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[参考译文] OPA818:TIA 电路的实际带宽没法满足设计要求

Guru**** 1135610 points
Other Parts Discussed in Thread: OPA818
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/1223423/opa818-the-actual-bandwidth-of-the-tia-circuit-cannot-meet-the-design-requirements

器件型号:OPA818

在 OPA818调试期间、我们发现带宽不能满足设计规格、有人怀疑这是寄生电容的影响、但我不知道如何消除它。

根据数据表第9.2章设计电路、第一版 PCB (厚度1.0mm)、Rf 更改为50kR、反馈电容小于0.3pF 后、更改反馈电容值、对带宽没有显著影响(11MHz~14MHz 之间的带宽、不可超过14MHz)、 移除反馈电容器网络、电路仍然正常工作、带宽为14MHz。

第一个版本的 PCB (厚度为1.0mm)将射频从单个50kR (0603封装)电阻器更改为串联的20kR 和30kR 电阻器(0603封装)、没有反馈电容器、带宽可以增加到19MHz。 但是、它仍低于手册中的指示器。

在第二个版本的 PCB 上(为了减小寄生电容、将电路板厚度更改为1.4mm)、将 RF 与20kR 和30kR 电阻器串联(为了减小 PCB 面积、将电阻器更改为0402封装)、未安装反馈电容器。 而带宽仅为14MHz。

芯片电容和光电二极管电容都经过测试、芯片电容与标称电容一致、光电二极管在偏置电压下的结电容约为0.7pF。 光信号本身的带宽高于50MHz。

有以下几个问题:

  1. 为什么 PCB 第二版的性能不如第一版的性能?
  2. 增加 PCB 厚度(1.0-1.6)是否有助于减小寄生电容? 或者影响是否可以忽略不计?
  3. 将0402器件更改为0603器件是否有助于减小寄生电容? 或者影响是否可以忽略不计?
  4. 根据公式计算的带宽与实际测量的带宽之间存在很大差异、GBWP 是否低于实际标称值?
  5. 如何减小寄生电容?
  6. 如何在不降低互阻抗的情况下增加带宽?

  • 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、Liu、

     感谢您分享这一详细的分析。  该数据表示例适用于仿真。 数据表设计的 TIA 计算器片段显示了0.092pF 的反馈电容、从 PCB 贡献的寄生电容可以看出、这在实践中很难实现。 对于跨阻设计、我们通常建议 CF≥0.1pF。  

     您选择的电容器反馈 TEE 网络设计确实有助于调节 CF、尤其是考虑到寄生并在两个电阻器之间分配反馈电阻器增益、这是另一个很好的设计选择、因为可以提高反馈电阻器值以缓解寄生影响。  

     如果您愿意考虑使用更高带宽放大器进行可能的重新设计、请提出以下问题:

    1. 要确认的是、您的光电二极管电容在您设定的反向电压偏置下为0.7pF?
    2. 您的设计需要>50MHz 的闭环带宽  
    3. 您的输入电流范围是多少?
    4. 您所需的输出电压范围是多少?  

     对您的问题的回答:

    1. 这可能是由于增加了隔离电阻器 R4。 该电阻器确实有助于降低寄生电感和电容。 现在、尝试将其替换为0欧姆电阻器。  

    2. 电路板厚度 可以忽略不计、但层厚度更为重要。 就测试工程师而言、这取决于最近的平面或信号层彼此之间的距离(这些层之间的间距)。  当更改为更厚的电路板时、这只会改变中心填充还是信号层之间的间距? 另外、他们的建议是如果您适当地包含平面切口(输入和反馈引脚)、则电路板厚度可以忽略不计。  

    3. 没错、 减小无源器件的尺寸(RF 和 CF)肯定会特别适用于1pF 以下的设计。  

    4. GBP 是放大器的增益带宽、而闭环带宽是您的系统所需的带宽(0.35/输入脉冲上升时间)  
      1. 可通过此 链接找到该计算器

    5. 平面切口、将布线长度降至最低(您已完成)、以及无源器件尺寸  
      1. Kai 在这些线程中提供了深入且非常有用的建议
        1. https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1089964/opa855-q1-output-layout-instruction
      2. 稳定性仿真
        1. https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1102658/opa858-tia-configuration
        2. https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1095982/opa855-opa855

    6. 更改为更快的放大器(更高的 GBP、增益带宽积)

    谢谢!
    SIMA