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[参考译文] OPA657：OPA657如 TIA 输出噪声/振荡器

admin
Guru**** 2524460 points
Other Parts Discussed in Thread: OPA657, 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/1203828/opa657-opa657-as-tia-output-noise-osillates

器件型号：OPA657
主题中讨论的其他器件： OPA818

您好！

我要测试中所述的设计  

最终电路图如下：

而且 OP657的输出噪声很大。 最大 值约为40mVp-p (我使用了一根轴向电缆和100Ω Ω 隔离电阻器,波形与 ADC 输出的结果相同,因此是可信的)

我已确认所有电源、纹波/噪声均低于3-5mV。

然后、我移除了反馈电容器、但仍然保持不变。

然后我将增益电阻器更改为1k 和100k、结果如下：

1k - 0.5mVpp 相当好；

100k - 1.47mVpp  

400k - 9.6mVpp  

似乎在 OPA657的输入端上有一些电流噪声并进行放大。

我对环境有所怀疑、因此我还有  另一个 示波器通道 、使用相同的轴向电缆、除了靠近 PCBA (以下波形中为 NC)之外什么都没有连接。

我想这些尖峰来自环境。

但是降低尖峰、 TIA 的输出上似乎有一个正弦波形。

我进行了相位裕度仿真、并尝试了不同的反馈电容器、但结果无效。

有痕没有卖面具安装钢屏蔽壳,但我仍在等待交付.

在获得镀层零件之前、我还能尝试其他什么？

谢谢！

布局：

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    TI__Guru**** 2524460 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、Follin

    布局不理想：

    请参阅以下示例布局和本主题中提供的建议：

    https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1194027/lmh6629-high-speed-transimpedance-amplifier-for-single-photon-detection

    凯

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    TI__Guru**** 2524460 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。

    尊敬的 Kai：

    我已经浏览了您提到的主题。

    我注意到有几个点我没有遵循:

    1.似乎我在输出层和内层上删除了太多的 GND 覆铜。  

    2.需要在 耦合 电容中添加更多的接地过孔。

    3.从 APD 连接器到运算放大器的走线长度很短。 这是因为四组相同电路之间的屏蔽迹线。 哪一项优势更大？ 通常是否需要隔离？ 我很想删除"隔离"屏蔽迹线,短所有的 APD 迹线,如果它的好处更多(更好的稳定性,抗干扰).

    4.在数据表上、RF 和 CF 放置在 TIA 下方、但在您的方案中、只需放置在 TIA 附近。

    您是否愿意再次检查一下、看看我是否漏掉了一些东西？

    我将详细的原理图和布局张贴在此处。

    TOP01

    INNER02 (GND)

    INNER03

    INNER04 (电源)

    INNER05 (GND)

    BOTTOM06

    总计：

    非常感谢。

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    TI__Guru**** 2524460 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、Follin

    还有一个非常大的问题：

    您迫切需要在最靠近 APD 连接器的引脚1的位置放置一个去耦电容器。 不仅是从引脚3到过长的 OPAMP 输入的连接、而且是从引脚1到信号接地的连接(通过去耦电容器)。

    顺便说一下：连接器意味着光电探测器未直接安装在 PCB 上？ 他们是否看到任何电缆？？ 但愿不是如此？ 我真的不认为 OPA657在输入端接受任何布线。

    OPA657是一个解补偿1.6GHz 运算放大器。 您不能将此"野兽"视为标准低频 OPAMP。 它不原谅即使是最小的错误。 只有毫米和亚毫米级的连接长度才足够。 OPA657输入端上任何较长的布线都可能导致灾难性故障。

    凯  

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    TI__Guru**** 2524460 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。

    尊敬的 Kai：

    APD 直接插入插座,但 APD 引脚的长度约为8mm。

    我修改了布局、使其更像您所做的那样。 并将重复从2-4层重新移动的铜、但保持第五层和底层 GND。

    还 将库仑电容器移动到 APD 的1引脚。  

      

    在第一个版本中、我没有 GND 覆铜、但只有用于镀层的红色迹线、以避免具有寄生电容器/泄漏电流-这似乎没有意义。 但我 在高精度 仪器的板上看到了很多相同的设计。

