物を見る事が出来ればベストなのですが，書かれている内容だけで少しコメントさせていただきます．

データシートのfig33～の波形写真を見ても，本来そのような現象には成らないはずですね．

何か内部のトランジスタが飽和し，少数キャリアの蓄積により回復が遅れている感じもしないではありません．．．

AD811は電流帰還型なので，OPアンプの出力ピンと反転入力ピンを結ぶ帰還抵抗は，勝手な値が取れない制限があります．だいたい500Ω～1ｋΩの間でなければなりません．

例えば帰還抵抗を1ｋΩとすれば，前段のアンプの出力ピンからAD811の反転入力ピンを結ぶ抵抗は，ゲインが5倍なら200Ωになります．

もしこのような値になっていなければ，これを実験をする価値はあると思います．

次に調べたいのは反転入力ピンの波形です．ここはFETプローブで，非反転入力ピンを基準に反転入力ピンの波形を観察します．アンプの出力電圧が2Vなら，20ｍVを超えるような電圧が存在していないでしょうか．

さらに，AD8001やAD829など色々なOPアンプに交換しても同じ様な現象が出るのでしょうか．

私なら，こんなところから調査を始めます．