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[参考译文] OPA858:第二级放大器(OPA847?) 适用于快速跨阻应用(OPA858)

Guru**** 633810 points
Other Parts Discussed in Thread: OPA858, OPA847, OPA855, OPA820
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https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1160487/opa858-2nd-stage-amplifier-opa847-for-fast-transimpedance-application-opa858

器件型号:OPA858
主题中讨论的其他器件: OPA847OPA855OPA820

您好!

我目前正在设计基于互阻抗放大器的光电检测板、以表征 LED 驱动器板的时间特性。

要求:

-具有高增益带宽的跨阻(理想情况下为10-20ns 上升时间)

-低偏置电流/输入失调电压

-电流 IPD 的幅度顺序:几 nA (第一级:互阻抗、增益(1k-10k)
->需要具有更高增益的第二级、而不会降低第一级的带宽。  

由于 OPA858具有高增益带宽积(5、5GHz)、超低偏置电流 MOSFET 输入、高压摆率和低输入电压噪声、因此选择 OPA858作为跨阻放大器的主要部件。

(几个月前、我已经在 OPA858放大器(CSA)的基础上设计了一个电路构建、后跟一个 ADA4817同相放大器)我认为 OPA858可能会为 TIA 带来问题。

正如您在下面的 TINA 电子仿真软件屏幕截图中看到的、我在保持稳定的同时设法获得了大于200MHz 的带宽(上升时间为16ns)。 我选择10pF 作为光电二极管(CJ)的结电容。 RF = 2kΩ Ω、CF = 560FF。 OPA858配置了 ±2.5V 的双电源(也可以使用单个正电源(接地端的负电源)。) 我还将使用 TI 在其 TIA 设计应用手册中引用的 TIA 计算器来验证这些值。 (下面是模拟电路、已连接.tsc)。 相补角正常。

 

我希望在第二级放大器的选择方面有所帮助、因为我不想降低第一级中获得的带宽和上升时间的性能。 为了放大互阻抗放大器输出的~200ns 脉冲电压信号、我发现宽带超低噪声 OPA847是一个不错的选择。

 

但是、我无法获得良好的结果、因为我的印象是、我的增益有限。 (如数据表中所示、增益为20进行仿真)。 我需要有足够的增益、希望输出端至少具有10mV。 您能建议我使用另一个放大器来帮助我设计第二级吗? 我想在第二阶段使用 OPA858、这是个好主意吗? 此外、如果您发现设计有任何错误或改进、请添加这些错误或改进。 我想到的是 Riso 电阻器(环路外补偿)、对此我不太确定。 也许他们在这里是无用的。

此外、我尝试使用 ADA4817进行仿真、但我遇到错误、因此我认为宏不正确。

感谢你的帮助。

e2e.ti.com/.../transimpedance-dual.TSCe2e.ti.com/.../TIA-w_5F00_OPA847.TSC

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    早上 Nahel、  

    您当前的仿真文件是单个5V 电源、在 ZT 级上具有2.5V 偏置。 2.5V 直流输出看到第二级的全增益将其推入电源轨、使其不工作。 交流耦合可以解决此问题、但在这里、我返回到具有接地输入基准的+/-2.5V 电源、  

    在这里、我做到了这一点、并删除了第二阶段中的大量反馈 C、这看起来是否正常?

    这个更新后的文件、  

    e2e.ti.com/.../TIA-w_5F00_OPA847-modified.TSC

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    尊敬的 Micheal:

    感谢您的快速响应。

    使用您的仿真文件、我可以获得~180MHz 的带宽、我认为这是非常好的。 问题是、当输入电流为10nA 时、输出端只会产生100uV 的电压、这太低了、无法测量。 我没有办法在不显著降低带宽的情况下增加级增益。 您是否有适合我的解决方案? 级联?

    已更新随附的 TSC 文件。

    e2e.ti.com/.../6567.TIA-w_5F00_OPA847-modified.TSC

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    在这里、我将速度降低到大约100MHz、将第一级增益增加到5Kohm、第二级变为 OPA855、增益为50、  

    现在、阶跃输出应该大约为2.5mV。  

    在这里、它位于一些偏移之上、  

    但老实说、我怀疑您将能够在积分噪声之上看到这一点、这里是输出积分噪声、  

    由于没有后置滤波、它会显示超过50mVrms 的输出噪声、除非您对源信号进行平均(大量)、否则您的源信号将被埋在噪声中、  

    下一步的一种方法是第一级自举设计、它在这里出现了几次、只需搜索自举光电二极管即可

    e2e.ti.com/.../6567.TIA-w_5F00_OPA855-modified.TSC

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    感谢您的回答、在考虑过它之后、我的光电二极管电流将高于我在开始时的想象(nA -> uA)、这意味着最终的增益将不是那么重要 我想仅使用互阻抗级、我认为这就足够了。

    我仍然希望保留第二个阶段、以便暂时将其配置为缓冲器。

    根据我的读数、OPA855/OPA847在此配置中不可用。

    您能不能建议选择一个可用作第二级缓冲器的宽带、低失真、单位增益稳定、电压反馈运算放大器(SOIC-8、+/- 25V 双电源或+5V 单电源)?

    此外、您能否给我一些有关 Riso 电阻器的信息(环路外补偿、 我看到您已将 Riso1设置为0……

    最后一个问题、我是否确实需要在同相输入端使用输入偏置电流消除电阻器(Rb = RF)。 Rb 的目的是减少由输入偏置电流引起的电压偏移。

    我已经看到它不是。 你怎么看?

    非常感谢。

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    OPA820可能是吗?

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    您好、Nahel、

       下面是第二级缓冲器的筛选列表;我同意 OPA820是一个不错的选择。 由于放大器的电容输入不会太高、因此无需使用隔离电阻器。 此外、正确的做法是、由于 OPA858是一款典型值为±0.4pA 的 FET 输入放大器、因此在此应用中不需要输入偏置电流消除电阻器;因此、通过添加这些电阻器可将影响降至最低、并会增加额外的噪声。  

    谢谢、
    Sima  

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    大家好、感谢您的回答以及您对电阻的确认、现在更清楚了。

    那么、我选择了两种解决方案、第一种解决方案将 OPA858和 OPA820配置为缓冲器、第二种解决方案将 OPA858和 OPA847配置为具有大约20个增益。



    OPA847和 OPA820具有相同的引脚配置和相同的封装(SOIC-8)、因此我可以测试这两种解决方案。 (这将取决于光电二极管电流。)

    我本来只使用 OPA855、但它不是单位增益稳定的。

    你怎么看?

    e2e.ti.com/.../TIA-OPA858-820-buffer.TSC

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    您好、Nahel、

      如果您只想使用 OPA858、还可以选择第三个选项。 20V/V 的增益高于器件稳定所需的7V/V。

      

    e2e.ti.com/.../OPA858_5F00_TIA.TSC

    谢谢、

    Sima