Warum verhält sich mein negativer Spitzendetektor schlecht?

Hintergrund

Ich habe eine Amplitudendetektorschaltung, die aus positiven und negativen Spitzendetektoren besteht, die in einen Instrumentenverstärker eingespeist werden.

Der Zweck der Schaltung besteht darin, die Amplitude einer Wechselstrom-Rechteckwelle auszugeben. Der Grund, warum ich sowohl positive als auch negative Spitzendetektoren habe, ist, dass die Rechteckwelle um 0 V nicht symmetrisch ist. Für eine 12-V-Spitze-Spitze-Rechteckwelle kann ein Versatz von bis zu 200 mV auftreten. Wenn ich einen Eingang hätte, von dem bekannt ist, dass er symmetrisch ist, würde ich einfach den positiven Peak messen und ihn verdoppeln.

Die Schaltung funktioniert meist wie erwartet.

Problem

Bei einer Rechteckwelle mit 200 kHz und 7 Vpp ist der positive Spitzendetektor nur ~ 1% von der auf meinem Oszilloskop angezeigten positiven Spitzenspannung entfernt. Der negative Spitzendetektorausgang ist jedoch ~ 10% kleiner (in der Größe) als der Spitzenwert auf der negativen Seite der Welle und weist große Offsets auf, wenn die Eingänge klein sind.

Nachfolgend sind einige Daten aufgeführt, die ich von der tatsächlichen Schaltung mit Rechteckwellen verschiedener Amplituden und Offsets bei 200 kHz gemessen habe. V+peakist die positive Spitzenspannung der Rechteckwelle am Eingang der Schaltung. V-peakist die minimale negative Spannung der Rechteckwelle. V+outist der Ausgang des positiven Spitzendetektors. V-outist der Ausgang des negativen Spitzendetektors.

V+peak | V-peak | V+out | V-out |
 0.22V   0.00V    0.22V   0.17V
 2.16V  -2.40V    2.15V  -2.08V
 3.66V   0.00V    3.63V   0.18V
 3.48V  -3.84V    3.48V  -3.49V

Beachten Sie, dass der Gleichspitzendetektor bei Gleichstrom-Rechteckwellen (die nicht unter 0 V liegen) auch eine ziemlich extreme Offset-Spannung aufweist.

Mein negativer Spitzendetektor hat genau die gleiche Schaltung wie der positive Detektor (siehe Abbildung), außer dass die Polarität der Dioden umgekehrt ist.

Schaltungserklärung

Zu Beginn wird der Kondensator durch R11 entladen (0 V) und U3 ist in negativer Sättigung. D3 blockiert den Strom. Der Vorspannungsstrom von D4 wird von U1 über den 47K-Widerstand bereitgestellt. Diese Konfiguration dient dazu, zu verhindern, dass die Rückwärtsleckage der Dioden C12 entleert, und verringert den Abfall des Ausgangssignals.

Wenn der nichtinvertierende Eingang von U3 die Spannung des Kondensators überschreitet, rast der Ausgang von U3 auf einen positiven Wert und Strom fließt durch D3 und D4. Der Spannungsabfall der Dioden wird aufgrund der Rückkopplungsspannung nach dem Abfall negiert. Der Kondensator lädt sich auf, bis er die VIN erreicht oder wenn die VIN unter die Spannung des Kondensators fällt. Zu diesem Zeitpunkt kehrt U3 in die negative Sättigung zurück. Der Kondensator entlädt sich langsam über den R11. Dies ist eine Hauptquelle für ein Absinken bei Signalen mit schnellem oder niedrigem Arbeitszyklus, da es einige vor dem nächsten Wellenpeak entlädt.

U1 ist ein Ausgangspuffer mit Einheitsverstärkung, der verhindert, dass die nächste Stufe den Kondensator entleert.

Für den negativen Spitzenfolger gilt die gleiche Erklärung, außer dass der Eingangs-Operationsverstärker den Kondensator nur dann aufladen kann, wenn sein Ausgang über der Ladespannung des Kondensators negativ ist.

Hier ist das Datenblatt für den AD843: http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD843.pdf

Es hat eine hohe Anstiegsgeschwindigkeit (250 V / us) und einen hohen Ausgangsstrom (50 mA) sowie eine niedrige Offset-Spannung (1 mV).

Frage

Warum arbeitet mein negativer Spitzendetektor im Vergleich zum positiven Detektor so schlecht (Offset-Spannung, Statik)?

Fehlt mir ein wesentliches Element bei der Umwandlung der positiven Spitzendetektorschaltung in einen negativen Spitzendetektor?

Das AD843-Datenblatt enthält mehrere Punkte, die relevant erscheinen.

Ich habe zuerst die "Overdrive Recovery" -Zeit (unter der allgemeinen Kategorie "Frequenzgang") entdeckt. Beachten Sie, dass die Wiederherstellungszeit für positiven Overdrive (in Ihrem negativen Spitzendetektor) erheblich länger ist als die Wiederherstellungszeit für negativen Overdrive (in Ihrem positiven Peak-Detektor). Eine halbe Mikrosekunde, wenn Ihre Impulsbreite in der Größenordnung von 2,5 µs liegt (Halbzyklus bei 200 kHz), kann von Bedeutung sein.

Zweitens wird im Datenblatt ausdrücklich erwähnt, dass der AD843 Probleme beim Antreiben kapazitiver Lasten hat. Ihr 10 nF-Kondensator ist mehr als eine Größenordnung größer als jede im Datenblatt angegebene Beispiellast.

Drittens ist im Datenblatt eine Spitzendetektorschaltung angegeben. Die Topologie unterscheidet sich geringfügig von Ihrer, aber noch wichtiger ist, dass sie den AD843 in der Ausgangsstufe verwenden, aber einen AD847 in der Eingangsstufe verwenden, "da der AD847 einen beliebig großen Kapazitätswert ansteuern kann".