OPA657: TIA电路输出严重失真

主要是我对TIA电路很感兴趣，上午看到这个帖子，仿真了下。

1、你这里是偏置电源主要是偏置电源有问题，跟C1没啥关系。

R6和R7是你的分压电阻，提供给TIA偏置电源2.5V，因为同相端输入阻抗无穷大，没问题。但是，你加上后面电路后，又有了一个R4，一个100R，就有问题了，因为后面同相放大的输入信号一直在变……

另外，请教一下，你后面的同相放大电路，反相端的R4，左边接了一个2.5V，这里出于什么目的呢？

2、当C1=10p时候，相位裕量仍然是足够的。

反向端的J3是为了使得输出叠加再直流偏置VCC/2上，同时放大交流成分。否者运放会放大直流偏置，使得输出接近电源电压。另外，“但是，你加上后面电路后，又有了一个R4，一个100R，就有问题了，因为后面同相放大的输入信号一直在变……”  这句话没有看懂，后面的通向放大的输入信号在变化和我测量的VM1有什么影响。 经仿真，增大R4的值，VM1的VPP会减小。

抱歉，我的仿真有问题，只看到VM1的仿真结果是正确的，VM1的仿真结果是以2.5V为输出的。

没看到VM2和VM3的输出，我再看下这个电路。

1.  TIA输出VM1=(1+Cin/Cf)* V+, 参考电源等效电阻Veq=5k。 第二级由偏置电源提供的交流同向输入电压

V+  =VM1/R4*Req = (1+Cin/Cf)* R4*Req*V+          （1）

这样当R4/Req>=1的时候，（1）关系不成立啊，那这个反馈是怎么建立起来的呢

3. 是的。

另外，由关于TIA设计方面的资料可以提供学习下吗

您好，抱歉，昨天很晚了没给您答复。

关于您的电路，有几点需要说明下：

第一，昨天没细看您的电路，题目中描述的是OPA657，实际TINA中用的是OPA656， OPA656 也是不能单电源供电，供电电源范围和657一样的哈。

第二，电路中和二极管并联的电容C1为光电二极管的电容，C1的值应该和光电二极管的源电容匹配，实际应用中，使用了什么型号的光电二极管，那么C1的值就需要和其匹配。

第三，您打算实现的带宽为多大？

第四，就是补偿电容，在第一级电路中，我看您使用的是50pF的补偿电容，这个容值很大，很容易造成电路的不稳定。

另外就是供电电源的问题，我们不能保证当使用芯片时，超过手册之外的电气参数是否能正常工作，还是建议在使用每款器件的时候，严格按照手册的电气参数范围。

综上，建议您使用满足手册范围的供电电源搭建电路，如果有任何问题，我们再讨论。

关于TIA的资料，我也分享几个，希望对您有所帮助：

2350.跨阻放大应用指南.pdf

关于TIA的FAQ：

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1270002/faq-h-high-speed-amplifiers-transimpedance-amplifier-circuits

可以先把我上述提到的几个问题梳理下，将电路调整到满足手册的要求，使其先能在正确动作条件下，我们再去分析电路的问题根源在哪里:)。

TIA的R3=8K，Cf不接； 考虑耐压问题，第二集运放换成OPA847，R2=50K,R4=3K; 电源换成8V VCC；输出如图1所示,图二是图一的部分放大。看波形感觉还是和仿真的结果类似啊。

可以把TINA reference model附上看下吗?

