24小時(shí)聯(lián)系電話:18217114652、13661815404
中文
行業(yè)資訊
光電二極管電路中實(shí)現(xiàn)低頻精度和改善帶寬的技巧
光電二極管產(chǎn)生的電流在納安和低微安范圍內(nèi)。在像這樣的微小潮流下，我們經(jīng)常忽略的非理想行為會(huì)變得很明顯甚至成問題。
運(yùn)算放大器輸入偏置電流
首先，仔細(xì)研究運(yùn)算放大器的輸入偏置電流規(guī)格。理想情況下，零電流流入或流出輸入端子，并且所有光電流都流經(jīng)TIA的反饋電阻器，并有助于輸出電壓。
不幸的是，現(xiàn)實(shí)生活中的運(yùn)算放大器需要一些輸入偏置電流，而在其他應(yīng)用中可以忽略的偏置電流可能會(huì)在光電二極管系統(tǒng)中產(chǎn)生無法接受的誤差。在非零偏置電流的情況下，一些光電流被轉(zhuǎn)移到運(yùn)算放大器的輸入級(jí)，并且如果光電流在低納安范圍內(nèi)，則不需要花費(fèi)很大的電流分流即可嚴(yán)重改變放大器報(bào)告的測(cè)量值。
圖1. 此圖說明了光電二極管的某些光電流如何用作輸入偏置電流，因此對(duì)輸出電壓無貢獻(xiàn)。在這種配置中，光電二極管被正電壓反向偏置，并且二極管的方向?qū)е鹿怆娏髁飨蜉敵龉?jié)點(diǎn)。
通常，您將需要具有FET輸入級(jí)的運(yùn)算放大器。BJT吸收了過多的偏置電流。但是，即使FET輸入級(jí)也具有IC輸入電路中常見的保護(hù)二極管。這些二極管具有泄漏電流，并且隨著溫度升高，該泄漏電流變得更加重要。如果要設(shè)計(jì)用于高溫應(yīng)用的光電二極管放大器，請(qǐng)確保檢查高溫規(guī)格！
適用于TIA應(yīng)用的運(yùn)算放大器可實(shí)現(xiàn)極低的輸入偏置電流。例如，我進(jìn)行了快速搜索，找到了ADI公司的LTC6268。在室溫下，其泄漏電流僅為幾飛安。但是，在125°C下，規(guī)格為4皮安（最大值），增加了三個(gè)數(shù)量級(jí)！
PCB泄漏
其次，我們需要記住，PCB走線沒有被提供無限電阻的材料所包圍。如果到光電二極管的連接靠近走線或傾倒的銅線，會(huì)產(chǎn)生明顯的電勢(shì)差，則流經(jīng)PCB的DC泄漏電流可能足夠大，從而引起誤差。
光電二極管的輸入信號(hào)通過一條走線，該走線通往運(yùn)算放大器的反相輸入端子。反相輸入端子通常位于地或附近，因?yàn)橥噍斎攵俗颖３衷诘鼗蜉^小的偏置電壓。因此，更可能引起泄漏電流問題的走線是那些電壓不接近零的走線，例如正或負(fù)電源電壓。為了最大程度地提高精度，請(qǐng)?jiān)谶@些走線和光電二極管輸入走線之間（在合理范圍內(nèi)）保留盡可能多的空間。
擴(kuò)展帶寬
許多光電二極管應(yīng)用不需要高頻響應(yīng)，這使壽命變得更容易，因?yàn)榧词乖谒俣炔皇侵饕獑栴}的情況下，設(shè)計(jì)優(yōu)化的光電二極管電路也很困難。當(dāng)您對(duì)混合帶寬提出要求時(shí)，情況可能會(huì)變得非常具有挑戰(zhàn)性。
但是，在高速光電二極管應(yīng)用中，最佳的反饋電容量可能非常小-在某些情況下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1 pF。在高增益應(yīng)用中尤其如此，因?yàn)殡S著反饋電阻的增加，對(duì)反饋電容的需求也會(huì)減少。
因此，寬帶光電二極管TIA可能不需要CF，這是因?yàn)榉答仒O不在產(chǎn)生不穩(wěn)定的頻率上，或者因?yàn)榉答伮窂骄哂泻艽蟮募纳娙荩圆恍枰室獍惭b的電容器。
圖3.反饋電容器已被與反饋電阻器相關(guān)的寄生電容所取代。
更進(jìn)一步，我們看到寄生電容實(shí)際上可能大于所需的補(bǔ)償電容。在這種情況下，寄生電容不必要地限制了TIA的帶寬，設(shè)計(jì)人員的任務(wù)是減少反饋電容以增加帶寬。
在具有短走線的緊湊布局中，我們無法做很多事情來減小反饋路徑中銅連接的電容。但是，我們可以減少與反饋電阻器相關(guān)的寄生電容。
首先，我們可以嘗試修改電阻器的PCB尺寸。從理論上講，可以通過減小電阻器端蓋的平行板面積和增加端蓋之間的距離來減小電容。接下來，我們可以通過在電阻器PCB占位焊盤之間的接地走線來減小端對(duì)端電容。