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?，F(xiàn)在，我們來為該應用設計一款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時結點電容為350pF。

　　由于最大光功率為-20dBm，相當于0.01mW，因此我們可以計算出該光電二極管在應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，我們知道應用需要一種低偏置、低功耗、低失調并支持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。其低噪聲與低失調可滿足該應用需求。

　　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。因此：

　　OPA314在2KΩ負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是本應用的最佳芯片。我們還可以在TINA(TI免費仿真工具)中設置下列仿真電路。我們正在使用一款可為我們設計的電路提供4.8uA峰值電流以及25KHz頻率的電源。仿真電路與結果見圖8、圖9。

　　圖8：仿真電路

　　圖9：設計電路仿真輸出

　　總結

　　本文主要介紹了如何為光電轉換應用選擇放大器、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計中選擇和優(yōu)化噪聲相關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整。在互阻抗電路輸出之后使用一個LPF還可降低噪聲。