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[参考译文] OPA855:有关将 OPA855用于差分 TIA 设计的问题

Guru**** 2386510 points
Other Parts Discussed in Thread: OPA855, OPA856, TINA-TI
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1483235/opa855-question-about-using-opa855-for-differential-tia-design

器件型号:OPA855
主题中讨论的其他器件: OPA856TINA-TI

工具/软件:

您好:

我目前正在使用 OPA855设计差分跨阻放大器(TIA)。 我的设计基于 WuZigo Wu、Zeyang Wen、Wench强 Li 和 Gongliu Yang 撰写的"适用于检测高频微弱光信号的宽带低噪声简单差分跨阻放大器"论文。

但是、我面临着一个输出端发生振荡的问题。 我使用 TI 提供的反馈电容计算器作为参考、但无论我如何调整电容值、500 MHz 周围的振荡都会持续存在。 唯一观察到的变化是在输出 FFT 出现峰值的频率范围内。

我在中对同一电路进行仿真时得到的结果 测量功能 、它是稳定的、如随附的图像所示。

下图显示了仅在时输出的 FFT SUPPLY 施加到当前板上。 这证实了中存在振荡 数百 MHz 范围

为了找出根本原因、我访问了 TI 的论坛、并得到了回复 我的超次元帝国69 同时提及该功能 超出了 OPA855的增益稳定性条件(7V/V) 运行。 链接到 POST 如下:
TI 论坛链接: e2e.ti.com/.../opa855dsgevm-high-gain-peaking-on-evm

在我当前的 TIA 板中、两个输入端子按大约间隔 8mm 但这种间隙不是纯铜布线。 它还包括一个 用于 APD 偏置隔离的直流阻断电容器(0805尺寸) 以及 反馈电阻器和电容器(0402尺寸)

以确保 噪声增益稳定性条件(>7V/V) 我特意添加了 c_cm 两个输入端子之间的电阻值、范围为 1pF 至5pF 以1pF 为增量。 然而、振荡保持不变。

 我故意增加 c_cm 、包含在中 C_TOT 、以确保噪声增益超过 7V/V

"我知道,就一会儿。 减小了 OPA855-APD 路径长度 通过将 APD 物理上更近地移动、但结果相同(这仅用于测试、不适用于实际使用)。 这使我相信这一点 违反噪声增益稳定性条件可能不是振荡的根本原因

有趣的是、我用替换了 OPA855 OPA856 、其 GBWP 较低、但稳定在 1V/V 振荡消失了。  我认为这只是由于带宽的降低。

到目前为止、我已尝试:

  • 调整 反馈电容器
  • 确保 噪声增益稳定性条件 阻抗

尽管作出了这些努力、但振荡仍在继续、我不确定接下来要做什么。 非常感谢经验丰富的工程师提供任何见解或建议。

此致、

更多细节

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    大家好、我会深入了解并回复您。

    此致、

    Aditya Gosavi

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    您好 Moon、

    我阅读了您上面发送的文档、其中提到了如下所示的差分 TIA 电路:

    但是、我无法了解您在 TINA-TI 中连接了什么电路配置。 我看到 TIA 也进行了交流耦合。

    稳定性方面、您可以尝试直接在 OPA855的 IN-至 GND 处添加一个较小的(5pF)电容、并检查稳定性。

    此致、
    Aditya Gosavi

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    你好 Aditya Gosavi

    感谢您的答复。

    在实际实现中、向 APD 施加105V 反向偏置、并在其端子上添加了一个电容器以对 BIAS 进行交流耦合。
    这是否会影响仿真结果?


    此致、
    Chanhui Moon

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    尊敬的 Chanhui:

    我无法理解为什么您在 APD 端子之间添加了一个电容器、因为 TINA 原理图中已经有交流耦合电容器 C1和 C2 (100nF)。 我还认为原理图中的1.2pF C5电容器是 APD 结电容。

    使用上面帖子中的原始电路、我进行了一些仿真、结果发现它是不稳定的。

    无法根据交流响应来全面判断电路稳定性。 正如您在上面的帖子中所提到的、"当我在中对相同的电路进行仿真时  测量功能 、它是稳定的、如附图所示。"、这不是完全正确的、因为交流响应显示了一些峰值、这是不稳定的迹象。 要检查电路是否稳定、您需要在 TINA 中执行开环稳定性分析、这样将获取相位和增益裕度值。

    有关稳定性分析、请参阅以下资源: www.ti.com/.../4080235259001

    从稳定性分析可以看到 上面闭环增益曲线的波特图(AOL*Beta 曲线)。 系统具有负相位和增益裕度、因此系统不稳定。

    下面还可以看到瞬态响应、

    为了提高稳定性、我建议您在连接到 GND 的运算放大器 IN 或反相输入端添加一个输入电容器。 我看到您已经尝试在电路中添加一个 CCM 电容器、但这将不起作用、因为该路径中存在其他电路元件(如电阻器)、这不会增加 Ctot 电容。 因此、我建议您直接从 IN-引脚到 GND 添加一个2pF 电容器(或更高)、并检查稳定性。

    添加2pF 输入电容器后、相位裕度为46度。 我将瞬态响应和闭环增益波特图附在下面-

     

    请查看下面随附的 TINA 原理图-

    e2e.ti.com/.../opa855-diff-tia-e2e.TSC

    e2e.ti.com/.../opa855-diff-tia-stability-e2e.TSC

    此致、
    Aditya Gosavi

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    非常感谢您的友好和详细的解释。 这对我的理解很有帮助。

    标记为 C5的电容器对应于 APD 结电容。

    我还回顾了您分享的稳定性分析材料。

    有一个我仍然不完全了解的部分是在开环稳定性分析期间在原理图中添加红色圆圈部分的原因。
    添加此器件是为了在保持实际反馈环路的同时创建单独的交流分析环路、这是否正确?

    此致、
    Chanhui Moon

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    尊敬的 Changui:

    添加红色部分是为了使运算放大器的输出在交流分析期间看到反馈网络。 在交流分析期间、电感器为开路、运算放大器与反馈网络截止。

    此致、

    Aditya.