；如图一，电源分压偏置电阻R7=10K时，仿真结果出不来，显示一直在收集数据（运行的时候和截图工具冲突，就stop了后截图的），将R7调为2K，结果如图二所示，在计算VM3的时候也显示收集数据； 这和上面相同实验参数的实验结果对不上。另外，1.为什么仿真的时候会显示不出结果。2.TINA可以仿真电路的噪声输入吗，这样有利于看看时域上的震荡问题. 3.在震荡的时候，为什么正反馈后，幅值为什么不会一直增大一直达到最大输出电压即出现方波失真。

qioa chen 说：

1.为什么仿真的时候会显示不出结果。

为什么显示器中显示不出来波形，J3的电压为4V，也就是说OPA656的输出是以4V为参考的波形。4V的位置在蓝色箭头这里，那么波形已经溢出显示器。所以如果要显示波形，可以把vertical这里的postion位置下移就可以了。

另外，电流源是+-1uA吗？10k反馈电阻，1uA*10K=0.01V。

那么OPA656的输出是3.99V~4.01V之间的波动，幅值不明显，所以即使vertical的position位置下移，可能您仿真得到的结果类似一条直线。

所以可以将10K反馈电阻改为100K，这样输出3.9V~4.1V之间波动，跟有利于电路分析。或者反馈阻值再大些。

如下，VF2即为4V，VF1即为OPA656的输出，由于我把垂直零点放在-2V的位置，所以4V参考在中间零点上面2个格（每格代表1V）

qioa chen 说：

2.TINA可以仿真电路的噪声输入吗，这样有利于看看时域上的震荡问题

在Analysis这里，点击noise analysis可以看到 ，可以对其进行input ，output以及total noise分析。

qioa chen 说：

在震荡的时候，为什么正反馈后，幅值为什么不会一直增大一直达到最大输出电压即出现方波失真。

您指的哪里的正反馈? 运放要工作在负反馈条件下。

1、这个电路去做开环分析仿真出来的结果，完全是不对的，现在出来的这条曲线是AOL*β。

2、如果把分压电阻去掉，用一个固定的电压去给偏置，这样仿真得出的Aol*β才是对的，且你这个电路的相位裕量是足够的。

3、第一种情况下，第一级输出，到了第二级，J3会跟随第一级输出变化而变化的，它又反馈回到了第一级的同相输入端。这又多了一个反馈。

4、把偏置电源换成固定电源后，异常就不见了。

我也是在TI precision labs运放系列中学到的

感谢分享，确实是偏置的原因，后来我更改电路如第二次的电路那样增加了反向比例运放RG的电阻来减小后级的交流分量耦合到前级。但是没有解决根本问题。根本问题在两个运放公用同一个偏置。分开偏执就好了。

感谢耐心回复。问题找到了，出在共用偏置。

现在有一个新的问题，就是我将电路改成如图所示的电路后，接上LD（电阻驱动，未画出）和PD，但是一直测量不到信号。为此

1. 我通过在TIA级前通过加一个电容和电阻构成反向比例运放并加入测试电压来检验整个电路的工作好坏，从最后的输出发现整个电路是正常工作的。这样判断问题是处在前级的TIA电路没有将PD得到的电流转化为有效电压或者说电压没有传到后级。

2.经过检查，LD和PD是正常的，通过另外一块由OPA129(TIA)+OPA2227（反向比例运放）的光电探测模块检验可以采集到正常波形。

3.通过调节电源电压（4V-8V，经外接电阻构成比例运放测试，运放是可以正常工作的），发现一个有趣的现象，调整不同的电源电压的时候，LD光强发生变化，此时，TIA的输出电压和电源电压的变化关系如手绘图所示。我想TIA的输出电压的变化应该是由于PD输出的直流电流流经跨阻导致的电压偏移。那么这说明本TIA电路是可以转换PD的电流的。可是为很么交流信号就放大不了呢？

4. 上次提到的  “在震荡的时候，为什么正反馈后，幅值为什么不会一直增大一直达到最大输出电压即出现方波失真”。 意思是如果运放发生自激振荡，此时为正反馈，那么输出电压照理说会一直增大知道编程方波为止啊，为什么振荡的时候还是一个电压幅值有限的正弦波呢？

revert_single_656&847.TSC

另外还有一个问题，当两个运放采用公共的偏置电压的话，会出现图一所示的现象，且跨阻越大，产生的失真方波的频率越小。请问这是为什么？revert_single_656&847_commonDreift.TSC

