[参考译文] LOG114EVM：添加光电二极管强度前置放大器以移动范围

尊敬的 Thomas：  

感谢您的建议、考虑到 LMP7721 EVM 板作为 LOG114的 TIA 似乎很有吸引力、但需要清除以下几点：
1) 1)如果在1M 时获取增益电阻 RF、则 LMP7721输出电压与应介于20uV 至1V 之间、足以被其他电路所歧视。
2) log114EVM 板在同相输入端嵌入了电平转换器极化 Vbias (2V)：这意味着如果引用 eq 4、电流将向后流动。
3) 3)如果我添加一个精密求和电路(使用 OPA2107)、将 Vbias 添加到 LMP7721输出 Vs 中、则100欧姆的电阻器将 Vs+2V 转换为 I1、然后电流应在设计的范围(200nA 至10mA)内流向 LOG114。

由于电源不对称、我不能丢弃 LOG114板上的 Vbias。

尊敬的 Maxime：

查看我的回答、回答您的问题：

1) 1)如果在1M 时获取增益电阻 RF、则 LMP7721输出电压与应介于20uV 至1V 之间、足以被其他电路所歧视。

我会尝试在20pA 至1uA 输入电流范围内最大程度地增大 TIA 输出电压摆幅。 互阻抗增益可轻松增加至近5 M (V/A)、然后输出摆幅范围摆幅将更接近0至5 V。Yu 将能够利用更多的运算放大器动态范围。

没有运算放大器具有与输出轨精确摆动的输出、因此您必须考虑线性输出摆幅范围内的合理较低输出电平。 放置在运算放大器上的负载越轻、摆动到电源轨的距离就越近。

确保您了解 TIA 输出相对于光电二极管电流方向的摆动方向。 如果输入电流进入运算放大器电路、然后通过增益设置电阻器到达输出、输出将变为负值。 如果使用单个正电源、运算放大器输出将无法摆动到0V 以下。如果二极管由此反向连接、则电流将从输出端、通过增益设置电阻器、并通过光电二极管接地。 在这种情况下、输出将变为正。

2) log114EVM 板在同相输入端嵌入了电平转换器极化 Vbias (2V)：这意味着如果引用 eq 4、电流将向后流动。

EVM 设置为由+5V 单电源供电、+2V Vbias 会是一个问题；LOG114输入电流必须流入 I1、0r I2、并且在不添加电流反向电路的情况下无法反向。 这会增加复杂性、我认为您应该避免这种情况。

如果您计划使用 LOG114 EVM、则必须以2V 的最小电压建立 TIA 输出。然后、输出可能会从该电压升高。 除非您能够获得足够的2V 至接近5V 的 TIA 输出范围、否则需要使用摆幅高于5V 的运算放大器。LMC6001超低输入电流放大器可使用高达+15.5V 的电源、 但您不需要使用电源来将其设置为如此高的值。
 
3) 3)如果我添加一个精密求和电路(使用 OPA2107)、将 Vbias 添加到 LMP7721输出 Vs 中、则100欧姆的电阻器将 Vs+2V 转换为 I1、然后电流应在设计的范围(200nA 至10mA)内流向 LOG114。

如果您可以向我们展示您打算如何将光电二极管连接到 TIA、这将有助于进行讨论。

我的想法是对 TIA 同相输入施加+2V 的电压、这会使 TIA 输出上升+2V。这样做会向光电二极管添加一些反向偏置、从而降低其结电容和暗电流。

此致、Thomas
精密放大器应用工程

尊敬的 Maxime：

正如我先前所说的、我会对电路进行一些修改。 对于 LOG114、我将使用+/-5V 的双电源电压。 这会使许多事情变得轻松。 然后、您可以使用我在该主题中建议的偏移调整方案：

e2e.ti.com/.../2713011

此外、TIA 应看到更高的电源电压。 可选择的反馈电阻器越高、偏移电压问题就越低。 这就是我推荐10M 反馈电阻器(方案中的 Rt)的原因。 它可将您的光电二极管电流范围20pA 1µA μ A 转换为200µV μ A 10V 的电压范围。 为了能够处理这个完整范围、总偏移电压必须小于200µV μ V。 但 LOG114的偏移电压高达+/-4mV。 这就是我推荐偏移调整方案的原因。 (还要注意 TIA 的失调电压。)

