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[参考译文] OPA857EVM-978:OPA857EVM

Guru**** 608295 points
Other Parts Discussed in Thread: OPA857, OPA858, OPA855, OPA859
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https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/948940/opa857evm-978-opa857evm

器件型号:OPA857EVM-978
主题中讨论的其他器件:OPA857OPA858OPA855OPA859

电话:CS0300295联系人:Andrea Papi 名:Andrea 姓:PAPI 简短描述:PMT 射线管的 TIA 设计电话:003907558527543907电子邮件:andrea.papi@pg.infn.it 公司:INFN 公司电话:语言:英语州:开放式提供案例详细信息或意见:尊敬的

我们位于意大利佩鲁贾的意大利国家核物理研究所正在努力开发一种低光泄漏系统、用于在 CERN HEP 实验中使用富探测器。

我们必须在暗盒中使用 Hamamatsu R7400U 的 PMT 进行低泄漏光检测、其中是用于富探测器的 Photon 计数 PMT。 如果箱内的光泄漏较低、我们必须关闭探测器的 HV 偏置、以保护光子计数系统。

PMT 发出的信号来自100米长的 RG58电缆(Tot Cin 是8.2nF 电缆),带有 BNC 连接器,我们需要读取电流并将该电流转换为线性电压。

现在、低光速率为1.3Mhz、高光速率(光子)为18MHz、PROM PMT 脉冲、我们必须将警报阈值置于接近15Mhz 的位置。 计数率相当高,PMT 脉冲将相互重叠,产生连续电流(Photocumpli),可能是电荷敏感型 Prmapli 和 TIA 之间的混合解决方案,可能是最佳电路。

CF 和 RF 的恒定时间应超过最大脉冲 PMT 频率18MHz (我是指500ns)的 T 的10倍。

我们需要最多20个传感器和调节电路来完成实验的20暗盒、然后使用定制设计的解决方案。

我们希望使用 TIA 系统转换直流耦合电压中的电流、然后将缓冲的输出发送到比较器、并设置两个警报信号、一个是 TTL、另一个是 LVDS 信号、以关闭 PMT 的 HV 偏置。

我们想知道您的 OPA857评估板是否可以满足我们对原型的需求、我们将有15个 PMT R7400U 来监控15个暗盒、每个暗盒包含64个多阳极 PMT 以进行保护。

如果输入端长达100米的 RG58电缆会给您的芯片带来问题、我们将需要知道 TIA (Opa857)的 τ、但我知道可以在外部使用射频和 CF (通过电缆)来压缩 Cin、 我们对带宽不感兴趣、因为我们不会在脉冲模式下工作、但我们要将 TIA 输出上的电流转换为电压电平、我们将使用低通滤波器和缓冲器来驱动比较器。

这些设计数据:

C 电缆 RG58 (100米)= 8.2nF
Ci = OPA = Cdiff + CCM =....

RF = 1K/2.2K

cf = Sqare Root of = CC+ CI/2 pai RF x GBP (OPA 857)(压缩 C 电缆)。

我们等待您的提示和提示以及错误检测、以了解我们的假设。

谢谢你。
此致。

Andrea Papi。
意大利 Perugia INFN。
075 5852754

www.pg.infn.it

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    安德烈·布诺娜·吉奥纳塔

    我刚刚查看了 R7400U 的数据表。 您使用哪种类型?