补充一下关于第二点和第三点。第三点的手绘图得到的TIA_OUT是直流电压；没有看到交流分量。所以疑问交流哪里去了。

补充一下第3点。 a).途中有两条曲线，分别表示两种封装了光电探测器的半导体二极管LD&PD。 b) 激光器点亮时，TIA的运放的负端的电压比电源电压还高，正端为正常的电源电阻分压偏置电压VREF。

再补充一下第三点。查到的PD的参数是正向电流是10mA,反向电压是30V。

主要是我对TIA挺感兴趣的，因为毕业以来一直接触它，现在还再跟它打交道。

1、TIA无法放大交流信号，直流可以，可能是带宽不够。

你的设计需求是什么呢？放大的光信号是脉冲？正弦？还是啥。脉冲的话，tr/tf需要定好，正弦的话就是频率。这样你就知道你的TIA带宽了。还有其它参数，诸如输出电压大小，等等；

2、TIA的Cf是一定要加的，因为PD有结电容。它会在1/β上增加一个零点。PD的结电容是分析TIA电路的关键。

这是不加Cf的情况，Aol和1/β的闭合速率等于40dB/dec了，也就是相移了180°，正反馈了。

这是加了Cf以后，在1/β上又加了一个极点，闭合速率就20dB/dec了，满足稳定性要求了。

Kailyn Chen 说：

关于TIA的资料，我也分享几个，希望对您有所帮助：

2350.跨阻放大应用指南.pdf

关于TIA的FAQ：

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1270002/faq-h-high-speed-amplifiers-transimpedance-amplifier-circuits

我也是最近看了下 TI专家 陈工推荐的资料，学到的……

1. 放大的交流信号是类正弦信号。带宽是足够的。

2. 确实，之前用OPA656+847做双电源电路的放大时，是会发生自激振荡，后面通过调整反馈电容和电阻使得自激振荡消失，但是和这次的单电源电路一样，没有信号输出。实际上，本电路实验上是没有发生振荡的，可能是反馈反馈电阻上的寄生电容起作用了把，另外PCB布线的时候，没有选择覆铜，负载前面加了隔离电阻。

3. 看来很多资料将CF怎么计算的，但是只是给了公式，但是怎么推到的好像没有讲，有相关的讲解和推到的资料吗。

补充第2条：之前贴出来的仿真出现方波失真是在前后两级的同向输入端共接一个偏置电压造成（好奇原因就问了一下）。实际上分成两个偏置分别接是不存在自激振荡 的。

qioa chen 说：

3. 看来很多资料将CF怎么计算的，但是只是给了公式，但是怎么推到的好像没有讲，有相关的讲解和推到的资料吗。

我之前看过几遍TI precision labs运放系列课程，这个课程非常好，带宽和运放稳定性部分可以帮咱们理解Cf的内容。

很多公式都是给的临界阻尼条件下的Cf怎么计算的，就是Cf再小一点就震荡了，有的文献中提到按照这种方法不太可靠，因为不同运放的增益带宽积比较离散，受温度等影响也较大。

反正我都是先选个合适的运放，然后根据增益和带宽选好了Rf和Cf，就仿真看下相位裕量。

这个电路最奇怪的是，改号了偏置电路后，用信号发生器的信号测试是没有问题的，加上激光器和光电二极管后，TIA的反向输入端（光电信号输入引脚）的电压（5.6V）比电源（VCC=5V）还高；我觉得是因为这个原因，导致交流信号消失了。但是就是不知道为什么反向端会出现比电源电压还高的直流量。同向输入端的电压是VCC/2，正常的。

抱歉，我的回复太多太杂了；我另起一个问题，概括一下关键问题。

qioa chen 说：

抱歉，我的回复太多太杂了；我另起一个问题，概括一下关键问题。

好的。