Tính khả thi của Bộ khuếch đại Transimpedance 10 MHz, 100dB


8

Tôi đã được yêu cầu sản xuất một bộ khuếch đại transimpedance photodiode với băng thông 10 MHz. Phạm vi hiện tại từ 1 nA đến 100 uA (hiện tại 5 thập kỷ) -> Dải động 100dB.

Photodiode là một APD Silicon có điện dung tiếp giáp 6pF .

Nén logarit không phù hợp vì 1.) đây là hình ảnh và 2.) băng thông đầy đủ cần thiết cho tất cả các cường độ tín hiệu.

Tôi tin rằng yêu cầu tiếng ồn đầu ra, Vrms do đó <1nA * Rf. Tôi hiểu hiện tại thiên vị nên nằm trong phạm vi 1-10pA. Các thông số khác ảnh hưởng đến nhiễu / BW là GBW, Mật độ điện áp nhiễu đầu vào, Điện dung đầu vào.

Vấn đề là, tôi đã không tìm thấy một op-amp có độ lệch thấp nào có vẻ như có khả năng. Là hiệu suất này thậm chí có thể đạt được với các thành phần thương mại?

Công cụ tính toán tôi đang sử dụng cho băng thông / tổng nhiễu đầu ra (cho tôi biết nếu điều này là xấu)

Đầu ra quy mô đầy đủ 1 hoặc 2 V là hợp lý. Đối với đầu vào tối đa 100uA, điều này hàm ý Rf ~ = 20Kohm. Do đó, nhiễu ở đầu ra phải là <= 1nA * 20K = 20uVrms.

Ví dụ, tôi đã xem các op-amps sau: ADA4817, LTC-6268, OPA657 đều có tiếng ồn thứ tự ~ 1000 uVrms, nhưng đáp ứng yêu cầu băng thông.

Và các sản phẩm GBW thấp hơn này: AD8651, ADA4807, AD8655, OPA2301, OPA2365, chỉ vừa đủ để tạo băng thông, nhưng vẫn hiển thị nhiễu đầu ra theo thứ tự 100-200 uVrms.

Ngoài ra, tôi có thể sử dụng giai đoạn đầu vào bên ngoài không? Giống như một số loại bộ đệm FET để điều khiển đầu vào của op-amp hiện tại có độ lệch cao hơn? Mạch bán dẫn rời rạc không phải là sở trường của tôi.

Cảm ơn vì những giúp đỡ của bạn.


Tôi sẽ không thực hiện các khoản tiền, vì vậy điều này có thể đúng, nhưng hãy xem Texas OPA211. Tiếng ồn hiện tại khá cao, nhưng có thể phù hợp.
Neil_UK

Câu trả lời:


3

Grin, danh sách của bạn bao gồm tất cả các opamp TIA tốt mà tôi biết.
Bạn có được phép thay đổi điện trở khuếch đại ở mức ánh sáng thấp hơn không?
Nếu không thì tôi có thể nói có thể là một phản hồi R lớn hơn để đạt tới 10-20 V ở mức ánh sáng tối đa. Tôi cũng sẽ hướng dẫn bạn đến Phil Hobbs. Đây là trang web của anh ấy.
http://electrooptical.net/ Bạn có thể cuộn xuống để xem phần đầu PD có độ ồn thấp.
Cuốn sách của ông cũng sẽ hữu ích cho bạn.


Chà, đầu ra cuối cùng được thu nhỏ để điều khiển ADC 16 bit (SNR lý thuyết ~ 98dB) vì vậy tôi cần mức tăng tương tự trên toàn phạm vi hiện tại. Tuy nhiên, tôi sẽ chạy qua các con số để xem liệu một Rf thực sự cao có thể đạt được phạm vi động đầy đủ hay không, trước khi được thu nhỏ lại bằng một bộ chia điện trở tôi đoán.
Keegan Jay

Một phản hồi R lớn hơn thường là một lợi ích. Tín hiệu đi là R và nhiễu là sqrt (R). Một điều khác để thử, (trong cuốn sách của Phil) là khởi động lại điện dung của diode. Điều này có thể làm giảm mức tăng tiếng ồn của TIA.
George Herold

À đúng rồi, điều đó có ý nghĩa R so với sqrt (R) ... Cảm ơn rất nhiều vì đã đề cập đến tài nguyên Phil Hobbs trông cực kỳ hữu ích.
Keegan Jay

Phil là một chàng trai tốt, nếu có tiền để tư vấn, bạn có thể gửi email cho anh ấy và hỏi ý kiến ​​của anh ấy. Nếu không có ngân sách cho việc đó thì anh ta đi chơi tại sci.optics và sci.electronics.design (usernet) và nếu bạn hỏi câu hỏi này thì bạn phải có ý kiến ​​miễn phí. Oh tôi thấy bạn là một sinh viên, có thể gửi email cho anh ấy. Hãy sử dụng tên của tôi.
George Herold

Chấp nhận vì đây là câu trả lời duy nhất với các tài nguyên gợi ý các cách tiếp cận thay thế cho TIA op-amp đơn giản.
Keegan Jay

2

ADI có một thuật sĩ hay cho việc này: -

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Nó có thể được tìm thấy ở đây và quan trọng là bạn có thể chọn op-amp nào từ trang trên. Danh sách này có khá nhiều tất cả các op-amp do ADI tạo ra và có rất nhiều thứ đi kèm với thẻ "được đề xuất". Nó sẽ mô phỏng tất cả chúng và cung cấp cho bạn tùy chọn thiết kế hai giai đoạn.

Tôi đã kiểm tra lựa chọn AD8651 và điều này không khuyến nghị nên tôi đã chọn AD8056 để dùng thử với yêu cầu của bạn. Nó nói rằng SNR sẽ là 70,2dB. Hãy thử đi nhưng tôi nghi ngờ bạn sẽ cần giải pháp 2 op-amp.


1

Tiếng ồn Johnson của chính điện trở phản hồi của bạn là ~ 57uV.

Nó sẽ khá khó khăn để đáp ứng yêu cầu của bạn.

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.