[参考译文] OPA855：TIA 电路与 OPA855的稳定性

Selvedin、您好！

  您在稳定性分析方面的想法是正确的。 但您所显示的曲线不是电路的开环分析、而是电路的闭环频率响应。 这些链接将作为 TIA 设计的参考、以及如何使用 TINA-TI 分析稳定性： TIA 视频、 TIA 博客系列、 使用 TINA-TI 的稳定性分析。 这是一篇有关稳定性分析的深入文章： 链接。 在这里、我已经为您的电路生成了稳定性信息：  

您需要在仿真中使用直流工作点来生成开环曲线、这就是我们必须在环路中插入高值电容器和电感器的原因。

从环路增益曲线(AOLB)可以看出、相位裕度远低于理想稳定性。 这些曲线是在交流仿真窗口中使用 Tina-TI 中的后处理器按钮生成的、并在放大器输出端断开时使用以下公式生成的：AOL = Vout/VFB、NoiseGain = 1/VFB、AOLB =Vout。 (有关使用 TINA-TI 的先前链接稳定性分析视频的更多信息、请观看此视频)。  

以下是您的设计的稳定版本：(我使用此 TIA 计算器 轻松选择最佳反馈电容器、以在65度的相位裕度下实现具有最大平坦带宽的巴特沃斯响应)

降低反馈电容器有助于实现相位裕度约为68度的稳定电路。  

这似乎不是使用与上一个问题中相同的光电二极管。 OPA855对于该应用的带宽而言似乎过于死区、我建议使用带宽较低的器件。 您是否会坚持使用该带宽、如果是、我可以推荐其他放大器。 您的输入电流源和所需的输出电压是多少？ 此外、如果您对稳定性分析或以上链接有任何疑问、敬请告知。

谢谢、

Sima

包含电路和交流仿真的 TINA-TI 文件：

e2e.ti.com/.../4274.OPA855.TSC

嗯--

闭环响应表明、它在稳定性方面很好、  

所示方法的问题在于它将开环输出阻抗与反馈负载隔离开来、如果将信号输入到输入中并将寄生输入 C 添加到二极管中、则会得到 LG 曲线、足够的相位裕度、这是经过修改的 LG 仿真

我忘记将反馈 C 改回0.57pF -是的、您应该使用0.2pF、因为0.57pF 的较低噪声增益可能不稳定、对于3GHz 以上的 LG =0dB、这有点不确定、  

您好、Sima、

非常感谢您的出色解释。 我对稳定性分析不再有疑问。 您是对的、这是指我之前的光电二极管 FDS015。 您认为 OPA855所需的400MHz 带宽太小？

我想测量1ns LED 闪烁。 这就是我根据0.35/1ns (上升时间)= 350MHz 计算带宽的原因。 我已将带宽设置为大约400MHz。 目前我不确定，我已经为这个问题挣扎了几个月，这是我的学士论文。 我的光电二极管的带宽为1.75GHz、起初我认为这是我在 TIA 设计中所需的带宽。

我想光产生的输入电流大约为50uA。 我所需的输出电压应介于1V 至2V 之间。我知道我需要20-40千欧范围内的反馈电阻器来达到此输出电压、但我的带宽会大幅降低。  在我写学士学位的公司中、我们订购了两款 OPV。这是 OPA855和 OPA858、根据这一情况、我们创建了一个电路板、但很遗憾、由于引脚分配、我无法使用其他 OPV。

提前感谢您、

Selvedin

嗯、让我们看看一些闭环频率、这里是您的原始设计已达到5GHz、大约为450MHz F-3dB、该凸点恰好高于2GHz、这表明相位裕度较低。 LG 波形图在2GHz 以上可能过于可靠、但您的原始高 F 噪声增益为1+1.45pf/.57pf = 3.5V/V、这太低了。 如果我将 CF 更改为0.2pF、则响应会峰值一点、但看起来稳定、大约2GHz F-3dB。  

现在、如果我重新设计巴特沃斯型、带宽略高于1GHz、我得到这个1k Ω 设计、看起来确实不错、但如果脉宽真的是1nsec (或上升时间)、这将是不够的、您能否提供输入脉冲形状、 此设计具有1+1.45pF/.24pF = 7V/V 的高频噪声增益、这是该器件的最小值、  

您好、Selvedin、

我得到这些结果。

此处是相补角：

e2e.ti.com/.../selvedin_5F00_OPA855_5F00_1.TSC

这里是频率和瞬态响应：

e2e.ti.com/.../selvedin_5F00_OPA855.TSC

Kai

这些都是非常好的 silms Kai、LG 显示的相位裕度还可以、但在频率方面存在风险增益裕度-同样、我通过在2GHz 以上的模型中体验 AOL 和 Zol 精度而知道是可疑的。  

