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[参考译文] LMH32401RGTEVM:LMH32401输出中的振铃

Guru**** 652440 points
Other Parts Discussed in Thread: LMH32401, TINA-TI, OPA857, OPA857EVM
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/945909/lmh32401rgtevm-ringing-in-output-of-lmh32401

器件型号:LMH32401RGTEVM
主题中讨论的其他器件:LMH32401TINA-TIOPA857OPA857EVM

您好!

我正在评估用于我的激光雷达系统(ToF 类型)的部件 LMH32401。 我定期从激光驱动器板生成脉宽为20ns 的激光脉冲、然后将其退回、我尝试将 LMH32401演示板用作接收器。  

我已将雪崩光电二极管(部件编号为 D50-28-150、OSI 光电元件)焊接到 EVM 上、CPD = 105pF。 阳极连接至-160V 偏置(由直流/直流转换器生成)、阴极短接至评估板的 IN 端口。 光电二极管处于灌电流模式。 IDC_EN 引脚设置为低电平、以消除直流环境光。

当我向反射目标发射脉冲并尝试使用 EVM 捕获脉冲时、我会在反相和同相输出的上升沿上获得振荡。 交流耦合差分输出在脉冲的上升沿也具有相同的振铃。

我打算将 EVM 的输出连接到比较器、以生成脉冲、这些脉冲将提供给 TDC (时间数字转换器)、以便将时间延迟测量转换为距离。

当我这么做时、由于振铃、我会得到多个脉冲。 有人能不能帮助我消除振铃。

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    您好、Krishna、

      感谢您对设置的详细说明。 您是否还能够提供振铃的示波器截图以及其他一些放大器设置、例如增益选择、VOD 和 VOCM? 乍一看、您的 CPD 看起来有点高(数据表在输入电容为10pF 时具有指定的性能)、可能需要在反馈处通过一些电容进行补偿以稳定放大器。  

    谢谢、

    Sima

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    尊敬的先生/女士:

    以下是我的设置:VOD 短接至 GND、Vocm 引脚连接至电容器至 GND、增益=高电平(20k)、IDC_EN =低电平(启用)。 以下示波器屏幕截图是 OUT+和 OUT-、两者都是交流耦合的。 这是在变压器之后感测到的。

    以下示波器屏幕截图显示了使用50欧姆差分探头捕获的差分输出波形(红色)。

    请告诉我需要做些什么来消除振铃。

    谢谢,

    Krishna

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    您好、Krishna、

       感谢您的示波器截图。 我将研究使用高输入电容时的这一不稳定问题、并将在08年10月之前返回给您。 由于 LMH32401内的 TIA 位于器件内部、因此无法以正常方式进行补偿(添加反馈电容器)。 同时、您是否能够使用输入电容较低、约为1-10pF 的 APD 进行测试?

    谢谢、

    Sima

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    您好!

    之前的示波器屏幕截图是评估套件中的10千欧内置串联电阻器(很抱歉、前面没有提到!)。 以下示波器截屏显示在 LMH32401的 OUT+和 OUT-引脚上,以差动方式将50欧姆差动探头连接到示波器的50欧姆输入,并使用直流耦合。

    移除 APD 和 LMH32401 IN 引脚之间的10k Ω 电阻后,输出波形如下:

    1.激光未通电时:

    几乎每10us 就会出现接近2V 的尖峰。没有环境光。 测试是在黑暗的房间内进行的。 这可能是一些来自放大器的噪声或 APD 发送的放大噪声。

    2.激光激发时,以下是示波器屏幕截图:

    如上图所示,放大器会饱和,但有衰减的振铃。

    当我们放置一个串联12k Ω 电阻器时、振铃变得很小、大约为500mV p-p 此时、反射脉冲的边沿变得可见且大于振荡。 但边缘有一些小的正弦波动。

    请为此问题提供合适的解决方案。

    谢谢。

    Krishna

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    您好!

