[参考译文] 超高增益(1G...25G)直流耦合跨阻放大器-如何提高速度？

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Other Parts Discussed in Thread: LPV521, OPA172, OPA314, LM7705, TLV9001, OPA391

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https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1133600/ultra-high-gain-1g-25g-dc-coupled-transimpedance-amplifiers---how-to-push-the-speed

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在网上搜索有关改进互阻抗放大器 GWB (让我们称之为速度)的想法时、有许多建议介绍了使用额外运算放大器和 JFET 以及其他几个组件的几种自举方法。

但是、当提到"高增益"这一短语时、这通常意味着大约1M 或可能10M 的互阻抗。

在我的日常业务中、我将这称为非常低的增益、因为我通常使用1G 至25G 的跨阻电阻器。
欢迎使用低电流消耗(<1mA)和超小型封装(如 SC70)。

让我们首先考虑以下几点：

对于 OPA291或 LPV521、CF = 1pF、RF = 25G、IP = 80pA、Ci = 10pF

所有这些紧密集成在精心的 PCB 设计中以控制泄漏电流和杂散电容的特性最终都能正常工作。
多个运算放大器提供不同的电流消耗和温度依赖性、但纯直流性能良好。

带宽限制在几 Hz 时并不奇怪，阶跃响应几乎是完美的 RF*CF 放电曲线，因此下降时间大约为200ms。

我正在寻找可提高阶跃响应速度的想法或技术。

是否有任何自举方法在如此高的增益下工作(在10M 以上未找到示例)？
是否还有其他想法可以改进阶跃响应、即使只是很少？

2 年多前

0 admin 2 年多前

TI__Guru**** 1630180 points

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您好 Stefan、

最简单的方法是减小反馈电阻器。互阻抗损耗可通过添加第二个增益级进行补偿。

另一方面、减小反馈电容也会增加带宽在这里似乎没有意义、因为反馈电容已经很小、无法进一步降低太多。

另一种选择是使用 T 网络。如下所示：

e2e.ti.com/.../stefan_5F00_tia.TSC

Kai

0 admin 2 年多前

TI__Guru**** 1630180 points

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您好 Kai、

非常感谢您的建议。

当然、为第二级放大器降低增益是一种实用的解决方案。
在实践中、由于采用单电源设计、这在第二级之后引入了一些不良的暗偏移。
对于 OPA291、TIA 级的暗偏移在100µV μ V 范围内、但在第二级之后高达2mV。
也许我没有为第二级选择最佳运算放大器(OPA314、OPA172)？

T 网络方法当然是另一个好提示。
我已经采用了针对0.1G 至1G 等"次要"跨阻的方法来减小电阻器的值、只是为了能够在更小的温度系数方面获得更好的电阻器(尝试在0603中获得25G 和体面的 TC)。
采用这种方法时、噪声实际上会增加射频降低的因数、这可能是问题、也可能不是问题。
我还注意到一个有趣的现象、就是只要反馈电容器的位置与原理图中的位置一致、振荡的趋势就会增加。它趋向振荡的确切原因不清楚、可能是 PCB 中的杂散电容。但是、如果我们将反馈电容器移回、使其直接从运算放大器输出变为负输入、则器件返回到稳定运行状态。

正如侧注：整个电路位于直径仅为7mm 的圆形 PCB 上：)

0 admin 2 年多前

TI__Guru**** 1630180 points

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您好 Stefan、

LM7705可以帮助并允许 OPAMP 的输出完全降至0V。

正确。这是 T 网络的缺点。

[引用 userid="116240" URL"~/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1133600/ultra-high-gain-1g-25g-dc-coupled-transimpedance-amplifiers---how-to-push-the-speed/4206600 #4206600">我还注意到一个有趣的现象是、只要反馈电容器的位置与原理图中的位置一致、振荡的趋势就会增加。它趋向振荡的确切原因不清楚、可能是 PCB 中的杂散电容。但是、如果我们将反馈电容器移回、使其直接从运算放大器输出变为负输入、则器件返回到稳定运行状态。

我展示的原理图非常简化。当然、必须进行相位稳定性分析。

使用 T 网络时、您的电路的确切值是多少？

这不需要 ANT-MAN...的帮助

Kai

0 admin 2 年多前

TI__Guru**** 1630180 points

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[引用 userid="339984" URL"~/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1133600/ultra-high-gain-1g-25g-dc-coupled-transimpedance-amplifiers---how-to-push-the-speed/4208003 #4208003"]使用 T-network 时电路的确切值是多少？

这里有一个使用数字电位计进行放大调节的示例。
如果将100pF 仅与1000M 并联、则会因数字电位计的所有杂散电容而变得不稳定。

但是、即使使用分立式电阻器而不是左数字电位器、在实际中、直接在运算放大器输出和输入之间使用电容器时、稳定性会更好。

正如您所说的、LM7705是一个很好的附加器件、可以消除单电源零值问题。
我们倾向于更频繁地使用它(目前在采购它时遇到问题：)

0 admin 2 年多前

TI__Guru**** 1630180 points

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我无法编辑我的帖子。但对于1000M、有10pF、而对于10M、有100pF、以获得正确的关系

0 admin 2 年多前

TI__Guru**** 1630180 points

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您好 Stefan、

正如您说过的、数字电位计会增加杂散电容。几个问题：

固定增益是否可接受？
设计空间受限吗？多级设计可能更简单。您提到了单电源设计要求、直流偏置是否可用于您的设计？
您正在寻找多大的速度提升(上升时间范围)？

谢谢、

Sima

0 admin 2 年多前

TI__Guru**** 1630180 points

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您好、Sima、

固定增益是可以接受的、事实上、最初的意图也是如此(在侧面讨论中出现了可变增益)
设计受制于直径为7mm 的 PCB、光电二极管的中心尺寸为1.5x1.5mm。
=>是的、我认为这是非常受限的。
DC 偏置是一种选择，但由于空间限制，海事组织是不切实际的。
双电源的实现确实要简单得多。实际上、我已经做到了这一点、但希望忽略使用单电源的想法(单电源意味着3引脚组件、而双电源需要4引脚)。
任何速度提高都是值得欢迎的、可能是10%或50%。我认为达到电流上升时间的一半是一项重大改进。

因此、如果有需要双电源的想法-请告诉我

直流偏置和双级设计只能用于未封装的裸片(我们15年前就开始使用裸片混合技术、但由于可用性和选择原因而改用封装的运算放大器)。未包装的裸片受到复杂的全球配料的影响...