    Kai

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    我们使用的是 R7400-u03型号  。

    感谢你的帮助。

    此致。


    Andrea Papi

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    您好 Andrea、

    如需了解您的设计要求:

    • C 电缆 RG58 (100米)= 8.2n  在857的输入端有8.2nF 的输入电容
    • Ci = OPA = Cdiff + CCM = OPA857输入电容为2pF
    • RF = 1k/2.2K  在这一点上不太清楚.. 您要在反馈中并联添加这两个电阻器吗? 您想在这两个增益之间切换吗?  
    • cf = Sqare Root of = CC+ CI/2 pai RF x GBP (OPA 857)(压缩 C 电缆)。 您想补偿此处输入电容的影响、并需要低于2MHz 的带宽? 这句话并不清楚、" CF 和 RF 的恒定时间应超过最大脉冲 PMT 频率18MHz (我是指500ns)的 T 的10倍。"

    最棒的

    Hasan Babiker

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    尊敬的 Hasan:

    我将回答您的问题:

    当输入为857 = 是时、输入电容为8.2nF。来自 PMT 的电流信号来自100M 电缆 RG58 Ctot = 8.2nF。

    OPA857输入电容为2pF =是 、在数据中仅指定输入引脚电容非共模  

    对此不太清楚 您要在反馈中并联添加这两个电阻器吗? 您想在这两个增益之间切换吗?  =不是、 OPA857 EVM 将提供两种不同的 TIA 增益5K 至20K、这是我想使用这些增益的错误;

    您想补偿此处输入电容的影响、并需要低于2MHz 的带宽? 这句话并不清楚、"CF 和 RF 的恒定时间应超过最大脉冲 PMT 频率18MHz (我是说500ns)的 T 的10倍。"= 电缆的大输入电容8.2nF 应由外部 CF 进行补偿、以稳定 OPA857: 我们不是在脉冲模式下工作、但我们希望测量 PMT 光电流、那么 BW 并不那么重要。 原则上、我们将使 TIA 的 PMT 脉冲输入从低速率1MHz 更改为高速率20Mhz (弱光存在和高光存在)、并且我们希望输出中具有直流电平。 这是用于检测暗盒中的低光泄漏的应用。

    我们希望使用 TIA 系统转换直流耦合电压中的电流、然后将缓冲的输出发送到比较器、并设置两个警报信号、一个是 TTL、另一个是 LVDS 信号、以关闭 PMT 的 HV 偏置。

    我们想知道您的 OPA857评估板是否可以满足我们对原型的需求、我们将有15个 PMT R7400U 来监控15个暗盒、每个暗盒包含64个多阳极 PMT 以进行保护。

    如果输入端长达100米的 RG58电缆会给您的芯片带来问题、我们将需要知道 TIA (Opa857)的 τ、但我知道可以在外部使用射频和 CF (通过电缆)来压缩 Cin、 我们对带宽不感兴趣、因为我们不会在脉冲模式下工作、但我们要将 TIA 输出上的电流转换为电压电平、我们将使用低通滤波器和缓冲器来驱动比较器。

    我以不同的速率连接来自仿真的 PMT 输入脉冲。

    感谢你的帮助。

    此致。
    Andrea Papie2e.ti.com/.../PMT_5F00_1Mhz.pdfe2e.ti.com/.../20Mhz_5F00_PMT.pdfe2e.ti.com/.../PMT_5F00_1Mhz_5F00_Zoom.pdf 

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    您好 Andrea、

    感谢您的解释、在输入端使用8.2nF 电容器不会损坏器件、但正如您提到的、需要进行补偿、以便 OPA857不会不稳定。 在这种情况下、最好对5k Ω 增益选项进行补偿、并确认这也适用于20k Ω 选项。 我连接了一个 TINA 仿真、可以使用器件的交流峰值来评估稳定性。 由于模型的集成性质、很难进行全面的稳定性分析。  

    我们通过额外的5pF 反馈电容(45.28度的相位裕度)获得大约2.3dB 的峰值、并且可以通过略微增大反馈电容(8pF 反馈电容时的峰值为0.07dB)来进一步提高稳定性。 请注意、即使在这里具有2.3dB 的峰值、5k Ω 互阻抗的带宽也是6MHZ (20k Ω 选项为2MHz)。 因此、要实现20MHz 的信号带宽、您需要添加一个反馈电阻器来降低总体跨阻增益、或者选择具有更大 GBW 的器件(例如 OPA858或 OPA855)。

    e2e.ti.com/.../Andrea_5F00_OPA857.TSC

    最棒的

    Hasan Babiker

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    尊敬的 Andrea:

