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[参考译文] LMH6551:使用全差分放大器放大光电二极管信号的有效性

Guru**** 1139930 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。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1337724/lmh6551-validity-in-using-a-fully-differential-amplifier-to-amplify-a-photodiode-signal

器件型号:LMH6551

您好!

我正在尝试设计一种高度敏感的跨阻放大器(TIA)系统来放大光电二极管的极低的调制电流电平(峰间值~10nA)。 这是我第一次仿真/设计模拟电路、到目前为止、这也是一个大有裨益的挑战。    

我最近观看了 TI 的"高精度实验室系列:运算放大器"视频系列、以深入了解模拟设计的基础知识。 该系列中的一个单元涵盖全差分放大器(FDA)。 看完视频以及 FDA 如何擅长消除输入之间的共模噪声后、我认为它有可能用作高度敏感的 TIA。 我最初设想的是用于 FDA-TIA 系统的以下电路:

其中电流源 IG2、电容器 C1和电阻器 R1是我的系统的等效光电二极管模型。 使用 TIA 等 FDA 是否存在固有问题? (注意:我只是为了进行说明而使用了 TINA TI 上提供的一个宏模型。。 我尚未进行任何仿真、因为我仍在学习如何使用 TINA TI 正确仿真 FDA。)

我在线浏览以了解是否有人尝试使用直接耦合到光电二极管的 FDA ... 但没有出现任何结果。 我能找到的最接近的东西是来自张等出版的文献。 (2019) https://doi.org/10.1364/OE.27.002125 、其中它们首先使用 TIA 将光电二极管转换为电压信号、然后将输出电压耦合到 FDA、如下所示。  根据经验、FDA 只能使用电压源/输入吗?

我还有一个关于实际测量 FDA 到单个输入仪器(例如锁定放大器)的差分输出(ΔVout)的问题。  ΔVout 我想 使用单输入器件测量 Δ I、 我是否必须首先将 FDA 输出耦合到采用差分配置的单端运算放大器、然后测量单端输出?  ΔVout 多通道示波器测量 Δ I 似乎非常简单、因为我可以 使用示波器上的基本差值数学运算符来绘制 Vout-(示波器上的输入通道1)和 Vout+(示波器上的输入通道2)之间的差异。  e2e.ti.com/.../TIA_5F00_VS_5F00_FDA.TSC

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    尊敬的 Camille:

    这是一个有趣的想法、但 我认为、当尝试实施以及尝试建立该电路的行为时、它在现实中不会起作用、因为它比常规 TIA 电路更复杂。 在尝试使用 TIA 电路实现 FDA 时、我们始终建议先使用 TIA、然后使用 FDA。 此处视频 重点介绍了 TIA 电路的理念及其实现方式。 尝试使用 FDA 实现 TIA 级时存在硬件配置问题、因为 TIA 的电流源是一个需要特定偏置配置的光电二极管、并且不会像 TINA 中所示那样进行连接、尽管它在施加电压时会导致某种 以模拟使用理想电流源的电路。 对于您的最后一个问题、用于将差分输出转换为单端信号的通用电路元件是变压器、它主要用于在我们的单端实验室设备中进行测量。 数据表中的图35显示了用于将全差分输出转换为单端信号的配置。

    此致、

    伊格纳西奥

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    伊格纳西奥、您好!

    感谢您的全面回答

    您可以认为、光电二极管的偏置是一个问题、因为对于 FDA 配置、电容(C1)和电阻器(R1)会随着光电二极管阳极上形成的电压而发生变化。  

    视频的链接对我来说是一个很棒的资源、谢谢! 我将继续坚持使用经典 TIA 拓扑、然后可能使用 FDA。  

    我还将查看您从数据表中建议的变压器。  

    这可以解决/回答我的问题!  

    此致!

    凸轮