如何為互阻抗放大器電路選擇組件

　　真實案例示例：

　　我們將使用一個真實案例來說明怎樣在光電二極管應(yīng)用中選擇正確組件。有一款便攜式生化分析儀使用920nm 紅外光透射被測試樣本。該樣本的生化特性對920nm紅外光能量有不同的吸收能力。我們已經(jīng)知道，穿透920nm 紅外光的最大功率為-20dBm，需要為濱松硅光電二極管S2551提供80%的耦合率。我們需要確保電路對25KHz信號的衰減小于3dB。現(xiàn)在，我們來為該應(yīng)用設(shè)計一款3.3V電源供電的光電二極管。

　　首先需要閱讀產(chǎn)品說明書，了解濱松S2551的技術(shù)規(guī)范，如圖6所示。我們可以看到920nm的靈敏度為0.6A/W，最大暗電流為1nA，在反向電壓為0V時結(jié)點電容為350pF。

　　由于最大光功率為-20dBm，相當(dāng)于0.01mW，因此我們可以計算出該光電二極管在應(yīng)用中的最大輸出電流為：

　　圖6：摘自產(chǎn)品說明書的S2551規(guī)范

　　下面是分六個步驟的設(shè)計方法：

　　第1步：信號增益：

　　我們選擇R1=670KΩ;

　　第2步：補償電容：

　　我們選擇C1=6.8pF;

　　第3步：放大器帶寬：

　　第4步：選擇放大器

　　到目前為止，我們知道應(yīng)用需要一種低偏置、低功耗、低失調(diào)并支持2.95MHz帶寬的放大器。我們來看看德州儀器(TI)提供的放大器OPA314，其主要規(guī)范如圖7所示，它看似是非常理想的選擇。

　　圖7：OPA314的主要規(guī)范

　　這是一款支持0.2pA偏置電流的軌至軌輸入輸出放大器。3MHz單位穩(wěn)定GBW放大器只有150uA的靜態(tài)電流。內(nèi)部 RF/EMI濾波器可在惡劣電磁環(huán)境中提高電路性能。其低噪聲與低失調(diào)可滿足該應(yīng)用需求。

　　因此OPA314是滿足該需求的理想選擇。盡管如此，我們?nèi)匀恍枰褂盟x放大器的真實規(guī)范再次驗證：

　　第5步：驗證輸出擺幅和GBW。

　　OPA314的最大失調(diào)電壓是2.5mV。光電二極管的1nA暗電流通過R1=680KΩ會產(chǎn)生0.68mV的失調(diào)。因此：

　　OPA314在2KΩ負(fù)載下的輸出擺幅大于3.26V，其輸入電容等于1pF+5pF=6pF。我們可驗證：

　　非常理想，這正是我們所需要的。因而根據(jù)計算，OPA314是本應(yīng)用的最佳芯片。我們還可以在TINA(TI免費仿真工具)中設(shè)置下列仿真電路。我們正在使用一款可為我們設(shè)計的電路提供4.8uA峰值電流以及25KHz頻率的電源。仿真電路與結(jié)果見圖8、圖9。

　　圖8：仿真電路

　　圖9：設(shè)計電路仿真輸出

　　總結(jié)

　　本文主要介紹了如何為光電轉(zhuǎn)換應(yīng)用選擇放大器、反饋電阻器及補償電容器，并介紹了用于幫助我們?yōu)槿魏喂怆姸O管或放大器選擇組件的六步選擇法。隨后還提供了一個真實電路設(shè)計與仿真案例，用于演示該六步選擇法。它為在互阻抗電路設(shè)計中選擇和優(yōu)化噪聲相關(guān)型組件提供了一個簡單的方法。但由于優(yōu)化值并未考慮印刷電路板寄生因素，在許多實際案例中可能需要進行調(diào)整。在互阻抗電路輸出之后使用一個LPF還可降低噪聲。