    由于我没有低电容 APD、因此我使用引脚二极管(器件型号 SFH2400FA、OSRAM 制造)。 该部件在5V 偏置时具有4-5 PF 的 CPD。

    我将阳极连接到-5V、将阴极连接到 LMH32401的 IN 引脚。 同样、差分测量是通过50欧姆差分探头完成的、直流耦合到50欧姆示波器输入通道。

    下面是屏幕截图:

    粉色波形(通道4)是 LMH32401的差分输出。 激光驱动器的电气输入显示为蓝色(通道3)。

    我们发现、通道4输出端的初始振铃是由于开关期间激光驱动器发出的 EMI 噪声所致。 但是,当暴露在激光下时,输出端没有脉冲。 仅存在上述振铃。

    当我们使用另一个 TIA (AD8015)进行测试时,我们在打开激光器之前获得了相同的输出。 激光打开后、我们在脉冲顶部看到相同的正弦波。

    希望这些信息能有所帮助。 请告诉我们解决问题的方法。

    谢谢、

    Krishna

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    您好、Krishna、

     感谢您的进一步测试;这对您有所帮助。 这似乎不是一个高输入电容问题、这是导致放大器不稳定和振荡的最初想法。 此外、设计工程师进一步确认、在 LMH32401的设计仿真中、105pF 的输入电容不会产生任何振铃迹象。 通过添加注释在 APD 和 EVM 输入端之间连接10k Ω 电阻器、详细了解了您的设置、并在此处回答了一些问题。 由于您使用的是 APD/二极管、因此 APD/二极管和器件本身的输入(LMH32401输入引脚)之间不应存在任何电阻器/电容器。 该电阻器用于将电压输入转换为电流输入;由于您要提供电流源、因此无需使用这些额外的组件。 我看到当您移除电阻器时放大器会饱和、为什么在这种情况下不使用较低的增益设置? 我认为确定问题的最佳做法是从默认 EVM 开始、并从 SMA 移除组件、然后将其连接到放大器的输入端、如下图所示、如下图所示。 电路板背面还有一个区域、您可以在其中放置二极管/APD。 输入源看起来有点非常规、您能否提供接近理想电流源脉冲输入作为测试(2k 增益为500uA、20k 增益为50uA)、如果可行、我们可以继续使用您的输入源。 这将有助于确定问题。

    编辑:忘记记录您的阻抗匹配。 对于差分信号、您具有正确的50欧姆阻抗匹配。 对于单端 OUT+和 OUT-、由于您在变压器后面测量这些值、因此还需要50欧姆阻抗匹配。 对于未来的测试、在变压器后测量 OUT+、测量结果与50欧姆测量值匹配。  

    谢谢、

    Sima

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    您好!

    我们的工作与您所描述的完全一样。 在我们的所有测试中、我们移除了输入路径中的电容器和电阻器、以及 SMA 输入连接器。 APD 直接焊接到评估 PCB 上的 SMA 连接器焊盘上。

    在输出侧、我们移除了 C12电容器、并将差分探针放在其焊盘上。 这对于所有测试都是相同的。

    今天、我们测试了增益= 2K 欧姆且具有相同 APD (105pF)且无串联电阻的电路板。 振铃更小。 示波器截图如下所示:

    粉色波形(通道4)是差分输出。 脉冲的后沿也有很多振铃。

    我的请求是不要依赖仿真来检查 IC 的性能。 最好在电路板上进行测试、因为仿真中会缺少许多可能影响性能的寄生效应。

    请再次提供您宝贵的反馈。

    谢谢、

    Krishna

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    您好、Krishna、

      这看起来确实更好、但是的、放大器看起来仍然不稳定且振荡。 我将在我的终端使用同样配置的 EVM、105pF 电容器和电流源进行测试。 我可以在下周的某个时候为您提供更新、一旦我收到电路板、就开始测试。 然后、我将发送另一个包含我的结果/测量值的更新。

