请教Ti专家-如何设计高速宽带放大器，器件选择，谢谢

hexi suo

Other Parts Discussed in Thread: THS4304, THS4509, LMH6554, OPA657, OPA847, LMH6629, OPT101, OPA358, THS3202, THS4520

因为对模拟电路设计经验少得可怜，所以请教专家一下问题：

要自己设计一个放大器电路来实现对超高速微弱脉冲信号的放大，待放大信号前沿小于1ns，脉宽几个ns，放大倍数要1000左右。也就是要求放大器带宽500MHz左右，带宽指标要求可以适当放低至200M。

对于这个系统的设计能有合适的器件吗？谢谢，是不是只要器件的增益带宽积大就可以，另外噪声的问题也是很难处理的，要1000倍的目的就是能放大uv级的微弱信号，放大器还要有提高信噪比的功能。

我查了下跨阻放大器的指标可以达到，但是不知能不能适合此系统。

另外，不知道用差分放大器能不能实现此设计

最后，如果倍数和带宽一级实现不了，就要用多级放大，请推荐芯片和设计电路，多级噪声会不会增加，信噪比如何提高。。。

我知道有很多的问题，想得到专家的建议和帮助，非常感谢。。。

想讨论此问题的可以发我邮箱： 29012271@qq.com.cn

13 年多前

0 Vera Mao 13 年多前

TI__Intellectual 1960 points

你好,

请教下,你的应用是你是检测光电流信号吗?

请问下为什么要放大那么大的倍数?

这个系统后面跟的是ADC吗? 如果是的话, 假定一般的ADC满量程是2Vpp,放大1k倍意味着信号是2mV以下. 如果算带宽是500M, 则运放引进的噪声必须小于0.89nV/rtHz. 这个要求比较高.

因为你在放大信号的同时,噪声也会跟着放大. 所以按检测信号的角度来说, 并不是放大倍数越大越好.

刨去系统设计的原因,如果真要放大500M或200M带宽的信号到1000倍, 按目前的器件水平, 一般需要多级放大器来实现.

TI的宽带运放包含差分和单端的接口. 如果要单端输出的, 宽带低噪声的选择有OPA847, OPA657,THS4304等. 差分的有LMH6554, THS4509等等...

可以在这里进行选择:

单端输出:

http://focus.ti.com/paramsearch/docs/parametricsearch.tsp?family=analog&familyId=72&uiTemplateId=NODE_STRY_PGE_T

差分输出:

http://focus.ti.com/paramsearch/docs/parametricsearch.tsp?family=analog&familyId=1453&uiTemplateId=NODE_STRY_PGE_T

另外TI提供TINA仿真软件, 可以进行放大器设计的仿真, 链接如下:

http://www.ti.com/tool/tina-ti

0 hexi suo 13 年多前回复 Vera Mao

Prodigy 90 points

这个用做检测放大光电器件（光电管之类）的输出电流信号，如果等效成电压，被放大信号大约低至uv级别（光电管输出信号），输出通过直接接到示波器记录。因为示波器最低量程只能记录最小5mv的输出，所以想要记录光电管的uv级别快脉冲信号，放大器倍数1k倍左右。我用LMH6629 噪声0.69nv/hz(-0.5)进行仿真发现噪声在1000倍左右80M带宽，输出都在10mv以上，这样对于测量输出5mv的信号就没有了意义。如果噪声模拟到1mv一下发现带宽只有几十khz了。。。

另外据您了解跨阻放大器在这种情况下能解决此类问题么？

非常感谢您的回答和建议，现在急需得到您的建议

0 Vera Mao 13 年多前回复 hexi suo

TI__Intellectual 1960 points

你好,

请问你用示波器记录后是准备直接在示波器上看吗?还是准备再把采到的数导出来进行处理? 如果是后者的话, 应该要作多次平均降噪才能处理出来吧?

按照你这样的应用,需要先用跨阻放大器转换电流到电压.再对电压进行放大.

所以需要明确的是你输入的信号和噪声(APD的输出噪声)之间的关系. 以及你的处理方式, 再决定放大倍数的大小.

从器件的角度来说, 关于跨阻放大器,TI最低电流噪声的器件是OPA657, 是fA级别的. 谢谢!

0 hexi suo 13 年多前回复 Vera Mao

Prodigy 90 points

是接在示波器上直接记录和查看，因为示波器最低记录大约5mv，放大1000倍目的就是能记录到探测器输出的5uv的信号（转换成电流就是100pA），拓展探测的底限。。。

前端探测器的噪声也就是暗电流大约10pA以下，现在使用的放大器倍数为100倍，这样就只能得到最低的电压为50uv，电流为1ua，这样光电探测器的输出和现在的记录就差了2个量级，设计的放大器目的就是把这个探测盲区弥补上去。。。

我用仿真得到单级opa657的输出噪声大约在200MHz已经达到2mv，我怕再用后端的放大，噪声会不会更大，如果噪声大约5mv，也就没有了意义。

0 Vera Mao 13 年多前回复 hexi suo

TI__Intellectual 1960 points

你好,

请问你们是已经订好了TIA的方案,只要寻求后面的放大方案吗?

如果是的话, 按照你的描述, 你目前用的TIA的跨阻增益是50K? 还可以达到200M的带宽? 请问是用了哪一款TIA?

另外需要确认的是: 所以输入到TIA的信噪比是20dB? (100pA信号,10pA噪声?)谢谢!

0 hexi suo 13 年多前回复 Vera Mao

Prodigy 90 points

对，现在基本确定使用TIA了，我们的放大器现在能测到1uA的电流，现在做的要比这个低1-2个量级，也就是要测到10-100nA的电流。跨阻增益是不是应该是(5mv/100na)=50000，或者500k，我用opa847仿真，效果不是很明显，不知道是不是这个指标必须用分立器件来做了？是不是要用cmosJFET晶体管。。。

另外输入到TIA的信噪比应该是1000-10000（10-100na信号，10pa暗电流）

不知道这个指标是不是很难达到。。。给个能做出来，可靠的指标也行

非常感谢您的回答，祝一切顺利

0 Vera Mao 13 年多前回复 hexi suo

TI__Intellectual 1960 points

你好,

由于信号比较小, 且带宽要求很高, 有一定的难度.

我这边设计了一个接近的. 假定你的APD的寄生电容是0.5pF.(按照一些常规的器件指标). 我的整条链路如下:

输入100nA,50ns宽度的信号, 仿真结果如下:

如果输入10nA的话, 那后面需要增加放大级数了.

谢谢!

0 hexi suo 13 年多前回复 Vera Mao

Prodigy 90 points

您好，非常感谢你所做的，指标增益和带宽都很好，但是噪声，输出总噪声>10mv,指标要求在5mv一下，估计要牺牲一些增益来降低噪声。另外，请教老师，有TINA仿真的指标和实际电路做出来的指标相差能有多大，我知道模拟的东西，特别是高频下，噪声会不会比模拟要大得多，因为没有用tina和实际电路做过比较，所以请教老师，这个差异大不大？

非常感谢，祝一切顺利