[参考译文] OPA355：同相放大器设计

您好 Sruthi、

1. 输入端的电容器可用于阻断直流信号、这样将消除输入源/级的直流误差。 如果不需要直流信息、可以将其选择为高通滤波器、具体取决于输入端的电阻器、当然低于 500kHz 的输入信号频率。 为了实现低截止频率、我们通常使用 1uF 至 100uF 的电容器。 如果您使用通常是驱动 ADC 的单电源设计、那么这些应用手册将非常有用、可指导您进行交流耦合设计、然后添加直流信号来转换共模、从而满足放大器的输入/输出电压范围和 ADC 的规格。
   
      https://www.ti.com/lit/ug/tidu871/tidu871.pdf?  和 https://www.ti.com/lit/an/sboa224a/sboa224a.pdf? 
   
   放大器会产生内部误差（直流失调电压和偏置电流）、这将反映在输出端。 如果您还希望减小失调电压误差、您也可以在放大器的输出端添加交流耦合电容器、这个值将是相同的。 使用单电源配置时、需要在交流耦合电容器之后再次将直流基准电压重新添加到 ADC。  
   
   
2. 是的、您回答正确。 在截止频率处、估计所需的 GBW 将为 10 * 10MHz。 由于输入信号频率为 500kHz、因此您可以根据需要降低频率截止频率。  
   
   
3. 是的、没错、您可以执行一个有源低通滤波器、后跟一个无源二阶滤波器、将 BW 限制在接近 500kHz 的范围内。
   
   
4. 具有四阶滤波器将有助于在频率截止频率处实现更陡的滚降。 这样做是可以的、额外的元件会产生额外的噪声、但根据所选的值和应用范围的温度、它可能不是主要的噪声因子。 我们可以在 TINA-TI 或 PSpice 仿真器中调整/尝试这些可能性。  
   
   
5. 我们可以帮助您为 ADC 提供建议和设计放大器+滤波器。 您是否选择了 ADC？ 如果不需要、是否需要单端或差分输入？ 您的电源电压要求是什么？  

谢谢您、

Sima  

感谢您的答复、Sima。

我有一个关于模拟前端设计的后续问题。

我们的输入信号大约为几微伏、由光电二极管产生。 要增加信号振幅、您会建议使用反相放大器还是同相放大器？ 请分享考虑噪声性能和稳定性的理由。

在此阶段、我们尚未最终确定 ADC 选型。 输入信号主要是单端信号、但我想提供单端和差分两种方法的建议。

设计约束和要求如下：

• 输入信号频率：500kHz

• 所需增益：11.

• 应用：低噪声模拟前端

• 抗混叠滤波器截止频率：10MHz

• 滤波器增益：1.

• ADC 电源电压：3V

基于上述情况、您能否建议：

1. 适用于放大器级的运算放大器（低噪声要求）

2. 适合滤波器级的运算放大器

3. 设计该模拟前端时应考虑的主要设计注意事项和预防措施（噪声，带宽，稳定性，布局等）

期待您的指导。

您好 Sruthi、

  对于光电二极管、这些电路大部分时间都是电流输出、除非它与带有 TIA（跨阻放大器）或电阻器的 IC 一起用于产生电压输出。 我想确认前面的陈述在集成位置是否正确并将是 电压输出、或者您需要使用 TIA 级进行电流到电压转换。  

 如果需要 TIA 级、这将是您的第一个低噪声级、然后我们将通过无源二阶滤波器转换为单端 ADC 或有源二阶全差分放大器滤波器+无源二阶滤波器、再转换为差分 ADC。 在这种情况下、所需的增益将聚焦于提供最低整体系统噪声的第一个 TIA 级。

 请告诉我们上面哪项陈述是正确的、我们可以帮助指导单端和差分情况的设计、重点是低噪声。 如果需要 TIA 级、还请提供您将使用的反向偏置下光电二极管的内部电容。  

谢谢您、

Sima  

尊敬的 Sima：

我们的输入源是一个具有内置 TIA 的光电二极管模块、因此输出是电压信号。 基于初始假设、输出电压电平预计在 uV 毫伏范围内。

我们计划使用同相放大器将此信号缩放到伏特范围内。 放大后、我们打算在将信号馈送到 ADC 之前实现一个 6 阶贝塞耳低通滤波器。

在此阶段、我们尚未完全清楚应以单端还是差分方式实现信号链、我们将感谢您在这方面提供指导。

请告知我们您基于类似应用的想法或建议。

此致、
Sruthi

您好 Sruthi、

 感谢您的确认。  

 使用单端 ADC 与差分 ADC 有几个优缺点。 对于差分信号、这在您计划运行更长的电缆/布线时非常有用、并且差分设置将有助于消除高噪声环境。 差分信号还可更大限度地扩大动态范围、通过消除偶次谐波来改善失真、并且仍然有助于降低噪声。  而单端信号传输的优势是：成本更低、尺寸更小、元件更少。  

 下面是我们建议用于单端设计的 OPA838 器件的一个示例：

 设计满足您的 3V 单电源、11V/V 增益、6 阶贝塞耳滤波器要求。 我使用的是 1mV 源、如果您的源接近 UV 范围、您可以调整输入源的增益+滤波器。 而且、您可以将滤波器截止频率调整为接近 500KHz 至 600kHz 以实现更低的噪声、共模电压输出则可以通过 V1 匹配 ADC 所需的共模电压。  

 下面是一个示例、其中包含我们为差分端设计建议的 OPA838 和 THS4551 器件：

  设计满足您的 3V 单电源、11V/V 增益、6 阶贝塞耳滤波器要求。 我使用的是 1mV 源、如果您的源接近 UV 范围、您可以调整输入源的增益+滤波器。 此外、您可以将滤波器截止频率调整为接近 500KHz 至 600kHz 以实现更低的噪声、共模电压输出则可通过 VOCM 引脚匹配 ADC 所需的共模电压。  

e2e.ti.com/.../OPA838-Bessel-Filter.TSC

e2e.ti.com/.../OPA838_5F00_THS4551_5F00_BesselFIlter.TSC

谢谢您、
Sima