[参考译文] LMH6629：光电二极管-TIA 设置的正确设计

admin

Other Parts Discussed in Thread: TINA-TI, LMH6629, OPA725, OPA2743

请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/889853/lmh6629-correct-design-of-a-photodiode-tia-setup

器件型号：LMH6629
主题中讨论的其他器件：TINA-TI、 OPA725、 OPA2743

大家好！

我需要为光电二极管构建一个第一级放大器、一个跨阻放大器。该二极管的表面面积非常小、因此我期望并联电容相对较低、但由于应用的原因、光电流也非常低、可能远低于5nA。光电二极管将是基于锁入式放大器的吸收检测系统的一部分、激励源(LED)的调制频率将为1.25kHz。 我正在寻找第一级的最大增益、因此反馈电阻器值很大。

我使用 TINA-TI 来仿真电路、我必须承认我不确定发生了什么。我尝试使用具有1 M Ω 和10 M Ω 电阻的大反馈电阻器。我发现、为了获得合理的增益响应、我需要使同相输入端的电阻器 R4保持在接近反馈电阻器尺寸的位置。

1) 1)我在这里的问题：是因为输入偏置电流？

2) 2)我知道输出电压摆幅在电源轨的~800mV 以内、因此我必须将同相输入的电平转换到该范围内。如原理图所示、最好将光电二极管的阳极连接到相同的电平(此处通过 R2和 R5形成的分压器2.5V)、而不是接地？在仿真中、这个缝隙不会产生任何影响...

3) 3) LMH6629的 GBWP 让我想知道交流仿真为什么会建议增益接近预期增益、频率远高于10kHz。这是现实的吗？我已经怀疑1.25kHz 和10M Ω 反馈的结果。

到目前为止、我已经看到了一组差分二极管/运算放大器设置的怪异效应、因此我尝试更好地理解所有这些、而不是简单地四处走动。感谢您提供任何帮助或提示。

玩得开心！谢谢！
本

4 年多前

0 admin 4 年多前

TI__Guru**** 1640390 points

请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

您好 Ben、

1) 1)您可能希望在应用中使用 LMH6629以外的器件。向同相输入添加10MEG 时、您会看到更好结果的原因是您正在消除远远超过5nA 输入的偏置电流。即使您能够在实际电路板上有效地实现这一点、失调电流也会主导您的输入电流。请注意、同相输入端的10MEG 与偏置电流的组合也会导致您超出共模输入范围。

您将需要使用偏置电流规格较低的 FET 器件。

2) 2)由于输出端的直流阻断电容器(C3)、它没有太大的影响。但是、您仍需要考虑放大器的输出范围规格。在直流方面、您的目标应该是正确偏置光电二极管、在这种情况下、您将在光电二极管的两侧施加2.5V 电压。一种方法是将正电源施加到放大器的阴极、并在同相处施加电压、以便在光电二极管上获得所需的偏置。 (请参阅 LMH6629数据表首页中的跨阻放大器)。

3) 3)您正在使用 GBWP 远高于1.25kHz 信号所需值的器件。请注意、GBWP 中的"增益"不是您的跨阻增益、而是放大器的噪声增益。通常会添加反馈电容来调整该噪声增益、以便器件与光电二极管的电容保持稳定(请参阅本文档的第3页)

总之、我认为您应该切换到带宽要低得多的 FET 器件。我将把这个线程移到一位同事那里、他可以帮助您找到更适合您的电路的器件。如果您有任何疑问、请告诉我。

最棒的

Hasan Babiker

0 admin 4 年多前

TI__Guru**** 1640390 points

请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

您好 Benjamin、

是的、LMH6629的速度太快、无法满足您的需求。是的、FET 或 CMOS 输入器件将极大地帮助解决偏置电流问题、

这是一个使用 OPA725的设计-我将其保留为+/-5V、但可以将其调整为单电源、使用20Mohm R 时、您可以获得的最大平坦带宽约为70kHz。我选择了这是因为反馈 C 解析为约0.18pF、这与 SMD 厚膜 R 上的寄生 C 有关。如果需要、您可以在那里添加更多内容、仅限带限此外、您还无法驱动到 CLoad、需要100欧姆串联电阻来隔离它。

