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[参考译文] LMH6629:应用手册 SNOA942 TIA 中采用奇怪的 SNR 计算:选择合适的放大器

Guru**** 1821780 points
Other Parts Discussed in Thread: LMH6629, OPA855
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/1381738/lmh6629-strange-snr-calculation-in-appnote-snoa942-tia-choosing-the-best-amplifier-for-the-job

器件型号:LMH6629
Thread 中讨论的其他器件: OPA855

工具与软件:

大家好

有人能帮助我了解 SNOA942的表1中的 SNR 计算吗?

脚注如下:( 5) SNR 计算为最小信号(10nA)与输入参考点噪声 ini 的比值[= 20 * log (10nA / ini )]

正如我所看到的、ini 是电流噪声密度[PA/rtHz]、而10nA 是最小光电二极管电流。

如何计算作为电流密度与电流密度之比的 SNR?

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    尊敬的 Lukas:

    我浏览了整个应用手册、确实有点让人困惑。 用于获取 SNR 的值 INI 是使用公式2计算得出的所有源的以输入为基准的点噪声。 它不是表中显示的电流噪声密度值。 希望这更有意义。

    此致、

    Ignacio

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    尊敬的 Ignacio:

    感谢您的回答、但我仍然感到困惑。 让我们以 LMH6629为例:

    首先、存在运算放大器输入参考电流噪声 in=2.6pA/rtHz。 然后有噪声项:
    噪声电流项= 2.6pA/rtHz (等于中的值)
    噪声电压项= 0.07pA/rtHz
    热噪声项= 1.3pA/rtHz
    输入电容项= 2pA/rtHz
    输入参考点噪声 ini = sqrt (平方噪声项之和)= 3.5pA/rtHz

    然后、SNR 计算公式为:SNR = 20log (10nA/3.5pA/rtHz)= 69dB
    这会忽略80MHz 的带宽、仅对1Hz BW 有效。

    IMHO 它应该是:ini = ini*sqrt (BW)= 3.5pA/rtHz * sqrt (80MHz)= 31nA
    这会导致不太理想的 SNR = 20log (10nA/31nA)=-10dB

    你同意吗?

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    尊敬的 Lukas:  

    实际上我之前没有在这里查看 Hooman 的应用说明-他在我的一些材料中做了一些错误的修改。 这些年来我为它添加了几项内容、而这是我当前 TIA 电子表格中噪声部分的截点。 下面我来描述一下每个项、这是为表1中的 LH6629行设置的、其中  

    使用10k Ω Rf 和10pF 源极二极管(必须添加输入 CCM + Cdiff)时、将增加5.7pF、因此您将设计15.7pF 源 C。图2中的 Cf 计算是错误的-为了获得该 F-3dB 结果、CF 公式的分母中的2应为4。 这会将反馈极点设置为0.707* Fo、然后环回、以在 Fo 处提供具有巴特沃斯响应的闭环 F-3dB。  

    无论如何、这计算需要 Cf = 0.36pf、正如 Hooman 提到的、他在噪声公式中显示的最后一项(来自我之前看过的一篇文章)是该设计中的峰值噪声增益。  

    麻烦的是、每个噪声项作为输出的不同频率响应-我所要做的方法是向输出获取 EO_RMS 项、包括该频率响应。 下面设置的公式不受任何后置滤波器的带宽限制(这是之前假设的公式)、而是让它自我限制较高的 F 噪声增益(在本示例中、该增益非常高)和 GBP 交叉以提供单极滚降-这非常复杂、但现在、  

    该方程假设 F 的后带限值小于反馈极点本身、因此它是沿上升噪声增益曲线的积分、停止在反馈极点下方的某个 F 处。 我一直建议避免从反馈极点到 GBP/NGhigh 自我限制的主要积分噪声项。 此等式以输入为基准、但下方的计算过程中会在某些 BW 中生成输出 Vo 项、然后 RMSing 这些项(底部表格中的主要项始终是高频噪声增益乘以输入电压噪声所得的自限单极带宽值)。我从事此工作已有一段时间、但我作了评论、认为它与 TINA 仿真结果相匹配。 此处的点(不涉及所有细节)、公式中的 F 仅在反馈极点下方的后置滤波器截止频率很陡时才有效-这是一个很好的主意。  