    我参考了数据表找到了另一个版本的 OPA818、但我也将该芯片移到了非常靠近 APD 引脚的位置。

    我能否请您的评论以确保我正确理解您的指南？

    非常感谢！

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    TI__Guru**** 2524460 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、Follin

    最后一张图片看起来不错。 去耦电容器已正确安装。 但反馈电阻器不是有点大吗？ 它的软件包是什么？ 1206？ 它认为0603会更好。 最大为0805。

    Unknown 说：
    APD 直接插入插槽，但 APD 引脚的长度将约为8mm。

    这听起来不错。

    Unknown 说：
    3. APD 连接器到运算放大器之间的布线长度很短。 这是因为四组相同电路之间的屏蔽迹线。 哪一项优势更大？ 通常是否需要隔离？ 我很想去掉"隔离"屏蔽迹线以短接所有的 APD 迹线,如果它有更多的好处(更好的稳定性,抗干扰)。

    通过使用屏蔽走线或小型的本地接地层来在 HF 电路中提供真正的隔离是非常困难(无法读取)的。 引入太多的杂散电容和寄生电感会导致损害大于弊。

    通过使用(或更好的几个)实心和连续的接地平面、可以提供出色的屏蔽效果。 隔离式屏蔽布线或小型局部隔离式接地平面不会解决问题。

    Unknown 说：
    并且有没有销售面具的痕迹来安装钢屏蔽壳,但我仍在等待交付。

    添加钢屏蔽壳是一个好主意,可以进一步改善屏蔽或更好地说通道之间的通道分离不同的通道.

    如果您确实想增强不同通道之间的通道分离、请不要忘记改善电源电压去耦措施。 我会在每个电源电压引脚处将 RC 滤波器替换为 CRC 甚至 CLRC-PI 滤波器。 π 型滤波器甚至允许您在大多数情况下省略电源电压平面。

    还有一个问题：我认为您的某些组件太大。 我是指反馈电阻器和半个去耦电容器。 您使用哪种去耦电容器？

    凯

    [/quote]
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    TI__Guru**** 2524460 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。

    尊敬的 Kai：

    Unknown 说：
    还有一个问题：我认为您的某些组件太大。 我的意思是反馈电阻器和半个去耦电容

    -我使用了 Susumu  RG2012P-155-B-T5 ,它的0805封装。 我读取到一个使用0805的地方、它与0402/0603相比具有更小的端子寄生电容器、以避免带宽扩展。 是不是太大了? 随着距离的增加、这会对布局产生一定的影响。

    - 根据数据表的以下部分、我为 OPA657电源使用的电容是0402 220nF 和0805 10uF 的组合：

     

    0402 220nF X7R GRM155R71C224KA12D  

    0805 10uF X5R  GJ821BR61E106KE11L

    我还阅读了您发布的主题、最好使用两个相同的电容器、通常需要实际的测试。  去耦的事情 总是 会让我省略一点。

     

    Unknown 说：
    通过使用屏蔽迹线或小型本地接地平面在 HF 电路中提供真正的隔离非常困难(无法读取)。

    走线为无阻焊层的铜制、可接触 两个屏蔽外壳。 这些 GND 覆铜在顶部和底部是相同的、并通过多个过孔连接。

     

    我标记了 OPA657/656版本的布局、希望可方便您 查阅。  (除了您提到的大型组件外、我会在必要时进行修改)。  

    一个：的问题是、K Ω 应该 将 GND 覆在顶层、并使铜走线暴露在接触镀层部分的位置；  

    或者只添加更多 GND 过孔以连接到具有较小 GND 覆铜区的去耦电容器、但使覆铜线迹看起来更加"独立"。 这是什么事?

