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[参考译文] OPA381：自动置零操作-光电导模式 TIA -单端电源

admin
Guru**** 2550050 points
Other Parts Discussed in Thread: OPA381, AFE4490, OPA320, OPA376

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/676326/opa381-autozero-operation---photoconductive-mode-tia---single-ended-supply

器件型号：OPA381
主题中讨论的其他器件： AFE4490、 OPA320、 OPA376

e2e.ti.com/.../OPA381-autozero-glitch.docx

我很难解释 OPA381在简单 TIA 配置下的情况、它在零偏置光电导模式下使用光电二极管。 系统使用 Thorlabs IS236A 将球体与 SM05PD1B 光电二极管集成。 使用 TI AFE4490 EVM、660nm 红色 LED 在积分球体输入端以500Hz (500usec PW)的频率发出脉冲。 当在一个输入端口上使用 LED 完全关闭积分球体并测量光电二极管输出时、TIA 输入和输出端似乎存在~100usec 的自动零毛刺脉冲。 请参阅以下内容：

 

 

在以下示波器激发布线中：黄色= TIA 反相输入、绿色= TIA 输出

 

在本视频中，球体对环境光打开@测量红色 LED 时的其中一个端口–一切看起来都正常。 。 。

 

 

在此屏幕中、所有集成球体端口在测量红色 LED 时都关闭。  黄色迹线是 TIA 输入、电压应始终为零(即运算放大器求和结的零偏置行为)。  在这种情况下、执行的自动置零看起来也会对输出产生干扰。  数据表中关于 AutoZero 的详细信息不多、但它是专有的、大约需要100 μ C。 根据我对斩波稳定放大器的了解、输入上的毛刺脉冲似乎是自动归零尝试。

 

 

这是非常可重复的、似乎与完全封闭的积分球的暗色条件有关。

 

我的问题是：

  1. 这似乎是自动置零操作的伪影吗？
  2. 在由单端电源供电时、是否需要使用数据表图4中所示的反向偏置？ 这样可以消除我在这里看到的干扰吗？

 

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    TI__Guru**** 2550050 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、Jim、

    是的、这来自 AutoZero 操作！ 减少自动归零对输出信号影响的唯一方法是引入某种低通滤波。

    我不认为对+输入应用偏置会消除您观察到的尖峰。 施加偏置仅用于使光电二极管在非零反向电压下工作、从而降低光电二极管的结电容并加快光电二极管的速度。

    Kai
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    TI__Guru**** 2550050 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、Jim、

    OPA381确实使用自动置零技术来获得极低的电压偏移电平。 在采用极高值反馈电阻器的应用中、例如 TIA、在 AutoZero 开关周期期间出现的输入偏置电流的微小变化会转换为放大器输出端的电压变化。 当看到它们时、它们通常具有类似尖峰的外观。

    如果与输入偏置电流相比、光电二极管传感器的输入电流较高、则尖峰极小、不会观察到极类似的情况。 但是、如果传感器产生最小电流、例如暗流或与输入偏置电流相当的电流电平、则可能会观察到尖峰。

    Kai 提到了滤波、这可能是一个可接受的选项、但计划添加一个额外的滤波器级。 这种方法可能会存在带宽限制、从而无法消除这种限制。

    另一种选择是使用不依赖 AutoZero 技术的运算放大器来实现极低的失调电压、而是使用使用使用电子失调电压校正技术来实现该目标的运算放大器。 OPA376和 OPA320是这类运算放大器、可能在您的 TIA 应用中很好地发挥作用。 您可以在此处找到它们的数据表：

    www.ti.com/.../opa376.pdf

    www.ti.com/.../opa320.pdf

    请注意、OPA376和 OPA320使用传统的运算放大器引脚布局；OPA381引脚布局之所以独特、是因为它具有独特的功能。 此外、OPA376的增益带宽约为 OPA381的三分之一、这可能是一个问题。 但是、OPA320具有20MHz 的增益带宽、因此更符合 OPA381的18MHz。

    此致、Thomas
    精密放大器应用工程
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    TI__Guru**** 2550050 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。

    谢谢 Thomas–

    因此，我听到的是，这与小于或接近偏置电流的输入信号电平有关，而不是因为我运行的是单端电源。 。 。 是这样吗？
    我最初认为、我可能只能添加一些偏置、如数据表中的图4所示。   图4电路是否可能提供足够的偏置电流来防止我在完全闭合的积分球体情况下看到的尖峰？  我想我会将非反相输入偏置在大约0.3V、以使基线信号脱离接地状态、同时保持我们的原始动态范围。
    稍微重述一下、您认为 数据表中图4的电路在测量集成球体中的脉冲光电二极管时可能会防止出现较大的自动置零尖峰吗？
    Jim
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    TI__Guru**** 2550050 points
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    您好 Kai -
    很抱歉、我的浏览器窗口关闭了您的回复、我只看到了 Thomas 的回复。 我问他你似乎已经回答的问题。
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    TI__Guru**** 2550050 points
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    尊敬的 Thomas -
    抱歉、我的浏览器窗口切断了 Kai 的回答、我看到他回答了有关图4的问题。 我将研究过滤。 。 。
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    TI__Guru**** 2550050 points
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    您好、Jim、

    超低电流噪声与使用单电源无关、但它是 OPA381内部自动置零电路运行的特性。

    与图4相关的文本中提供的偏置信息会增加光电二极管上的反向偏置电压、从而减小其电容。 这是一种用于最大化带宽的有用技术。 它确实指出、在同相输入端添加 RC 可降低噪声。 如果它对开关电流噪声有任何影响、则它将仅与同相输入相关。

    此致、Thomas
    精密放大器应用工程
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    TI__Guru**** 2550050 points
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    您好、Jim、