    如果我必须使用 OPA857、我会这样做:

    e2e.ti.com/.../4807.andrea_5F00_opa857.TSC

    相位稳定性分析表明相补角大于68°:

    e2e.ti.com/.../andrea_5F00_opa857_5F00_1.TSC

    Kai

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    您好 Hasan、

    非常感谢您的设计、我认为 BandW 不是一个大问题、我的信号来自 PMT R7400-03 Hama、我正在发送这种信号(我使用的是 NI Mulsim、但它是相同的)。 如您所见、PMT 的1MHz 速率是指我们在箱中具有低光泄漏以防止光照、而20Mhz 速率是指我们必须向高压电源发送警报以关闭所有的 VBias 光电倍增管。

    您可以看到、脉冲系统中的上升时间、下降时间和 Imax 为-40uA。 我想将 TIA 用作电流转换器,我的意思是在 TIA 输出中,我想有一个与输入速率成比例的直流信号。 在1MHz 时、在20Mhz 时为低电平值将为高电平值、然后使用比较器 I 可以设置高电平、当我有20Mhz 时、比较器设置信号高 TTL 以发送警报信号。

    问题在于100米的 RG58电缆和 CF (反馈电容器)应使 OPA857或其他 OPAMP 保持稳定。 然后、当增益为20K 时、不同速率下的脉冲信号平均电流可能会产生不同的直流信号输出、以发送到我认为的比较器。

    我连接了仿真生成的-40uA 信号、这些信号在50欧姆的 Rload 下闭合。

    您能否生成此类信号来测试您的电路、它是否能够在瞬态模式下按我的预期工作。 实际上、该应用在 TIA 放大器和 CSP 放大器之间处于中间位置。

    非常感谢你的帮助。

    此致。
    Andrea.e2e.ti.com/.../20Mhz_5F00_PMT_5F00_Pulse_5F00_High_5F00_leak_5F00_Light.pdfe2e.ti.com/.../PMT_5F00_1Mhz_5F00_1.pdfe2e.ti.com/.../PMT_5F00_FWHM_5F00_2.3nS.pdfe2e.ti.com/.../PMT_5F00_Pulse_5F00_Fall_5F00_Time_5F00_1ns.pdfe2e.ti.com/.../PMT_5F00_Rise_5F00_Time_5F00_3ns.pdf 

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    您好 Hasan、

    非常感谢您的设计、我认为 BandW 不是一个大问题、我的信号来自 PMT R7400-03 Hama、我正在发送这种信号(我使用的是 NI Mulsim、但它是相同的)。 如您所见、PMT 的1MHz 速率是指我们在箱中具有低光泄漏以防止光照、而20Mhz 速率是指我们必须向高压电源发送警报以关闭所有的 VBias 光电倍增管。

    您可以看到、脉冲系统中的上升时间、下降时间和 Imax 为-40uA。 我想将 TIA 用作电流转换器,我的意思是在 TIA 输出中,我想有一个与输入速率成比例的直流信号。 在1MHz 时、在20Mhz 时为低电平值将为高电平值、然后使用比较器 I 可以设置高电平、当我有20Mhz 时、比较器设置信号高 TTL 以发送警报信号。

    问题在于100米的 RG58电缆和 CF (反馈电容器)应使 OPA857或其他 OPAMP 保持稳定。 然后、当增益为20K 时、不同速率下的脉冲信号平均电流可能会产生不同的直流信号输出、以发送到我认为的比较器。