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    继续看表1中的示例、这里是 TIA 设计工作的一部分、其中预测了(Q = 0.707巴特沃斯) 62Mhz F-3dB、Tina 则给出  

    TINA 给出了56MHz、非常接近、这些东西有些近似、因为我所做的是将 Cf (我们最初不知道)从代数显示的噪声增益零点频率中掉出、  

    那么、这里是输出点噪声、  

    输出点噪声峰值并不像我预期的那样剧烈、可能输入电流噪声和射频噪声都在 P1处滚降、反馈极点、因为电压噪声峰值也在出现、  

    我的电子表格预测输出电压为400uVrms、模拟输出至500MHz 显示电压为500uVrms、所以略有偏差、但此处的关键点是您在放大器输出端需要某种形式的噪声带宽限制(即使是简单的 RC)、  

    现在、TINA 让您进行 SNR 计算、但您必须定义该计算的输入 RMS 电流电平。 我将输入10nA 作为要考虑的 RMS 输入电流信号。 是的、对于如此低的输入信号和如此宽的带宽(对所有这些噪声求积分)而言、这种做法真的很糟糕、  

    而且情况越来越糟、您还必须将任何暗电流噪声视为增加的输入噪声电流-从不在电流源输入无噪声的仿真中、您必须手动添加。 最近、我获悉检测器信号电流也是散射电流噪声源、有人告诉我这始终占主导地位。 很多这些渠道的频带限制很多和平均由于这些原因。  

    e2e.ti.com/.../LMH6629-sim-for-transimpedance-10pF-source.TSC

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    您好、Michael:

    感谢您的解释、非常感谢! 我不熟悉 TIA 设计、正在尝试解决问题。 我的实际设计旨在实现高带宽和高动态范围。 我选择了 OPA855并使用此处显示的 TIA_CALC 电子表格计算了 CF: https://www.ti.com/document-viewer/lit/html/SSZTAY1

    计算值
    F-3dB = 495 MHz
    集成总输出= 266uV

    仿真值
    F-3dB = 490 MHz
    集成的总输出电压= 186uV -同样有点偏高
    1uA RMS 输入电流时的信噪比(SNR):-45dB

    我尝试了5阶带通滤波器、但在1uA 输入下 SNR 仍然为-33dB。 但我有关450 MHz 的信号实际上是窄带、因此我想我必须以不同的方式来处理 SNR。。。

    您能给我一点有关稳定性的提示吗? 我遵循 OPA855数据表中的布局建议、还需要牢记什么?

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    您能否插入您的 TINA 文件

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    它在这里。 我从此处获取了 OPA855参考设计: https://www.ti.com/lit/OPA/VBomap7 tsc

    e2e.ti.com/.../TIA-OPA855-sbomap7c.TSC

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    这是带和不带10欧姆串联电阻的滤波器。 通常在没有一些驱动点阻抗的情况下不会看到这些滤波器、并且原始滤波器具有大约30Mhz 的谐振、  

    输出引脚和滤波器输出处的原始电流点噪声、30Mhz 下的小毛刺需要放大、  

    不确定这是一件好事、  

    尝试输入10 Ω 串联电阻、看起来更好一点、可能0 Ω 输出电阻与 th 开环输出阻抗有一定的相互作用

    然后、当我们准备进行 SNR 测试时、我们会将整个带宽内的噪声积分在一起、但是我认为我们将其与噪声测量点上的信号电平、而不是输入信号进行比较、此信号为2mVrms 输出信号(在这里可能是错误的、自我这么做以来已有一段时间)

    现在、我们看到最终滤波器输出的 SNR 大约为31dB、  

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    31 dB -现在我更喜欢这个数字! 我们必须将输出噪声与输出信号进行比较-这是有道理的。

    我添加了10欧姆的串联电阻。 说得好。

    非常感谢您的支持。 我将构建设计并找出仿真的价值;)
    许多我在仿真中没有考虑的因素、例如 TO-CAN 中 APD 的寄生电感...但我要试试。