[参考译文] OPA357：充电放大器设计

顺便说一下、这是适用于该应用的出色放大器运算器吗？

Daniel、您好！

我和 HSAMPS 团队将为您解决此问题、我很抱歉之前没有回复您。  我们的项目优先级变更和团队成员不在办公室。

为了帮助澄清和理解、您是否将 OPA357用作 SiPM (硅光电倍增器)的跨阻放大器(TIA)？

我们提供了 OPA85x 分立式 TIA 系列以及适用于光学应用的集成式 TIA (LMH3240x 和 LMH34400)。  这里的 OPA357也许就足够了、但我想在我们设计解决方案的过程中为您提供一些想法。

此致！

ALEC

尊敬的 Alec：

感谢您的答复。 我想将 OPA357用作 SiPM 的电荷放大器。 它不是 TIA。 我检查了您提到的运算放大器、但会消耗大量电流。 我使用的电流源是否可以很好地表示 SiPM？

Daniel、您好！

感谢您的澄清。  让我向我的团队了解一下器件建议(或 OPA357的适用)以及如何对 SiPM 进行建模。

我明天会向你通报最新情况。

此致！

ALEC

Daniel、您好！

您是否将使用 SiPM 的快速输出(电压信号)或 SiPM 的电流输出来进行设计？

此致！

ALEC

尊敬的 Alec：

我们将使用 SiPM 的电流输出。 谢谢！

Daniel、您好！

在前面的信息中、我忽略了电路的一个方面。  将反馈电阻器的跨阻增益设置为1M Ω(1兆欧)、10mA 电流将产生2kV (2千伏)的电压！！

这将不起作用、肯定会导致放大器损坏。  我认为查看您的 SiPM 数据表并调整为较小的射频电阻器和 CF 电容器将有助于您的设计。

如果您需要进一步的支持、请告诉我。

此致！

ALEC

但这 应该是 一个电荷放大器、而不是跨阻。 如何校正电路才能作为电荷放大器运行？

Daniel、您好！  

电荷放大器需要提供什么样的电压信号输出？

我可以帮助理解要改变的内容。  您是否正在仿真中对 SiPM 及其输出脉冲进行正确建模？

此致！

ALEC

可能为1V。

Daniel、您好！我跟踪您的帖子希望了解 TI 同事对您选择的运算放大器的看法。 很遗憾 Alec 很忙、但也许我可以让我们更接近解决方案。  
由于 SiPM 与运算放大器交流耦合、因此放大器不会产生2kV 信号。 这是一个电荷敏感型放大器、而不是 TIA、因此仿真结果也非常有意义。 我不确定5us 的起始电 容差；可能 OPA357不够快、无法在该时间段内集成足够的电荷并在电容器上获得一些有意义的电压、但之后您会看到典型的集成电阻梯。  电荷敏感放大器中的1MEG 电容器不用于将电流转换为电压、而是用于使电容器放电。  由于耦合电容 C8、没有电流流入运算放大器。  
您的原理图经过一些修改、非常适合测量平均 SiPM 信号。 如果您添加一个在 Vout 达到1V 等情况下重置电容器的电路、则可以连续测量充电速度、这可以很好地反映传感器随时间推移的平均电流。    
但是、如果您希望检测光脉冲并期望看到具有指数放电尾的典型 CSA 信号、则需要减小电阻器的值。 从50k (RC 大约50us)开始是合理的、但这取决于您的目标和运算放大器稳定性。 或者、您可以更改输入信号的占空比、以便有足够的时间让 C8通过1MEG 电阻放电。 可能需要一段时间...   

也许我们可以让 Alec 继续他的良好提议、为 TINA-TI 构建 SiPM 模型？ 这实际上可能让每个人都能更好地了解 TI 的哪种运算放大器最适合该应用。  

不管怎样,我希望这有助于和我的道歉,如果你发现我的评论有任何缺陷。  

BR、
A

尊敬的 Alex、感谢您的回复和分享您的想法。

我们的想法是实施一个电路来使电容器真正放电。

如果启动间隙只是一种瞬态效应、则不应影响电路的响应。 事实上、我们 很高兴能了解到、在性能和功耗方面、OPA357是否是理想的选择。

此致、

Daniel、您好！

您是否能够共享您的 SiPM 产品信息？

我将继续在仿真中使用您的电路、并在我发现这些电路时提出改进建议。

此致！

ALEC

您好、Alex、

此 Broadcom SiPM 非常适合我们的应用：

https://www.broadcom.com/products/optical-sensors/silicon-photomultiplier-sipm/high-performance-sipm-nuv-mt/afbr-s4n66p014m

另外还有常见问题解答：

https://docs.broadcom.com/doc/afbr-s4xx-sipm-faq

Daniel、我同意、 AFBR-S4N44P014M 也是我的选择。 如果 Alec 能够为该芯片提供型号、将不胜感激。  
具体来说、关于 OPA357、我最大的问题是在您的仿真中、在前5us 中不集成电荷。 这是一个很大的差距... 如果将 R1替换为 ON/OFF 开关、它可能会消失、但实际上在很大程度上取决于您将准确测量什么。 如果您需要低至单光子级别的灵敏度、那么您可能需要速度更快的解补偿运算放大器、这本身就是一个挑战。 此外、此类 CSA 还很难获得合适的值、因为 您需要非常严重的 EMI 屏蔽。 您的放大器将受所有可能源噪声的影响。 为您的运算放大器挑选电源就比较棘手。 如果您有足够的光线可供使用、那么您最好使用 TIA 和某种峰值与保持电路、就像 Alec 首先建议的那样。 中间的某个位置可能具有用于充电敏感放大器的最佳位置。 希望我们可以借助 TI 的帮助了解更多信息。   

Daniel、您好！

我将查看 SiPM、并了解可以为我们的充电放大器、TIA 和其他电路的器件建模和表示出什么。

此致！

ALEC

您好、Alex。 CSA 将是我们电路中"最好具有的"功能、但如果我们必须将 OPA357更改为速度更快的运算放大器、因为它会增加功耗、并且我们必须面对 EMI 挑战、如您所说。 毫无疑问、SiPM 模型将在这方面对我们有所帮助。

Daniel、您好！

我有一些关键的实验室工作要完成,所以我可能要到明天或星期一才能看到模型。  我承诺为您确定一条前进的道路。

此致！

ALEC

ALEC、下面提供了详细的 SPICE 模型图、与实验结果非常吻合。 来源是 doi.org/.../j.nima.2018.11.118 "Understanding and Simulating SiPM、 Fabio Acerbi、 Stefan Gundacker。 希望对您有所帮助。  

Alex、您好！

我很感谢您在我完成实验室项目的过程中找到这么好的资源。

我一定要看一下。

此致！

ALEC