精华内容
下载资源
问答
  • 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(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...
  • 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...
  • 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...

    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(CCM)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。

    图1:含寄生电容的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GBP

    1GHz

    反馈电阻RF

    159.15kW

    表1:TIA规格

    放大器的闭环稳定性与其相位裕度ΦM有关,相位裕度由定义为AOL× β的环路增益响应来确定,其中β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/β。图3目前不包括寄生元件CF和CTOT。

    图2:用来确定AOL的DUT配置

    图3:用来确定噪声增益(1/β)的理想放大器配置

    图4所示为环路增益AOL和1/β的模拟幅度和相位。由于1/β为纯阻抗式,其响应在频率中较为平坦。由于该放大器是一个如图3所示的单位增益配置,环路增益是AOL(dB) + β(dB) = AOL(dB)。因此,AOL和环路增益曲线如图4所示彼此交叠。由于这是一个单极系统,因AOL极的存在,fd条件下的总相移为90°。最终ΦM为180°-90°= 90°,并且TIA是绝对稳定的。

    图4:模拟回路增益,理想状态下的AOL和1/β

    输入电容的影响(CTOT)

    让我们来分析一下放大器输入电容对回路增益响应的影响。假设总有效输入电容CTOT为10pF。 CTOT和RF组合将在fz= 1/(2πRFCTOT) = 100kHz的频率条件下在1/β曲线上创建一个零点。图5和图6显示了电路和产生的频率响应。AOL和1/β曲线在10MHz条件下相交 — fz(100kHz)和GBP(1GHz)的几何平均值。1/β曲线中的零点变成β曲线中的极点。所得的环路增益将具有如图6所示的两极响应。

    零点使得1/β的幅度以20dB/decade的速度增大,并在40dB/decade接近率(ROC)条件下与AOL曲线相交,从而形成了潜在的不稳定性。频率为1kHz时,占主导地位的AOL极点在回路增益中出现90°的相移。频率为100kHz时,零频率fz又发生一次90°的相移。最终影响为1MHz。由于回路增益交叉只在10MHz条件下发生,fd和 fz的总相移将为180°,从而得出ΦM= 0°,并指示TIA电路是不稳定的。

    图5:含10pF输入电容的模拟电路

    图6:含输入电容影响时的模拟回路增益AOL和(1/β)

    反馈电容的影响(CF)

    为恢复因fz造成的失相,通过增加与RF并联的电容CF,将极点fp1插入1/β响应。fp1处于1/(2πRFCF)。为了得到最大平坦度的闭环巴特沃斯响应(ΦM= 64°),使用等式1计算CF:

    其中,f-3dB是在等式2中所示的闭环带宽:

    计算得出CF= 0.14pF,f-3dB = 10MHz。fz处于≈7MHz的位置。反馈电容器包括来自印刷电路板和RF的寄生电容。为了最大限度地减少CPCB,移除放大器的反相输入和输出引脚之间的反馈跟踪下方的接地和电源层。使用诸如0201和0402的小型电阻器,降低由反馈元件产生的寄生电容。图7和图8显示了电路和产生的频率响应。

