10MHz、100dB 动态范围跨阻放大器的可行性

电器工程 运算放大器 放大器 光电二极管
2022-02-04 13:19:37

我被要求生产一个带宽为 10MHz 的光电二极管跨阻放大器。电流范围为1 nA 至 100 uA(5 个十倍电流)-> 100dB 动态范围。

光电二极管是一个结电容为6pF的硅 APD 。

对数压缩不适合,因为 1.) 这是成像,以及 2.) 所有信号强度都需要全带宽。

我相信输出参考噪声要求,因此 Vrms < 1nA * Rf。我知道偏置电流应该在 1-10pA 范围内。影响噪声/带宽的其他参数是 GBW、输入噪声电压密度、输入电容。

问题是,我还没有找到一个看起来有能力的低偏置运算放大器。这种性能甚至可以通过商业组件实现吗?

我用于带宽/总输出噪声的计算工具(让我知道这是否不好)

1 或 2 V 的满量程输出是合理的。对于最大输入 100uA,这意味着 Rf ~= 20Kohm。因此,输出噪声应 <= 1nA * 20K = 20uVrms。

例如,我查看了以下运算放大器:ADA4817、LTC-6268、OPA657 都具有 ~1000 uVrms 阶噪声,但满足带宽要求。

而这些 GBW 较低的产品:AD8651、ADA4807、AD8655、OPA2301、OPA2365,仅勉强提高带宽,但仍显示出 100-200 uVrms 数量级的输出噪声。

另外,我可以使用外部输入级吗?像某种 FET 缓冲器来驱动更高偏置电流运算放大器的输入?分立晶体管电路不是我的强项。

谢谢你尽你所能的帮助。

3个回答

Grin,你的清单包括我所知道的所有优秀的 TIA 运算放大器。
您是否允许在较低的光照水平下更改增益电阻?
如果不是,那么我会说可能会有更大的反馈 R 在最大光照水平下达到 10-20 V。我也会把你引向菲尔·霍布斯。这是他的网站。
http://electrooptical.net/ 您可以向下滚动查看他对低噪声 PD 前端的看法。
他的书也会对你有用。

ADI 有一个很好的向导:-

在此处输入图像描述

它可以在这里找到,重要的是您可以从上面的页面中选择哪个运算放大器。该列表几乎是 ADI 制造的所有运算放大器,并且有很多带有“推荐”标签的运算放大器。它将模拟所有这些,并为您提供两阶段设计的选项。

我检查了 AD8651 的选择,不建议这样做,所以我选择了 AD8056 来根据您的要求进行尝试。它说SNR将为70.2dB。试一试,但我怀疑你需要一个 2 运算放大器解决方案。

反馈电阻器本身的约翰逊噪声约为 57uV。

满足您的要求将是相当困难的。