[参考译文] OPA818DRGEVM：OPA818 用作 TIA 时具有过大的直流失调电压

您好 Steve、

 感谢您试用该建议。  

 是 EVM 上的电路配置如下：

 您的补偿电容器是什么（EVM 上是否有输入和反馈电容器？）

 另外、回顾前一篇文章、您曾提到您还有一个 EVM。 当输入接地时、它是否仍显示与高偏移电压板相同配置的正确失调电压？

谢谢您、
Sima

HI Sima 电路正确、C feedback <0.01pF、可进行修整以消除杂散电容和容差的影响。 7.5M Ω 电阻器包含三个串联电阻器、以更大限度地减小电容。 求和节点处的并联电容需要在 20pF 至 80pF 的范围内、具体取决于其使用位置。 是的、1M 电阻器位于电路板外部、仅用于测试目的通常、电路板用作 TIA、输入端连接到求和节点。 由于未记录的体二极管连接到基板、热片被隔离、但我不希望手头出现这种影响问题。

因此、我刚刚尝试使用有源探头和频谱分析仪、找出了问题的根本原因、我的冲子正好在 650MHz 处振荡、并且频率/直流失调电压会因并联电容而异、因此我们需要调整 OPA818。 我知道未补偿的宽带运算放大器可能很棘手 、但这个运算放大器旨在用作 TIA、因此我们假设它可以实现。 在您的 OPA818 数据表中、您显示的旁路电容器为 0.22uF 和 0.01uF、但这些旁路电容器的电感值会高于几个混叠的 MHz、因此可能无效、您是否有更好的建议？ 较大旁路电容器的优点在于其电感会与较小的旁路谐振、从而产生谐振频率。 不管怎样,将有兴趣听到你的建议最好的史蒂夫

您好 Steve、

Sima 已经下班了、但我可以帮助您解决您的问题。 如果器件不稳定、就像您之前提到的、去耦电容器之间可能会因谐振而出现潜在振荡、但我们已将这些确切值用于我们在 EVM 中最快的器件。 OPA855 是在速度快得多的器件上选择去耦的一个很好的示例。 更改 PCB 中的值是否会改变振荡频率或器件的一般行为？

此致、

Ignacio

否 。遗憾的是、值的变化对振荡没有任何影响。 去耦电容器全部为 0603、并靠近电源引脚。 我只能想到反相输入和接地之间的杂散电容。 更改 OPA818 AC TIA 输入容性负载确实会改变振荡频率和直流失调电压。 最好的史蒂夫

您好 Steve、

 您是否可以尝试使用较小的电阻值？ 在反馈电容非常小的情况下、由于高电阻值与器件的输入电容相互作用、这可能不稳定。  

 和  

 在 TIA 中、您可以返回到高反馈电阻器、因为噪声增益+稳定性取决于您选择的输入/反馈电容：  

  在 TIA 配置中、预期输入电容为 20-80pF 时、您需要大约 0.01 至 0.02pF 才能在 7.5M Ω 增益电阻器下保持稳定性。 如果您需要更高的带宽、实际上很难实现这一点、计算器说它大约是闭环带宽的 2MHz。

谢谢您、

Sima

嗨、Sima、是的、我同意、但即使 OPA818 封装在输出端和 VIN 之间也具有大约 0.1pF 的寄生电容、但如果不考虑任何其他因素、那么为了获得可靠的 1MHz 带宽、确实需要较低的跨阻。 但对于该电路、即使这意味着带宽更小、我们也需要 7.5M 跨阻。  

为了消除布局问题、我们使用了 TI OPA818 评估板、并使用 7.5M RFB 和我们的低电容网络对其进行了修改、在没有输入的情况下、失调电压约为 2.5mV、符合预期。 即使噪声增益为 x2、将我们的 7.5M 输入电阻器/源失调电压连接到 5mV 仍然不会太糟糕。 然后、我们将 7.5M 输入电阻箱替换为 1M、失调电压增加至 25mV、这意味着失调电压主要由 OpA818 的 Vios 导致。 我们还尝试了从零到 84pf 的不同输入负载电容、没有任何变化。 我们还使用频谱分析仪和有源 FET 探头进行监测、在 500MHz 示波器或 1GHz 有源探头上都没有振荡。

对于出现 RFB = 7.5meg 问题的 B 版电路板、我首先在无输入时测量了 60mV 的直流失调电压、然后增加了反馈电容器、并且 Cf=0.4pF（加上板载间隙）的失调电压降至 36mV、失调电压增加至 0.7pF 降至 5mV、因此看起来像电路板当前构建的一样、我们需要更高的 CF 或更低的 RF 来消除直流失调电压。