    图7:包括一个14pF反馈电容的模拟电路

    图8:包括输入和反馈电容影响时的模拟环路增益AOL和1/β

    表2使用波特曲线理论汇总了回路增益响应中的拐点。

    原因

    幅度影响

    相位影响

    AOL主极点,fd= 1kHz

    从1kHz开始,幅度以-20dB/dec的速率下降

    频率为100Hz-10kHz时,相位从180°开始以-45°/dec的速率下降

    fz= 100kHz 时1/β零位

    在fd的影响下,从100kHz开始,幅度以-40dB/dec的速率下降

    频率为10kHz-1MHz时,相位从90°开始以-45°/dec的速率下降

    fp1= 7MHz时1/β极点

    在前两种影响下,回路增益幅度的斜率从-40ddB/dec降至-20dB/dec

    从700kHz开始,相位以45°/dec的速率增大,并开始恢复。其影响将一直持续增大到700MHz。

    表2:极点和零点对回路增益幅度和相位的影响

    设计TIA时,客户必须了解光电二极管的电容,因为该电容通常由应用确定。考虑到光电二极管的电容,下一步是选择适合应用的正确放大器。

    选择适合的放大器需要理解放大器的GBP、期望的跨阻增益和闭环带宽,以及输入电容和反馈电容之间的关系。

    打开APP阅读更多精彩内容

    点击阅读全文

    展开全文
  • IV转换电路 IV放大 跨阻放大器 光电信号放大器 原理图及PCB设计分析 目录IV转换电路 IV放大 跨阻放大器 光电信号放大器 原理图及PCB设计分析基本原理芯片选型原理图&3D-PCB具体讲解模块原理图-PDF、原理图库、...

    IV转换电路 IV放大 跨阻放大器 光电信号放大器 原理图及PCB设计分析

    基本原理

    I-V转换最简单的方式就是串一个电阻,如图a,一般大电流的时候使用采样电阻R即可实现IV转换,再加上运放放大或者射随就可以ADC模块直接采集,在这里我们介绍的是微弱电流的IV转换,一般采用b形式的跨阻放大电路。
    在这里插入图片描述

    芯片选型

    首先在做跨阻放大的时候并不是所有的运放都适合跨阻放大电路,一般要选取高输入阻抗的运算放大器,根据需要转换的电流的大小,选取对应类型放大器,一般检测电流在nA到uA级的选用CMOS类型,例如TLC2201等芯片,在检测nA以下的电流的时候芯片的选型就变的比较重要了。首先在类型上要选JFET类型的,JFET类型的运放一般都有着极高的阻抗和低偏置电流的特性,例如ADA4530-1等芯片。在这里我们综合了性价比的情况,最终选型的是AD825芯片作为跨阻放大器。有着极低的偏置电流20pA和5*10^11的输入阻抗。具体参数可以看下芯片资料。

    原理图&3D-PCB

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    具体讲解

    1、T型反馈网络。一般来说使用T型反馈网络是为了解决单一电阻阻值过大的不稳定,从而造成的误差。下面简单介绍一下T型网络的等效电阻算法。
    在这里插入图片描述
    2、负反馈电容。一般在高阻信号转换的时候,需要在输出端接一个电容到输入端,做一个负反馈,这样做的好处是使得输出信号噪声降低,但是电容不可过大,会影响频率响应。
    3、IN输入端的3脚是预留的光电管的反偏接口,光电池或者光电管接入的时候接1、2脚就可以,不分极性,电流的输入方向只影响输出电压的正负。
    4、在电源滤波上面由于是第一级,如果引入了噪声就会在后级不断的倍放大,所以要求在第一级的时候尽量减小纹波包括电源纹波尽量小,所以特意加了两个一大一小的电容,并且在布局上尽量贴近芯片电源管脚。
    在这里插入图片描述
    5、IV转换成电压信号以后,加上了一级可调的反相放大器,由于反相放大电路既可以增益也可以衰减,这样就使得可检测信号范围大大扩展。
    6、最后一级使用了运放作为了减法器,在一般的光电池使用中,都有暗电流影响,减法器可以调节输出0点。或者抬升信号至0以上,方便单极性ADC的采集。
    在这里插入图片描述
    7、PCB布局示意
    更多的过地孔保证了对微小信号的保护,特别是IN那条电流的线路,也要保证IN的线路尽量的短。滤波电容应尽量靠近芯片管脚。
    在这里插入图片描述
    以下为原文地址,

    模块原理图-PDF、原理图库、PCB库下载

    仅供参考:IV转换放大电路资料

    展开全文
  • 跨阻放大器设计

    2018-10-27 15:44:22
    详细介绍了跨阻放大器原理,设计方法,相位补偿计算方法,噪声计算
  • 跨阻放大器振荡

    千次阅读 2020-02-29 11:07:49
    跨阻放大器振荡 用AD744搭了一个跨阻放大器将光电二极管的电流信号转换成电压信号,结果电路振荡 明显是输出带不动容性负载,传输线体现出是容性,去掉传输线可试下。 电压源输出串50欧电阻再接传输线 ...