电压至电流转变电阻器(在您的方案中为 Ri)可设置为10k、然后。 这会将200µV…10V 的电压范围转换回 LOG114输入电流范围20nA……1mA。

您可以为 TIA 选择高于 LOG114电源电压的电源电压。 10k 电流转变电阻器(Ri)应为 LOG114提供足够的保护。 另一种方法是通过 OPA627数据表第7.3.7节中讨论的附加保护方案来保护 LOG114的输入。 但我认为不需要额外的保护方案。

Kai

尊敬的 Thomas。

非常感谢您的参与。
光电模式下的光电二极管 D1连接在短 BNC 电缆上、在阴极上接地。
通过偏置 TIA 配置中的 LMP7721同相输入、确实可以确保 I1 LOG114EMV 侧的输入始终为正。
如果 LMP7721评估板的 Vref 为 Vcc (+5V)、则分压器 R1和 R2上获得的 Vbias 应等于2.5V。
如果给定2M RF 增益电阻器，TIA 应输出2.50004... 4.5V、很好地位于电源轨内部。

在 LOG114EVM 侧、由于电平转换器仍然可用、输入电压应下降 Vbias (2V)。
所选电压至电流精密电阻 Ri 为1K，将在500uA 之间为第4个 LOG114引脚 A 电流馈入... 2.5mA。

请在附文中找到打算使用的经过细微修改的评估板的原理图。

尊敬的 Maxime：

我在第一次审阅时发现了几个电路问题。 请考虑以下项目：

1. 光电二极管连接需要反向。 相反、尝试出现在 LMP7721求和节点上的 Vbias 电压将被强制为光电二极管的正向偏置电压电平。 即使光电二极管产生电流 、它也将处于方向、因此 LMP7221输出电压将尝试摆动到低于 Vref 确定的输出电平。 如果二极管连接反向 、则二极管 反向偏置、 LMP7721输出将移动为正、以响应光电二极管电流的产生。
2. LMP7721 Vbias 设置过低。 VBIAS 将 LMP7721输出电平设置 为+1.25V、相对于 LOG114 VCM_IN 电压+2.56V 而言、该电平过低。LOG114需要输入电流流入输入引脚。  当 VCM_IN 高于 LMP7721输出电压时、电流将尝试向错误方向流动。 目标是将 Vbias 设置为一个电平、以便在光电二极管电流为零时没有电流流经 LOG114输入 V-I 电阻。 然后、由于光电二极管确实产生 电流  、LMP7721输出会移动正极并通过串联输出电阻将电流拉至 LOG114输入。
3. 您的原理图显示了 LMP7721输出和 LOG114输入之间的100欧姆输出和1 k 欧姆 Ri。 您是否有使用两个电阻器的特殊原因？

此致、Thomas

精密放大器应用工程

Thomas、您好！
1)是的、我应该反向输入上光电二极管的阳极和阴极连接、以使电流流向 LMP7721

2) 2) LMP 侧的 Vref 是馈送到电路板上的 Vref。 您可能会注意到 J3和 J6连接器分流、因此 Vbias 应等于2.50V。 LMP7721输出电压至少应克服 LOG124EMV 输入的 Vbias (2V、eq)。 EMV 板的 VCM_IN 电压等于 OPA365提供的 Vbias 并将其调节为2V

3) 3) Rout 似乎嵌入在 LMP7721板上(100 O、图4)、保持只有 Rout 会在两侧消耗过多电流、添加 Ri 会在 LOG114的线性范围内降低该电流。

此致

Maxime

尊敬的 Maxime：

我对 电流放大器和 LOG114进行了一些更改、以查看我是否可以将其设置为使所有器件都在其线性范围内以电气方式工作。 我在下面展示的 TINA TI Spice 仿真电路 看起来可能 已经接近 满足您的需求。  

TIA 增益电阻器降至1Meg、以便 LOG114在 其线性工作范围内注销。 此外、对于 1uA 的满量程 TIA 输入电流、没有任何理由使 LOG114输入电流超过1mA。 当 LOG114输入电流超过1mA 时、这样做可消除额外的线性化电路。 它简化了操作、并可与 LOG114 EVM 板配合使用。

我真的不知道您希望如何设置两个额外的运算放大器 A4和 A5、因此我使用了您在图中使用的电阻器。

如果您想在 TINA TI Spice 电路上运行一些简单的仿真、我已附上了供您使用的仿真文件。 如果您还没有 TINA TI、可从 TI.com 免费获取。 只需 在 TINA TI 上搜索即可。 该程序直观且易于使用、尤其是当您有现成的电路时。

此致、Thomas

精密放大器应用工程

e2e.ti.com/.../LOG114_5F00_Cur_5F00_amp_5F00_02.TSC