有两个问题问您、连接的散热焊盘到底如何影响这一点？ 即连接至 0V、连接至 Vee 还是悬空？ 我问、因为我知道散热焊盘通过体二极管连接到基板、并且鉴于振荡为 500 –700MHz、任何小电感/电容都将至关重要。

第二、您能不能让我知道您所使用的 0.01uF 和 0.22uF 电容器的器件详细信息吗？ 这是因为、如果您查看制造商的数据表、您会发现 0.01uF 0603 NPO 电容器在几百 MHz 以上变为自谐振、所以忽略使用 0.22uF 电容器的任何组合谐振、电源去耦阻抗将会是几欧姆。 最好的史蒂夫

您好 Steve、

 感谢您提供详细信息！ 我很抱歉耽误你的时间,我刚从出差回来。 是的、对于 PD、您能够切换到 7.5M Ω 的射频电阻器、但当配置为标准 VFB 时、您需要降低电阻器、因为缺少 APD/TIA 内部电容+所选的反馈电容会使该放大器不稳定。 如果要在 VFB 配置中测试高电阻值、则需要手动添加 20pF 的输入电容。  但是、似乎您尝试添加这个输入电容器、没有看到振荡、但仍然存在高失调电压？ 这个代码会在 TI EVM 上吗？

 与 Rev B 板的主要区别是什么？ 我假设这是在 TI EVM 上完成的。 如果不是、那么是的、如果您的 Rev B 通过增大反馈电容得到解决、那么这可能是非常高频率下的振荡问题。  

对于您的两个问题：

1. 对于我们的大多数器件、散热焊盘通常应连接到 VEE。 但对于此器件、散热焊盘实际上与裸片基板进行了电气隔离、正如您所说、ESD 二极管向下键合到散热焊盘。 在这种情况下、我们在自己的层上将其接地。 但想想还是不错的、由于您的推理、让其悬空可能听起来更好、但由于这些 ESD 二极管与芯片在电气上是分开的、因此它不应该有任何影响。
   
   
2. 是的、正确、我们通常建议甚至将它们配置为 π 型滤波器或添加串联电阻器。 我们几乎一直使用 X5R 和 X7R、NP0 非常适合滤波器 和音频应用、但对于高速信号的去耦电容器、您需要降低电感、这可以通过减小电容器的尺寸来实现。 此外、Kai 和 Michael 的这些线程在布局和去耦技巧方面也非常有用：
   1.  关于适当去耦的问题 
   2.  OPA2350：具有散热焊盘的运算放大器、Sallen-Key LPF 的最佳去耦电容器放置 
   3.  LMH6629：用于单光子检测的高速跨阻放大器 

      这一主题涉及电容器选择原因：  TPA3251：有关电源和去耦电容器的问题  

谢谢！
Sima

您好、Sima、原电路板适用于 20pF 至 85pF 的输入并联电容范围。 输入电阻接地时、它会振荡。 频率会发生变化、但随着输入接地电阻降低、直流失调电压会变得更糟。 因此、您认为是不稳定的 7.5M 会提供 13mV 的直流失调电压、而 1MEG 输入电阻器（具有 x8.5 噪声增益应保持稳定）仍会振荡、从而提供 25mV 偏移、因此 Vios=2.94mV。 如果有任何因素会使失调电压更糟、则向其中任何一个添加任何接地并联电容。 较新的电路板具有较差的失调电压、但真正的区别是分流输入电容越大、根据较早的版本、该电容不应该有问题。 像在我们的电路板上一样移动到您的参考电路板原始旋转输入电容 20pF 至 85pF 没有太大差异。 7.5M Rin 噪声增益=2 的 TI 演示仅具有 5.6mV 的失调电压且无振荡。 如果将其降低到 1MEG 即 x8.5、噪声增益失调电压再次增加到 21.7mV、则没有振荡且失调电压为 21.7mV、因此 Vios 为 2.55mV。 这两个数字都非常奇怪,因为 OPA818 数据表声称典型的 Vios 为 350uV 和最坏的情况下的温度 1.8mV 及以下. 此外、请注意、无论噪声增益是 x2 或 x8.5、参考输入失调电压都相当恒定、对于演示板、任一噪声增益下至少都不可见振荡。  