    跨阻放大器振荡

    用AD744搭了一个跨阻放大器将光电二极管的电流信号转换成电压信号,结果电路振荡

    明显是输出带不动容性负载,传输线体现出是容性,去掉传输线可试下。

    电压源输出串50欧电阻再接传输线

     

    展开全文
  • 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)...
    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(R
    F)使用欧姆定律V
    OUT= I × R
    F 将电流(I)转换为电压(V
    OUT)。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(CCM)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。

    1:含寄生电容的TIA电路

     

    三个关键因素决定TIA的带宽:

    Ÿ   总输入电容(CTOT)。

    Ÿ   由RF设置理想的跨阻增益。

    Ÿ   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GBP

    1GHz

    反馈电阻RF

    159.15kW

     

    1TIA规格

     

    放大器的闭环稳定性与其相位裕度ΦM有关,相位裕度由定义为AOL× β的环路增益响应来确定,其中β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/β。图3目前不包括寄生元件CF和CTOT

     

    2:用来确定AOLDUT配置

     

    3:用来确定噪声增益(1/β)理想放大器配置

     

    图4所示为环路增益AOL和1/β的模拟幅度和相位。由于1/β为纯阻抗式,其响应在频率中较为平坦。由于该放大器是一个如图3所示的单位增益配置,环路增益是AOL(dB) + β(dB) = AOL(dB)。因此,AOL和环路增益曲线如图4所示彼此交叠。由于这是一个单极系统,因AOL极的存在,fd条件下的总相移为90°。最终ΦM为180°-90°= 90°,并且TIA是绝对稳定的。

     

    4:模拟回路增益,理想状态下的AOL1/β

     

    输入电容的影响(CTOT

    让我们来分析一下放大器输入电容对回路增益响应的影响。假设总有效输入电容CTOT为10pF。 CTOT和RF组合将在fz= 1/(2πRFCTOT) = 100kHz的频率条件下在1/β曲线上创建一个零点。图5和图6显示了电路和产生的频率响应。AOL和1/β曲线在10MHz条件下相交 — fz(100kHz)和GBP(1GHz)的几何平均值。1/β曲线中的零点变成β曲线中的极点。所得的环路增益将具有如图6所示的两极响应。

    零点使得1/β的幅度以20dB/decade的速度增大,并在40dB/decade接近率(ROC)条件下与AOL曲线相交,从而形成了潜在的不稳定性。频率为1kHz时,占主导地位的AOL极点在回路增益中出现90°的相移。频率为100kHz时,零频率fz又发生一次90°的相移。最终影响为1MHz。由于回路增益交叉只在10MHz条件下发生,fd和 fz的总相移将为180°,从而得出ΦM= 0°,并指示TIA电路是不稳定的。

     

    5:含10pF输入电容的模拟电路

     

    6:含输入电容影响时的模拟回路增益AOL和(1/β)

     

    反馈电容的影响(CF

    为恢复因fz造成的失相,通过增加与RF并联的电容CF,将极点fp1插入1/β响应。fp1处于1/(2πRFCF)。为了得到最大平坦度的闭环巴特沃斯响应(ΦM= 64°),使用等式1计算CF

    其中,f-3dB是在等式2中所示的闭环带宽:

    计算得出CF = 0.14pF,f-3dB  = 10MHz。fz处于≈7MHz的位置。反馈电容器包括来自印刷电路板和RF的寄生电容。为了最大限度地减少CPCB,移除放大器的反相输入和输出引脚之间的反馈跟踪下方的接地和电源层。使用诸如0201和0402的小型电阻器,降低由反馈元件产生的寄生电容。图7和图8显示了电路和产生的频率响应。