这模拟了令人惊讶的低输入点电流噪声、

此处介绍了互阻抗设计(进行了一些非常有用的简化)、

e2e.ti.com/.../8081.Transimpedance-design-flow-using-high-speed-op-amps.pptx

您将会有大量的输出噪声、您可能需要考虑在此阶段之后具有更多增益的窄带滤波器、

这是它的文件、

e2e.ti.com/.../OPA725-high-Zt-stageTSC.TSC

0 admin 4 年多前

TI__Guru**** 1640390 points

请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

我进一步介绍了这一点、在 ZT 级之后添加了一个1.25kHz DABP 滤波器、这将有助于您的 SNR、但会增加复杂性。仍然使用+/-5V CMOS 运算放大器 OPA2743。您可以使用这些器件将其调整为单个5V、或使用不同的器件。

原始 ZT 没有带限、因此其 SNR 随着其较宽的集成噪声而不断下降-该 SNR 基于20mVpp 输出、

大约1.25kHz、大约50dB SNR、

这是一个适用于1.25kHz 且 Q=10的 DABP 滤波器设计。我在这里得到1的增益、预期为2、但无论如何、

然后将其放置在跨阻级之后、移除这些分流元件并接地、这里是总增益、

这里是 DABP 滤波器级输出端的最终 SNR、在54dB 时为1.25kHz 时稍微好一点、但在宽带噪声被滤除时保持较平坦、

这是这个两级文件、

e2e.ti.com/.../OPA725-high-Zt-stage-with-DABP-filter.TSC

0 admin 4 年多前

TI__Guru**** 1640390 points

请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

您好 Hasan、

非常感谢您提供这一出色、详细且解释清楚的答案！这清除了我关于此主题的所有问题。

此致、
本

0 admin 4 年多前

TI__Guru**** 1640390 points

请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

您好、Michael、

这太棒了、感谢您的努力！我想我现在对放大器有了更多的了解、也感谢链接的 ppt。

我通过将同相输入偏置为2.5V、调整了您的设计以使用5V 单电源。我没有发布整个项目、因为它变得相当复杂、我发现其他部分工作正常、因此为了简单地回答问题、我只将其排除了。我的总计划如下：

您提到了系统的实际噪声响应、我想我应该在这里提到几件事。 TIA 之后跟随一个具有可变增益的第二级放大器、随后是一个频率为1.25kHz 的四阶带通滤波器。然后、该信号由以44kHz 和24位采样的声卡系统进行数字化。因此、我希望噪声不会成为大问题。因为数字化信号会进一步馈送到软件锁定放大器中、该放大器还应消除噪声。我会看到它有多好...

问题：为什么选择 DABP 滤波器？是否有任何特别的东西使其最适合此配置？我选择四阶(2级)巴特沃斯滤波器设计。

再次感谢！
本

0 admin 4 年多前

TI__Guru**** 1640390 points

请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

我认为您的设计可能还需要更多资源、

DABP 可提供极高的 Q 值、其变化小于通常的 MFB 或 SKF 实现。我始终建议至少0.5%的 R 和1%的 C (如今非常便宜)。下一步是将 RC 容差纳入并运行 Monte-Carlo 以实现生产扩展。我购买的 TINA V11支持该功能、免费的 TI 版本不支持该功能。

这是之前在这个领域做的一些工作(对我来说是新的)、

https://e2e.ti.com/support/amplifiers/f/14/t/794727?tisearch=e2e-sitesearch&keymatch=dabp

放大器（参考译文帖）

放大器（参考译文帖）(Read Only)

[参考译文] LMH6629：光电二极管-TIA 设置的正确设计