    我们想结束这个线程。 你有你需要的一切吗？

    此致、Thomas
    精密放大器应用工程
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    TI__Guru**** 2550050 points
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    谢谢 Tomas、

    我有一个可行的解决方案，但随附的文档中有几个问题。  

    我最终可能会尝试使用 OPA320、但希望更好地了解 OPA318 AutoZero、因为它不仅是此测试电路中的 TIA、而且是我们产品中的 TIA、  

    再次感谢您的观看、

    Jime2e.ti.com/.../OPA381-autozero-glitch_2D00_2.docx

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    请注意、上一帖子中文档的功率级别差异不会产生任何后果-只需在与积分球体不同的距离处进行测量。
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    TI__Guru**** 2550050 points
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    您好、Jim、

    hm、假设的 AutoZero 尖峰为何与500Hz 信号脉冲完全同步？ 它们应以10kHz 的速率出现。 但它们与500Hz 信号脉冲同步、因此它们似乎是信号的一部分。

    我对自动归零不是很熟悉。 但数据表显示、由于内部滤波、自动归零频率(10kHz)几乎不存在基波噪声能量。 这让我认为、自动归零是在伺服中执行的、您可以在数据表第1页的芯片原理图中看到： 伺服系统将 OPAMP 的反相输入与引脚3的理想 GND 电势进行比较、并为积分器提供两个电势差的电压。 此伺服的偏移电压由自动归零功能完美实现。 最后、从任何不需要的偏移电压中清除的积分器输出将应用于运算放大器的同相输入、以校正该运算放大器的输入偏移电压。 因此、不是连接为 TIA 的 OPAamp 会自动归零、而是伺服、它会校正 TIA 的偏移误差。 非常聪明！ 您可以将 OPAMP 作为纯 TIA 运行、但同时具有自动调零点 OPA放大 器的超低失调电压。

    Kai

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    TI__Guru**** 2550050 points
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    尊敬的 Kai：

    感谢 AutoZero 的解释-我完全错过了 pg1图上显示的伺服！

    我不确定是由 AutoZero 导致的、但 AFE4490 LED 驱动器中没有任何功能可以做到这一点、并且它会随着光电二极管偏置的变化而消失。  人们认为、从积分球中的完全黑暗到大量光的突然变化在某种程度上产生了这一巨大变化。  当以电子方式偏置(通过在非 inv 输入端有意偏移)或光度偏置(通过允许某些环境光进入积分球体)时、干扰消失。  让我相信 AutoZero 的关键是、同相输入(下面的黄色迹线)在~100uSec 的时间内扰动、并且仅在此时从接近于零的光电二极管电流更改为某个更高的电流。  由于我是由单电源供电、我想 AutoZero 电路可能需要在接地下方有一些空间才能在接地端正常工作-请注意、非 inv 输入降至接地以下、但没有负电源！ (可能是集成 CAP 操作)。  由于我没有可用的负电源、我决定将二极管偏置到接地之上。  这清除了干扰、但我不知道具体原因-我猜它与在电源轨附近运行有关。  我想我可以尝试添加负电源并保持零偏置、以查看 AutoZero 是否在接地轨上运行时出现问题。 。 。  我的下一个实验、我可以分配一些技术时间。

    是否有任何关于这是否可能是单电源配置中接地轨上的 AutoZero 问题的想法？  它仅在从真暗电流(闭合积分球体)转换到某种光照级别时发生。

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    您好、Jim、

    我一直在查看您的 OPA381自动零干扰-2文档并注意到您的问题。 以下是我对他们的回答：

    我不确定具体原因、但通过添加具有简单正向偏置肖特基二极管的偏置电路来解决问题。  非 inv 输入端的滤波可能会阻止 AutoZero 在转换时从波形的暗电流段触发？

    干扰实际上可能与输出有关。 当输入共模电压设置为0V 时、输出将强制为负输出摆幅轨。 数据表电气特性表提供了一些信息、例如负电源轨的电压输出摆幅、RL = 10kΩ Ω、30mV 至50mV。 输出参考电压偏移可能会增加问题。 将输出运行到电源轨中会涉及恢复问题、尖峰可能是其中之一。

    将共模电压向上移动几百毫伏会将输出从电源轨移入线性摆幅区域。 在这种情况下不需要恢复。

    根据数据表、AutoZero 电路运行似乎是专有的–它实际上是始终运行、还是仅在输入端的特定条件下运行？

    自动归零过程是连续的。

    是否有任何应用手册可以提供有关 AutoZero 工作原理的更多信息？

    以下是一些资源-

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程

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    TI__Guru**** 2550050 points
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    尊敬的 Thomas：

    您写道：

    "干扰实际上可能与输出有关。 当输入共模电压设置为0V 时、输出将强制为负输出摆幅轨。 数据表电气特性表提供了一些信息、例如负电源轨的电压输出摆幅、RL = 10kΩ Ω、30mV 至50mV。 输出参考电压偏移可能会增加问题。 将输出运行到电源轨中会涉及恢复问题、尖峰可能是其中之一。

    将共模电压向上移动几百毫伏会将输出从电源轨移入线性摆幅区域。 在这种情况下不需要恢复。"

    托马斯，你是勇敢的！ :-)

    Kai
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    尊敬的 Thomas：

    我认为您的分析是有根据的、我感谢您的快速专业响应。

    我们可以关闭这个 。 。 。

    再次感谢、

    Jim

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    TI__Guru**** 2550050 points
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    另外，谢谢您，Kai。 。 。

    Jim
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    您好、Jim、

    很高兴我能帮助解决这个 OPA381应用。 感谢 Kai 的投入！

    我将关闭这个。

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程