    7:包括一个14pF反馈电容的模拟电路

    8:包括输入和反馈电容影响时的模拟环路增益AOL1/β

     

    表2使用波特曲线理论汇总了回路增益响应中的拐点。

     

    原因

    幅度影响

    相位影响

    AOL主极点,fd = 1kHz

    从1kHz开始,幅度以-20dB/dec的速率下降

    频率为100Hz-10kHz时,相位从180°开始以-45°/dec的速率下降

    fz = 100kHz 时1/β零位

    在fd的影响下,从100kHz开始,幅度以-40dB/dec的速率下降

    频率为10kHz-1MHz时,相位从90°开始以-45°/dec的速率下降

    fp1 = 7MHz时1/β极点

    在前两种影响下,回路增益幅度的斜率从-40ddB/dec降至-20dB/dec

    从700kHz开始,相位以45°/dec的速率增大,并开始恢复。其影响将一直持续增大到700MHz。

     

    2:极点和零点对回路增益幅度和相位的影响

     

    1/β曲线达到 的最大值。在巴特沃斯响应中,1/β在其频率为 的最大值附近与AOL相交。fd和fz形成180°的总相移。通过fp1再生的相位为 ,与模拟的65°非常接近。

    设计TIA时,客户必须了解光电二极管的电容,因为该电容通常由应用确定。考虑到光电二极管的电容,下一步是选择适合应用的正确放大器。

    选择适合的放大器需要理解放大器的GBP、期望的跨阻增益和闭环带宽,以及输入电容和反馈电容之间的关系。客户可找到一个整合本篇博文中所述方程和理论的Excel计算器。若客户正在设计TIA,一定要查看此计算器,从而为您节约大量时间,省去大量人工计算。

    展开全文
  • 阻抗放大器应用电路设计精华剖析,详解介绍了多种放大器电路设计与原理分析。  LT6023 增益为 11 的仪表放大器  LT6023 是一款低功率、增强摆率、精准运算放大器。该放大器的专有电路拓扑可在低静态...
  • 主要介绍了激光驱动电路的直流部分的光功率控制,但是对交流的调制幅度并没有过多的解释。
  • AD630锁相放大器 相敏检波器 微弱信号提取 原理图和PCB 目录AD630锁相放大器 相敏检波器 微弱信号提取 原理图和PCB基本原理芯片选型原理图&3D-PCB具体讲解模块原理图-PDF、原理图库、3D-PCB库下载 基本原理 锁相...
  • 3.片内放大器反馈电阻:RF = 1MΩ 4.光敏二极管响应:0.45A/W (650nm) 5.响应带宽:14kHz(RF = 1MΩ) 6.极低的静态电流:120µA 7.封装模式:8-DPI,5SIP和8引脚表面贴焊封装 二、应用 1.医学仪器 2.实验室...
  • 本文研究了光电检测系统的原理和设计方法。通过从经济和实用的角度对相关的光电转换器件和前置放大器进行了选择和电路设计,从而确定了关键元器件的参数。
  • IV转换放大器 跨阻放大器 光电信号放大器 原理图及PCB设计分析 I-V转换最简单的方式就是串一个电阻,如图a,一般大电流的时候使用采样电阻R即可实现IV转换,再加上运放放大或者射随就可以ADC模块直接采集,在这里...
  • 环路补偿之“误差放大器” 分析

    千次阅读 2019-09-17 23:11:55
    一、Type I 误差放大器 在误差放大器增加一个积分环节 会增加系统的动态响应,但是会牺牲掉系统的动态响应 二、Type II 误差放大器 三、Type II 跨导放大器 与误差放大器不同,输入是电压,但输出却...
  • 不错的资料,对于学习IC设计的人,介绍了运算跨阻放大器在实际中的运用,具有广阔的前景。
  • LMP7721评估板