    谢谢、

    Sima

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    您好、Krishna、

      由于您的帐户、我必须在收到 EVM 以获取您的支持之前仔细检查审批流程。 我很可能会在下周末收到该董事会的报告。 很抱歉耽误你的时间。

    谢谢、

    Sima

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    尊敬的 Sima:

    请告知我们任何解决该问题的方法。

    谢谢、

    Krishna

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    您好、Sima、

    请告知我们任何解决该问题的方法。

    谢谢、

    Krishna

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    您好、Krishna、

      我收到了该板、并将在本周处理您的问题。 我将在本周结束前向您提供最新信息。

    谢谢、

    Sima

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    您好、Krishna、

      我使用100pF 电容输入测试了 EVM 板、但它在我的末端没有振荡 但是、深入了解它、我认为我未移除的串联电容有助于降低总输入电容。 我将在移除电容的情况下重新执行测试。 感谢您对此的耐心等待。 我将在本周再次向您提供最新信息。

    谢谢、

    Sima

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    您好、Sima、

    感谢您的反馈。 请移除串联电容器并替换为短接电容器。

    此外、您需要向输入发送电流脉冲。 您可以通过将10千欧的串联电阻器连接到 IN 引脚来非常轻松地实现此目的。 并提供200mV 的脉冲(高于或高于 IN 引脚上的直流电压,即2.5V)、10至15ns 的上升时间和30至40ns 的脉冲宽度,由信号发生器生成。  这意味着、在2.5V 的直流电压上提供200mV 的脉冲。 这将输入振幅为20uA 的电流脉冲。

    希望这对您的测试有所帮助。 IN 引脚上的电容器负载也必须存在。  但是、最好将雪崩光电二极管与该电容相连接、并观察行为。

    在某些互联网论坛上、有共源共栅电路声称会降低 IN 引脚从光电二极管上看到的电容。 这有助于提高 TIA 的有效带宽。 您能通过将我与专家联系来帮助我吗?

    非常感谢!

    此致、

    Krishna

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    您好、Krishna、

      感谢您提供的信息! 我将从电流脉冲开始、我不确定周围是否有 APD;如果我找到了一个、我也可以对其进行实验。 我将首先检查一个脉冲、看看它是否会振荡。 如果确实如此、我们需要研究降低输入电容的方法。 还有自举技术。 您所指的是这种情况吗?  

    谢谢、

    Sima

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    您好、Sima、

    我们渴望看到您的测试结果。 由于 APD 具有较高的输入电容、因此最好使用它。

    降低输入电容的技术、自举就是其中之一。 请提供一种设置雪崩光电二极管的方法、以便 TIA (LMH32401)可以看到较低的输入电容。

    或者,如果你能把我联系到一位专家,那也是很好的。

    谢谢、

    Krishna

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    您好、Krishna、

      我们将在明天进行进一步的测试。 我意识到 TIA 的输入电容可能高于105pF、因为雪崩光电二极管位于该 EVM 上的距离有多远。 我测试的100pF 电容非常接近放大器的输入、但在您的情况  下、输入和信号之间会有额外的寄生。 也会考虑这一点。 在测试完成后、我们将查看并咨询有关降低输入电容的专家。

    谢谢、

    Sima

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    您好、Krishna、

     100pF 输入电容在我的末端没有振荡(焊接电容不是 APD、很遗憾、我在实验中找不到一个放置的电容)。 不过、我确实看到了大约250pF 及以上的振荡。 根据我的计算结果、您在 EVM 上的布线长度应产生大约+10pF 的额外电容最大值。 但是、我与使用该器件的测试工程师进行了交谈、他们看到100pF 及以上且布线长度较长的振荡。 也可能存在对电感的敏感、他们建议在放大器输入之前放置一个大约100欧姆的隔离电阻器。 但是、我相信您有2k 欧姆、但这没有帮助、对吗? 我研究了您关于降低输入电容的建议、这里是我在 TINA-TI 中使用的一种自举方法。 我将研究更简单的技术、例如仅使用隔离式晶体管、并将在本周咨询专家。 同时、以下是 Tina-TI 文件:

    e2e.ti.com/.../LMH32401_5F00_ReduceInputCap.tsc

    谢谢、

    Sima

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    您好、Sima、

    感谢您执行测试并提供结果。 我很惊讶您在最后没有看到振铃 这可能是因为您没有使用 APD。

    是的、我们仍在使用一个与 APD 和 IN 引脚串联的1.2千欧电阻器来抑制振铃。

    请帮助我们了解自举技术、该技术可帮助降低 LMH32401 IN 引脚所见的输入电容。

    非常感谢。

    Krishna

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    您好、Sima、

    您能告诉我们查询的状态吗? 请加快。 我们已经等了一个多月。

    我有疑问:LMH32401数据表指出、增益= 20 kΩ、CPD= 1pF: 带宽= 275MHz。

     增益= 20Kohm 且 CPD = 100pF 时的带宽是多少?

    此外,您能否将我与一位有关此问题的专家联系起来? 首先、我们想知道振铃是如何发生的。 以及消除根本原因的方法。

    期待您的快速响应。

    谢谢、

    Krishna

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    您好 Krishna

      很抱歉此问题上的延迟。 由于反馈和所需的研究与咨询的整合、这一过程非常复杂。 出现振铃的原因是输入电容对于类似的器件来说太大。 在其他 TIA 中、补偿这种不稳定性的最简单且最常见的方法是添加反馈电容器。 在这种情况下、输入电容会在放大器的噪声增益响应中增加一个零点、或在环路增益曲线中增加一个极点。 在这种情况下、额外的极点发生在环路增益交叉之前、这是导致瞬态响应不稳定和振铃的原因。 添加反馈电容器会在放大器的噪声增益响应中添加一个极点或在环路增益曲线中添加一个零点、从而在到达环路增益交叉点之前消除输入电容的影响。 但是、由于所有组件的集成、这种情况有点棘手。 这是一篇有关此 概念的有用技术文章。  

     我本周在离输入更远的焊接输入电容下测试了 EVM、并以100pF 的频率振荡。 这可能有助于以后了解如何使用 APD 进行 PCB 布局、以便尽可能将其放置在靠近放大器输入的位置。 这可能非常棘手、但您是否能够将阴极引脚焊接到 C11所在放大器的输入端?  

     我相信附加的 TINA-TI 仿真之类的东西会起作用。 放大器输入端的晶体管将与光电二极管的输入电容"隔离"。 也就是说、放大器看到晶体管的电容。 我仍在为您的应用选择一个晶体管、但这正是我要探讨的概念。 到目前为止、这是比我在前面的答复中提供的其他自举仿真简单得多的解决方案。  

      如果您有任何疑问、请告诉我。

    感谢您的耐心等待!

    Sima

    e2e.ti.com/.../2630.LMH32401_5F00_ReduceInputCap.tsc

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    您好、Sima、

    非常感谢您的意见。 我在几个月前阅读了您提到的技术文章。 它讲述了基于运算放大器的 TIA 的容性负载背后的理论。

    您发布的原理图中的晶体管处于共基极模式。 我热切期待您的测试结果、以了解它在该器件(LMH32401)上是否运行良好。

    请尽快发布结果。

    谢谢

    Krishna

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    您好、Krishna、

    为什么选择具有如此高检测器电容的光电二极管? 执行以下操作会损失 LMH32401的所有速度:

    e2e.ti.com/.../krishna_5F00_lmh32401.TSC

    Kai

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    尊敬的 Kai:

    你是对的。 电容很高。 APD 的选择取决于波长(在本例中为905nm)和应用所需的灵敏度。 在我们的情况下、我们需要实现最高的灵敏度、因为输入光的功率非常弱。

    对于我们来说、触觉的灵敏度也至关重要。 目前、我们的 APD 的灵敏度为30 A/W 电容为2pF 的触点通常具有小于1A/W 的极低灵敏度(通常约为0.8A/W)。

    请建议任何方法来克服 TIA 上的输入电容负载。

    谢谢、

    Krishna

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    您好、Krishna、

    最终、Sima 的想法可以成为一种补救措施。

    但通常的方法是使用分立式 OPAMP 构建 TIA、该运算放大器可补偿高检测器电容。

    您需要的带宽是多少? APD 和 TIA 之间的连接是否涉及任何电缆?