这里是1k Ω 巴特沃斯、带宽1.2GHz、输入500MHz 50uA、我添加了一个偏置电流消除 R、该偏置电流通过噪声滤波电容消除 V+输入。  

Selvedin、您好！

  Michael 和 Kai 对电路进行了一些很好的仿真。 但我确实有疑问。 由于您的应用需要20-40k Ω 反馈电阻器、因此您选择700的原因和方式。 我猜您正在寻找实现400MHz 带宽的方案。 对于您所需的输入和输出信号、您必须坚持使用更高带宽的器件、如 OPA855和 OPA858。 此外、是的、您将重点关注脉冲的上升时间、这是确定带宽的正确公式。 但是、我认为1ns 时间是脉冲宽度。 从 FDS015数据表中可以看出、它的上升时间似乎为35ps、使用您提供的公式：0.35/(35ps)为我们提供10GHz 的带宽、这是非常高的。 正如 Michael 提到的、您是否能够确认输入源的上升时间？  

谢谢、

Sima

您好、Sima、

感谢您的反馈。  

我使用德州仪器文章中的公式调整了700欧姆的值。 对于20-40kOhm 之间的较大值、我会失去 f-3dB 带宽。 FDS015的带宽通过公式035计算得出：035/下降时间(200PS)= 1.75GHz。 我从支持部门获得了该信息。

我的 LED 的上升时间为1ns、脉宽在10-250ns 范围内。

我想问您、FDS015的带宽是重要的还是仅 LED 脉冲的带宽、即大约400MHz？ 这意味着我不需要超过400MHz 的所需带宽，所需带宽等于闭环 TIA 带宽(f-3dB)？

谢谢、
Selvedin

ZT 级的带宽裕度越大、脉冲的重现就越好-考虑傅里叶级输入-您希望忠实传递多少谐波。 无论如何、我给您的1.2GHz 设计是一个很好的开始、它会使1nsec 的输入边沿缓慢、从而在10nsec 至250nsec 的脉冲宽度内找到一个很好的最终值-是的、 ZT 级的增益越大、带宽越低、因此您需要在接下来的阶段获得其余的增益、  

这里是1nsec 上升时间和10nsec 脉冲宽度(50MHz 方波)的仿真-这看起来非常好、因为1.2GHz F-3dB >> 50MHz 重复率、可能会以更大的增益降低该带宽、但看起来仍然正常。  

这是一个具有最大射频的400MHz 巴特沃斯型、看起来比巴特沃斯型更具有一点振铃和更长稳定时间、但我想说非常好、  

这里是 SSBW 响应、因此如果您总共需要20kohm、则在这之后的增益仅为4级、带宽至少为1GHz、  

您好、Michael、

非常感谢您的仿真。  首先、我确认1ns 是 LED 上升时间、脉宽在10-250ns 范围内。 我想问您：如何在第二幅图像中获得闭环 TIA 带宽(f-3dB) 1.19GHz、射频=1kOhm、Cf=240 FF。 我在下图中使用 f-3dB 公式(图2)、CF 的值为 f-3dB =937MHz、Cf= 169 FF。  这 具有1+1.45pF/.169pF = 9.57V/V 的高频噪声增益

此致、

Selvedin

不用客气。

我要感谢迈克尔的出色表现:-)

Kai

当然、Kai、我在另一篇文章中不处理该参数步进文件、我以前没有成功处理过、但这次也许只是运行 OPA340文件、结果不错、所以设置正确。 我不会像这样对反馈 R 进行步进、因为它会在反相输入 C 中引入一个额外的极点、  

Kai 和 Sven、  

我对您在本文档中发现的错误 CF 公式感到困扰-我深入了解了这一点、Hooman 是圣克拉拉的国家应用程序部门的一名员工、他复制了 ADI 的长期错误信息。  

OPA855数据表以及其他最新的 Decomp 数据表包含这些用于设计跨阻的链接、第二个链接显示了正确的公式、 然后链接到一个早期的应用程序、而不是 Xavier Ramus 在我最初于1996年在一些 EDN 文章中为 BurrBrown 做的这个开发- Hooman 显然从未看到过这些-不幸的是、 自此以来已更正错误的应用手册似乎永远不会消失-

Samir 的链接显示了这些方程式-有一个0.707项、ADI 始终未命中(并复制了 Hooman) 在这种情况下、Fo 是 GBP 的几何平均数、而噪声增益为 eq 时的零点、这基本上是 Q=.707项、以在 Fo = F-3dB 时获得巴特沃斯值。 此处为2。  

您好、Michael、

非常感谢您的研究。

此致、

Selvedin

当然、Selvedin、  

在本文最后半部分的标题" 40dB 环路增益闭合率有多危险-真的吗？"之后、我还对一个简短版本的互阻抗设计进行了阐述。