    2020-11-04 16:58:53
    LMP7721评估板提供了一个平台,用来测试LMP7721放大器的性能和输入偏流。利用芯片内保护驱动器和一个封装外引脚将放大器的输入与电源和输出引脚相隔离,优化LMP7721放大器获得极低的输入偏流,典型值为3 fA。图1是...
  • 运算放大器设计注意

    2020-01-07 15:49:44
    -------------------------------------------- ---------------- 1、运放之轨到轨 某公司对轨到轨运放产品的介绍:“高速(>50MHz)轨到轨运算放大器支持以更低的电源电压、更接近供电轨的摆幅和更宽的动态范围工作。...
  • 前端面试题

    万次阅读 多人点赞 2019-08-08 11:49:01
    你做的页面在哪些流览测试过?这些浏览器的内核分别是什么? 21 每个HTML文件里开头都有个很重要的东西,Doctype,知道这是干什么的吗? 21 Quirks模式是什么?它和Standards模式有什么区别 21 div+css的布局较...
  • 简介电流反馈放大器(CFA)历来都不是跨阻放大器(TIA)的首选,因为它们具有较高的反相输入电流和反相输入电流噪声,可能比同等级电压反馈放大器(VFA)至少高出一个数量级。另外,许多系统设计师对CFA并不熟悉,因为不大...
  • 鼓励传播知识,下面小伙伴,微信公众号后台留言领取红包详细文档点击资料库文件目录 文档/器件/运放 /运算放大器分享平台微信公众号"明玮笔谈" 。公众号理念专注设计,传播知...
  • 基本特性:模块名称:IV转换放大器模块尺寸:50mm* 38mm模块供电:±5~±15V模块信号输入范围:1μA以上模块带宽:1MHz模块增益:100倍以内模块组成:OPA277,LF353介绍:IV转换使用的场合非常之多,尤其是电流型...
  • 该实际设计包括两部分,分别是前级互阻放大器设计,次级放大器设计;
  • 不懂指标,就不要奢谈对放大器的理解,也无法用好放大器。它看起来非常枯燥,但是却深不可测,回味无穷。 输入失调电压(Offset Voltage,VOSV_{OS}VOS​) 定义 在运放开环使用时, 加载在两个输入端之间的直流电压...
  • 该器件是一款具有两个内部增益设置的专用互阻抗放大器 (TIA),工作电源为 +3.3V,支持 100MHz 最小带宽。 除了高增益(5kΩ 和 20kΩ)与高带宽(在整个温度及工艺变化中大于 100MHz)组合外,OPA857 最具挑战性...
  • 50MHz))轨到轨运算放大器支持以更低的电源电压、更接近供电轨的摆幅和更宽的动态范围工作。”看到没有: “以更低的电源电压、更接近供电轨的摆幅和更宽的动态范围工作。” “更接近供电轨的摆幅” “更接近” ...
  • 电阻介绍及工作原理应用

    千次阅读 2018-01-11 11:10:25
    转载路径在这里  电阻介绍  电阻(Resistor)在日常生活中一般...理想的电阻是线性的,即通过电阻的瞬时电流与外加瞬时电压成正比。用于分压的可变电阻。在裸露的电阻体上,紧压着一至两个可移金属触点。
  • 带可编程增益跨阻放大器和数字同步检波功能的双通道色度计电路是一款双通道色度计,其具有一个调制光源发射器,各通道上有可编程增益跨阻放大器,后接一个噪 声非常低的24位 Σ-Δ 型模数转换器(ADC)。ADC的输出连 ...
  • 如图,这种反相放大电路反馈电阻上并联一个10pF~20pF的电容有什么作用? 本人不才,一直未能明白这个电容的作用,最近才算是一知半解,在此特意将自己的想法写上来,与大伙探讨探讨,如果哪里写得不好,欢迎...

空空如也

空空如也

1 2 3 4 5 ... 20
收藏数 553
精华内容 221
关键字:

跨阻放大器工作原理