在光電二極管電路中實現(xiàn)低頻精度和提高帶寬的技巧
出處:維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于:2024-08-07 17:40:34 | 612 次閱讀
首先,仔細(xì)查看運(yùn)算放大器的輸入偏置電流規(guī)格。理想情況下,零電流流入或流出輸入端,所有光電流都流過 TIA 的反饋電阻并貢獻(xiàn)給輸出電壓?! 〔恍业氖?,實際的運(yùn)算放大器需要一定的輸入偏置電流,而在其他應(yīng)用中似乎可以忽略的偏置電流可能會在光電二極管系統(tǒng)中產(chǎn)生不可接受的誤差。在非零偏置電流下,部分光電流會轉(zhuǎn)移到運(yùn)算放大器的輸入級,如果光電流處于低納安范圍內(nèi),則不需要太多的電流轉(zhuǎn)移就能嚴(yán)重改變放大器報告的測量值。

一般來說,您需要一個帶有 FET 輸入級的運(yùn)算放大器。BJT 會吸收過多的偏置電流。但即使是 FET 輸入級也具有 IC 輸入電路中常見的保護(hù)二極管;這些二極管有漏電流,而且隨著溫度升高,這種漏電流會變得更加顯著。如果您正在為高溫應(yīng)用設(shè)計光電二極管放大器,請務(wù)必檢查高溫規(guī)格!
專為 TIA 應(yīng)用而設(shè)計的運(yùn)算放大器可以實現(xiàn)極低的輸入偏置電流。例如,我快速搜索了一下,找到了 Analog Devices 的 LTC6268。在室溫下,其漏電流只有幾飛安。然而,在 125°C 時,規(guī)格為 4 皮安(最大值)——增加了三個數(shù)量級!
PCB 漏電
其次,我們需要記住,我們的 PCB 走線周圍并不是由提供無限電阻的材料包圍的。如果光電二極管的連接走線靠近會產(chǎn)生顯著電位差的走線或銅箔,則通過 PCB 的直流漏電流可能大到足以導(dǎo)致錯誤。
光電二極管的輸入信號通過一條線跡傳輸至運(yùn)算放大器的反相輸入端。反相輸入端通常位于地或接近地,因為非反相輸入端保持在地或小的偏移電壓。因此,更容易引起漏電流問題的線跡是那些電壓不接近零的線跡,例如正電源電壓或負(fù)電源電壓。為了最大限度地提高精度,請在這些線跡和光電二極管輸入線跡之間留出盡可能多的空間(在合理范圍內(nèi))。
擴(kuò)展帶寬
許多光電二極管應(yīng)用不需要高頻響應(yīng),這讓事情變得簡單一些,因為即使速度不是主要考慮因素,設(shè)計優(yōu)化的光電二極管電路也很困難。當(dāng)你將寬帶寬要求納入其中時,情況就會變得非常具有挑戰(zhàn)性。 上一篇文章中給出的電路圖顯示,反饋路徑中包含一個正常電容器 (C F ),以確保足夠的穩(wěn)定性:

然而,在高速光電二極管應(yīng)用中,反饋電容的最佳數(shù)量可能非常小——在某些情況下遠(yuǎn)小于 1 pF。這在高增益應(yīng)用中尤其如此,因為隨著反饋電阻的增加,對反饋電容的需求會減少?! ∫虼?,寬帶寬光電二極管 TIA 可能不需要 CF,要么是因為反饋極點(diǎn)不在會產(chǎn)生不穩(wěn)定的頻率處,要么是因為反饋路徑具有太多的寄生電容而不需要特意安裝的電容器。

進(jìn)一步來看,我們發(fā)現(xiàn)寄生電容實際上可能大于所需的補(bǔ)償電容。在這種情況下,寄生電容不必要地限制了 TIA 的帶寬,而設(shè)計人員的任務(wù)是減小反饋電容以增加帶寬。
在布局緊湊、走線較短的情況下,我們無法減少反饋路徑中銅連接的電容。但是,我們可以減少與反饋電阻相關(guān)的寄生電容。
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