降低跨阻和增加电容可能确实是更新版本电路板的唯一解决方案、除非我们能够准确找出导致比原始版本更高失调电压的原因。 正如我之前提到的、唯一明显的差异是容性负载更大、但从演示板上可以看出、这不应该有任何区别。

感谢您回答我的问题、很高兴听到有关散热焊盘的信息、这与焊盘连接到 Vee 的测量相关。 我们目前确实有 10 欧姆串联电阻器、使用 0.22u + 0.01u (NPO) 去耦器为 opa818 导轨供电。 我注意到、在 EVM 上、两者都与 1k BLM21 铁氧体磁珠连接在一起。 我当然也可以尝试这种方法、因为它可以提供更好的更高频率去耦。

此致、

Steve

您好 Steve、

• “原电路板适用于 20pF 至 85pF 的输入并联电容范围。  
  • TIA 配置运行良好非常好！
    
    
• “当您将输入电阻接地时、它振荡的位置。  频率会发生变化、但随着输入接地电阻降低、直流失调电压会变得更糟。 因此、您认为是不稳定的 7.5M 会提供 13mV 的直流失调电压、而 1MEG 输入电阻器（具有 x8.5 噪声增益应保持稳定）仍会振荡、从而提供 25mV 偏移、因此 Vios=2.94mV。 如果有任何因素会使失调电压更糟、则将任何接地并联电容添加到其中任何一个。“
  • 我认为、对于此配置、最好使用阻值较小但具有高增益 (>=7V/V) 的电阻器、或者将并联电容添加到接地端+一个额外的反馈电容器。 这种与高阻值电阻器的电容器组合可能效果更好。 但是、检查阻值较小的电阻器的配置会更容易。 但是、由于它已经在 TIA 配置中工作、因此可能不需要进行此检查。
    
    
• “较新的电路板具有较差的失调电压、唯一的实际区别是分流输入电容越大、基于早期版本的结果、这不应该有问题。“
  • 在这句话中、我猜测这是 TIA 配置。 这可能是由于任何布局变化造成的、例如增加到放大器输入端的布线长度（电感更多）。  
    
    
• “像在我们电路板上一样移动到您的参考电路板上、原始旋转输入电容 20pF 至 85pF 没有太大差异。 7.5M Rin 噪声增益=2 的 TI 演示仅具有 5.6mV 的失调电压且无振荡。 如果将其降低到 1MEG 即 x8.5、噪声增益失调电压再次增加到 21.7mV、则没有振荡且失调电压为 21.7mV、因此 Vios 为 2.55mV。 这两个数字都非常奇怪,因为 OPA818 数据表声称典型的 Vios 为 350uV 和最坏的情况下的温度 1.8mV 及以下. 此外、请注意、无论噪声增益是 x2 或 x8.5、参考输入失调电压都相当恒定、对于演示板、任一噪声增益下至少都不可见振荡。 “
  • 您是否能够将数据表的默认配置作为控制点进行快速测试？ Rf = 301 Ω、RG = 50 Ω 且无额外输入电容时的值。 如果您能够使 TIA 电路板正常工作、则可能不需要该测试、但建议您是否要检查参考电路板偏移。 奇怪的是没有振荡、它可能会被设备过滤。 感谢您试用所有这些测试！
    
    
• “降低跨阻和增加电容可能确实是更新版本电路板的唯一解决方案、除非我们能够准确找出导致比原始版本更高失调电压的原因。 正如我之前提到的、唯一明显的差异是容性负载更大、但从演示板上可以看出、这不应该有任何区别。“
  • 我再次通过这个主题、找不到这个答案。 很抱歉、如果您已经提到它、那么原始版主板和较新版本的版主板在布局方面有什么区别？  
    
    
• “感谢您回答我的问题、很高兴听到有关散热焊盘的信息、这与焊盘与 Vee 连接的测量相关。 我们目前确实有 10 欧姆串联电阻器、使用 0.22u + 0.01u (NPO) 去耦器为 opa818 导轨供电。 我注意到、在 EVM 上、两者都与 1k BLM21 铁氧体磁珠连接在一起。 我当然也可以尝试这种方法、因为它可以提供更好的更高频率去耦。“
  • 没问题、我很高兴它能提供帮助。 串联阻尼电阻器将有助于谐振、尤其是对于较长的布线=电源与去耦电容器之间的电感更大。 如前所述、在 EVM 上配置为 π 型滤波器的铁氧体磁珠有助于抑制较高频率的噪声。  

此致、

Sima