    我连接了仿真生成的-40uA 信号、这些信号在50欧姆的 Rload 下闭合。

    您能否生成此类信号来测试您的电路、它是否能够在瞬态模式下按我的预期工作。 实际上、该应用在 TIA 放大器和 CSP 放大器之间处于中间位置。

    非常感谢你的帮助。

    此致。
    Andrea.e2e.ti.com/.../1680.20Mhz_5F00_PMT_5F00_Pulse_5F00_High_5F00_leak_5F00_Light.pdfe2e.ti.com/.../0211.PMT_5F00_1Mhz_5F00_1.pdfe2e.ti.com/.../0820.PMT_5F00_FWHM_5F00_2.3nS.pdfe2e.ti.com/.../3644.PMT_5F00_Pulse_5F00_Fall_5F00_Time_5F00_1ns.pdfe2e.ti.com/.../7357.PMT_5F00_Rise_5F00_Time_5F00_3ns.pdf

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    您好 Kai、

    在钳位二极管之前、这是 PMT 的等效输入模型吗?

    以这种方式运行稳定性分析时、我看到的一个问题是、OPA857内的集成反馈电阻器和电容器不包含在分析中。  

    您好 Andrea、

    如果我理解正确、您正在尝试在这里创建一种频率-电压转换、而不是经典 TIA 配置? 目前、我建议使用电路 Kai & I 将电流脉冲转换为 OPA857输出端的电压脉冲。 通过将此电路的带宽降低到20MHz 以下、20MHz 脉冲的振幅将会衰减。 20MHz 和1MHz 的直流信号是相同的、对应于 PMT 的暗流电流。

    我也不清楚您计划如何使用 OPA857的不同增益选项?

    最棒的

    Hasan Babiker

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    您好、Hasan、

    很难在 www. 但从其他光敏电阻管(PMT)可以看到、PMT 的等效电路模型是一个与小电容(通常小于10pF)并联的电流源、并且与大电阻(通常大于10^12Ohm)并联。 此外、许多 PMT 可以驱动相当重的负载、例如50R 电阻。 计时规格通常以50R 负载电阻给出。 顺便说一下,10pF 和50R 提供了一个非常小的时间常数:-)

    我的 R4 = 3M 有点低、但对性能没有任何重大影响。

    R2和 C2 (由我自己引入)应在进入 OPA857之前形成一个低通滤波器、以抑制 PMT 信号的最高频率内容。 在这里、无源低通滤波器对于减轻 OPA857的负担非常有帮助。 R3=100R 足够小、使 OPA857仍可用作 TIA。

    同时、R2、C2、D1和 D2形成了过压和 ESD 保护电路。 R3还提供了一些电流限制。 但其主要任务是将 OPA857的输入与线缆电容(C4)和 C2隔离。 这允许在10p 和1000N (经过测试、最终更大)范围内使用有源低通滤波电容(C3)、而不会破坏相位裕度。

    根据我的感觉、R2和 R3还应提供一些谐振、这些谐振是由电缆作为传输线路而导致的、没有特性阻抗匹配。 但我还没有进行相应的仿真。 Hamamatsu 在其 PMT 的文档中说,布线的阻抗匹配应通过试错来完成:-)

    Kai  

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    您好、Hasan、

    您说:

    "以这种方式运行稳定性分析时、我看到 的一个问题是 、OPA857内的集成反馈电阻器和电容器不包含在分析中。"

    哎呀、是的、现在我明白了! 是的,你是对的:-)

    Kai

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    尊敬的 Asan:

    我们希望能够适应非常低的光照强度、光子计数模式、因此、放大器在不同的速率下是相同的: 正是由于此原因、我们发送到 TIA 的平均电流在输出上、我们不希望跟随不是动态工作的输入端的脉冲、而是仅测量脉冲的平均电流。 该直流信号将是变量、20Mhz 高泄漏灯时、I 将设置警报。

