一文读懂跨阻放大器的工作原理.doc
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1、一文读懂跨阻放大器的工作原理跨阻放大器(TIA)是光学传感器(如光电二极管)的前端放大器,用于将传感器的输出电流转换为电压。跨阻放大器的概念很简单,即运算放大器(op amp)两端的反馈电阻(RF)使用欧姆定律VOUT= I RF将电流(I)转换为电压(VOUT)。在这一系列博文中,我将介绍如何补偿TIA,及如何优化其噪声性能。对于TIA带宽、稳定性和噪声等关键参数的定量分析,请参见标题为用于高速放大器的跨阻抗注意事项的应用注释。在实际电路中,寄生电容会与反馈电阻交互,在放大器的回路增益响应中形成不必要的极点和零点。寄生输入和反馈电容的最常见来源包括光电二极管电容(CD)、运算放大器的共模(C
2、CM)和差分输入电容(CDIFF),以及电路板的电容(CPCB)。反馈电阻RF并不理想,并且具有可能高达0.2pF的寄生并联电容。在高速TIA应用中,这些寄生电容相互交互,也与RF交互生成一个不理想的响应。在本篇博文中,我将阐述如何来补偿TIA。图1显示了具有寄生输入和反馈电容源的完整TIA电路。三个关键因素决定TIA的带宽:总输入电容(CTOT)。由RF设置理想的跨阻增益。运算放大器的增益带宽积(GBP):增益带宽越高,产生的闭环跨阻带宽就越高。这三个因素相互关联:对特定的运算放大器来说,定位增益将设置最大带宽;反之,定位带宽将设置最大增益。无寄生的单极放大器这一分析的第一步假定在AOL响应
3、和表1所示的规格中有一个单极的运算放大器。DC、AOL(DC)时运算放大器的开环增益120dB运算放大器GBP1GHz反馈电阻RF159.15kW表1:TIA规格放大器的闭环稳定性与其相位裕度M有关,相位裕度由定义为AOL 的环路增益响应来确定,其中是噪声增益的倒数。图2和图3中分别显示了用来确定运算放大器AOL和噪声增益的TINA-TI电路。图2配置了一个开环配置的在试设备(DUT),以导出其AOL。图3使用了一个具有理想RF、CF和CTOT的理想运算放大器来得出噪声增益-1/。图3目前不包括寄生元件CF和CTOT。图4所示为环路增益AOL和1/的模拟幅度和相位。由于1/为纯阻抗式,其响应在
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