    但请等待 Sima。

    Kai

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    尊敬的 Kai:

    APD 和 TIA 之间没有布线。 APD 焊接到 PCB 上、APD 和 TIA 之间的距离小于10mm。

    它们之间只有一个串联电阻器、因为我们注意到、当在它们之间放置一个串联电阻器时、振铃会减少。

    APD 的电容为105pF、所需带宽为60MHz。

    我们尝试使用 OPA857运算放大器,但如果没有为其提供输入,或者没有任何输入连接到输入,运算放大器输出具有直流偏移和100mV 的小振铃。

    我们可以尝试、如果我们可以指导我们如何稳定该运算放大器的输出。

    谢谢、

    Krishna

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    您好、Krishna、

    我们尝试使用 OPA857 运算放大器,但如果没有为其提供输入,或者没有任何输入连接到输入,运算放大器输出具有直流偏移和100mV 的小振铃。

    "无输入"是什么意思? 没有输入信号(激光脉冲)或未连接 APD?

    Kai

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    尊敬的 Kai:

    没有输入、我是说 APD 已连接、但由于 APD 上没有灯、因此没有电流。

    在 OPA857输入保持开路的情况下、我们可以看到1V 的直流偏移和它上面的小正弦信号、振幅约为100mV。

    谢谢、

    Krishna

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    您好、Krishna、

      感谢您对该 Kai 的帮助和见解。 高输入电容主要涉及集成 TIA、例如 LMH32401。 我建议改用另一个器件(在本例中、OPA857将起作用)。 由于您使用 LMH32401实现其集成式直流环境光消除、因此我们可以设计 TIA 直流伺服环路并使用反馈电容器补偿输入电容。 但是、与我先前建议的解决方案相比、这种解决方案包含的元件更多、而该解决方案只需要几个额外的分立式元件。 由于您所描述的不是环境光问题、您能否共享 OPA857的原理图? 或者您是否正在使用 OPA857EVM、如果有、是否进行了任何修改? 您的应用是否会遇到需要消除的环境光直流误差? 共源共栅解决方案的晶体管必须表现出低输入电容才能使该解决方案正常工作。 常见的2N2222可能起作用。 这是包含2N2222晶体管的 TINA-TI 文件、而不是理想的。 不太确定如果我将其焊接到 EVM 上会有多好、但我可以尝试一下、并在下周更新结果。 同时、我们可以考虑帮助进行 OPA857设计。

    谢谢、

    Sima  

    e2e.ti.com/.../3125.LMH32401_5F00_ReduceInputCap.tsc

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    您好、Sima、

    需要消除环境直流光、以避免光电二极管饱和。 如果光电二极管饱和、它将无法检测我们发送的光脉冲。

    我们在通用 PCB 上使用 OPA857尝试了基于简单运算放大器的 TIA。 当时、我们观察到输出端没有输入(输入开路且未连接到光电二极管)时出现振铃。

    之后我们没有继续、我们认为我们可能需要一个合适的 PCB 来进行测试、因此我们订购了 OPA857评估板。 之后、我们立即开始测试 LMH32401。

    我最近收到了 OPA857评估板、我将在星期一试用该评估板、并向您更新我们的观察结果。
    目前,如果您能为我们提供任何建议来抑制 OPA857输出端的振铃,那将非常有用。 我们可以在遇到任何振铃时使用这些信息。

    和以前一样、我们也在等待您对 LMH32401 EVM 的测试结果。

    谢谢、

    Krishna

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    您好、Krishna、

    正如 Sima 已经提到的、我们需要一个振铃 OPA857电路的原理图。

    Kai