    如果需要、我可以发送所有不同的物理代数来计算电荷、电流和平均值。

    非常感谢您的帮助。

    此致。

    Andrea。

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    您好 Kay、

    非常感谢您的有趣模拟、但正如我对 Hasan 说过的、我对此并不感兴趣

    BW、我有兴趣使用该 TIA 作为脉冲模式转换器、以平均电流到电压  

    转换器。 最大的问题是补偿电缆 RG58 100米电容8.2nF。

    您使用哪种公式来计算 CF?  最受欢迎的是:

    cf = sq  Ctotal = Cccable + Cin (Op 放大器)/6.28 (2pai)射频 GBWP

    但是、对于高频、还可以使用不同的公式来稳定 TIA

    很复杂、但我在 TIA 和电荷敏感型前置放大器之间进行了中间的描述。

    昨天、我向您发送了 PMT 输入信号仿真结果、Hasan 能温和地尝试使用 TINA TI 并发送车床

    输入的信号。 我想查看 TIA 输出。

    b 此致、谢谢。
    Andrea。

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    您好 Andrea、

    您提供的输入信号是否是电压测量? PMT 的输出是电压还是电流信号? 您能否提供电流脉冲的振幅来运行瞬态仿真?

    最棒的

    Hasan Babiker

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    您好 Kai、

    感谢您对电路的解释、我想知道我是否错过了器件数据表中的内容。 是的、在这种情况下、最好是确保 OPA857的安全性和保护。

    有关需要通过反复试验完成的阻抗匹配的有趣说明、想知道这种设计的可靠性如何。

    最棒的

    Hasan Babiker

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    尊敬的 Andrea:

    我不使用特殊公式来查找电路的最佳组件值、但我会运行相应的 SPICE 仿真。 我使用一个技巧来允许 TIA 处理其输入端的大杂散电容、这是一个技巧、即通过小电阻隔离该杂散电容。 以下仿真显示了标准 TIA 拓扑在改变反馈电容时的性能。

    10pF:

    1nF:

    100nF:

    e2e.ti.com/.../andrea_5F00_opa857_5F00_3.TSC

    从频率响应的峰值增加和瞬态分析中的振铃增加可以看出、当增加反馈电容时、电路变得越来越不稳定。

    随着小型"隔离"电阻的增加、电路变得更加稳定:

    10pF:

    1nF:

    100nF:

    e2e.ti.com/.../andrea_5F00_opa857_5F00_2.TSC

    因此、我建议添加 R2、C2和 R3。

    100µA 中、假设振幅为1 μ s、则50ns 和1µs μ s 间的脉冲的性能会显示如下:

    50ns、100pF:

    1µs μ F、100pF:

    50ns、1nF:

    1µs μ F、1nF:

    50ns、10nF:

    1µs μ F、10nF:

    Kai

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    您好 Hasan、

    是的、当然、我会以不同的速率为脉冲电流发送仿真 PWM I_Source (50欧姆示波器上的电压为 I_PULSE)

    I_Pulse @ 1MHz 速率低光 PWM 文件:

    时间      电流

    1美制       0

    1.001us  -40uA

    1.004us  0

    在仿真过程中重复数据

    I_Pulse @ 20Mhz 速率高光 PWM 文件:

    时间      电流

    46ns       0

    47ns       -40uA

    50ns       0

    在仿真过程中重复数据

    我想您可以使用 TINA TI 来创建该脉冲电流。

    此致、谢谢。

    Andrea。

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    您好 Andrea、

    Kai 的仿真应能让您了解瞬态仿真的预期结果。 我认为 OPA857不是用作积分器的正确器件、因为反馈电阻限制为20k Ω 或5k Ω。 您可以将 OPA857用作典型的互阻抗器件来放大脉冲、然后通过积分器或使用互阻抗集成器来跟踪脉冲、使用时可使用反馈电阻更高的分立器件。  

    下面您将看到 OPA859的一个示例(此处可使用较低的 GBW 器件)。 我在这里使用了 Kai 的输入结构:

    1MHz 脉冲的瞬态信号:

    20MHz 脉冲的瞬态:

    最棒的

    Hasan Babiker

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    尊敬的 Asan:

    我将尝试使用此 OPA。

    非常感谢 Kai 的设计和仿真非常有用。

    此致。
    Andrea。