    再次感谢！

  • 0
    TI__Guru**** 2524460 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、Follin

    Unknown 说：
    -我用过苏木  RG2012P-155-B-T5 ,它的0805封装。 我读取到一个使用0805的地方、它与0402/0603相比具有更小的端子寄生电容器、以避免带宽扩展。 是不是太大了? 它会随着距离的增加而影响布局的位。

    好的、0805封装应该是反馈电阻器可接受的。

    您可能希望搜索专用的 HF-SMD 电阻器、这些电阻器指定了 HF 性能、您可以从中估算端到端子的寄生电容。 但是、您似乎已经选择了反馈电阻器和反馈电容器、从而使它们能够正确配合？ 那么我不会更改任何内容。

    Unknown 说：
    - 根据数据表的以下部分，我在 OPA657电源中使用的电容器是0402 220nF 和0805 10uF 的组合：

    数据表显示的是2001年的数据、数据表原理图显示了极化电容器、很可能是钽电容器。 在这种情况下、并联一个小陶瓷电容器是一个好主意、不仅因为钽可能会"巨大"并且无法处理 HF、而且因为钽电容器显示足够的 ESR 来避免这种可恶的"抗谐振"。 由于其 ESR 也允许在两个电容器之间存在位寄生电感、因此钽电容器也允许放置在远离陶瓷电容器较小电容器的位置。

    但是、如果您将两个不均匀的陶瓷电容器与极低的 ESR 并联安装、则应小心谨慎。 "抗共振"很可能会在那时发生、应采取一切手段避免。 我只会采用一个陶瓷高电容器、采用0805封装或更好的0603封装。 两个0805封装的密封会浪费大量电路板空间、并且可能会造成比良好更多的伤害。 但可以并联两个相同的0603电容器。

    我看到整个板都因为明显的"抗共振"而失败。 抗谐振是危险的、因为在抗谐振时、并联电路的阻抗变为非常高、就像在抗谐振频率上根本没有安装去耦电容一样。 如果 OPAMP 在抗谐振频率上有一个弱点、则很可能发生不稳定和振荡。

    通过在15R 串联滤波电阻器(R57)前面直接安装一个相同的电容器、可以非常轻松地构建 π 型滤波器。 我通常将这个铁氧体磁珠串联安装到滤波电阻器上：

    FBMH1608HM601

    那么您甚至可以稍微降低串联电阻器的值。 通常仍需要串联电阻以避免 LC 谐振。

    Unknown 说：
    迹线为无阻焊层 的铜，可接触两个屏蔽盒。 这些 GND 覆铜器的顶部和底部相同、并通过多个过孔连接。

    如果它们连接到公共的实心和连续的接地层、则可以正常工作。

    Unknown 说：
    一个重要的问题是，：我要 将接地倒在顶层，并露出铜迹线以接触层压板部件； 

    同样、如果它们连接到公共的实心和连续接地层、则没有问题。

    Unknown 说：
    或者只需添加更多 GND 过孔连接到具有较小 GND 覆铜区的去耦电容器、但使覆铜线迹似乎更加"独立"。 这是合理的？

    接地越多、过孔越多越好。 在这样的 HF 电路中、没有"独立"的铜。 当您尝试将本地接地平面与公共实体和连续的接地平面隔离时、本地接地平面与公共接地平面的连接点会出现问题。 您将增加有害的寄生电感和有害的杂散电容、唯一的影响是局部接地平面和公共接地平面之间会产生共模噪声。 通过这个,你不再从实心接地平面的可怕的铸造效果,但局部接地平面成为天线,现在将共模噪声注入到其他地方接地平面。 最后、拥有实心接地平面的超积极效果将完全丧失。 你不再有适当的指尖,你的电路甚至会导致不稳定和振荡。

    如果您希望在触点之间实现真正的隔离、则必须使用完全独立的印刷电路板、完全独立的电源电压和完全独立的法拉第笼。 但是,当你在飞机上使用一个通用的印刷电路板为所有的触点,你绝对可以做的最好的是使用一个(更多) 常用的实心和连续的接地平面是实心的、以避免在实心接地平面中出现间隙、避免使用本地接地平面以及避免任何隔离的接地变压。 所有这一切将做更多的弊大于利。 最后、您可以为顶层上的每个 APD 信号路径安装单独的法拉第笼、并将它们与尽可能多的过孔连接到公共实心和连续接地层。

    另一个改善通道之间隔离(或增加通道隔离)的目的是在印刷电路板上使通道彼此稍微远离、以便通道之间存在更实心、更连续的屏蔽接地层。

    凯

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    TI__Guru**** 2524460 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。

    尊敬的 Kai：

    非常清楚！ 谢谢！