跨阻抗放大器(TIA) 最常使用運(yùn)算放大器(op amps) 構(gòu)建。而且，越來越多的(如果不是全部的話)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 是全差分系統(tǒng)，需要具有單端差分機(jī)制。對(duì)于需要直流耦合的應(yīng)用，這主要是通過使用全差分放大器(FDA) 來實(shí)現(xiàn)的。

有沒有辦法使用 FDA 進(jìn)行 I-to-V 轉(zhuǎn)換，以及直接與 ADC 接口?簡(jiǎn)而言之，答案是肯定的，在這里我們將回顧實(shí)施和限制。

在進(jìn)一步開發(fā)之前，我需要警告您使用 FDA 作為 TIA 的增益限制。雙極輸入級(jí)的輸入偏置電流實(shí)際上會(huì)限制跨阻級(jí)可實(shí)現(xiàn)的最大增益。您可以預(yù)期輸入偏置電流為幾微安。在運(yùn)算放大器中，如果輸入偏置電流和反饋電阻都很大，則會(huì)在輸出上產(chǎn)生偏移。在 FDA 中，輸入偏置電流會(huì)產(chǎn)生共模偏移。這不是一個(gè)問題，因?yàn)檩敵鲭妷簲[幅是具有 FDA 輸出級(jí)的運(yùn)算放大器的兩倍，但需要對(duì)其進(jìn)行檢查以獲得更高的跨阻增益。

讓我們從OPA843開始，它是一款具有出色噪聲和增益帶寬的雙極放大器，增益設(shè)置為 20kW，光電二極管使用 1.5pF 輸入電容。

OPA843提供了一個(gè)以前無法達(dá)到的速度和動(dòng)態(tài)范圍。使用高增益帶寬(GBW)，兩個(gè)增益級(jí)設(shè)計(jì)，OPA843提供了一個(gè)具有特殊動(dòng)態(tài)范圍的中等增益范圍裝置?！敖?jīng)典”差分輸入補(bǔ)充了這種高動(dòng)態(tài)范圍與直流精度超過大多數(shù)高速放大器產(chǎn)品。極低的輸入偏置電壓和電流、高共模排斥比(CMRR)和電源排斥比(PSRR)以及高開環(huán)增益相結(jié)合，具有高直流精度放大器、低噪聲和高三階攔截。

12-16位轉(zhuǎn)換器接口將受益于這種特性的組合。高速跨阻抗應(yīng)用也可以以特殊的直流精度來實(shí)現(xiàn)。使用兩個(gè)OPA843s的差分配置可以提供非常低的失真到高輸出電壓。

高帶寬：260MHz(G=+5)

GAIN帶寬產(chǎn)品：800MHz

低輸入電壓噪聲：2.0nV/√Hz

非常低的失真：-96dBc(5MHz)

高度開放-LOOPGAIN：110dB

快速12位沉降：10.5ns(0.01%)

低輸入偏移電壓：300μV

輸出電流：±100mA

應(yīng)用程序

ADC/DAC緩沖放大器

低失真“if”放大器

有源過濾器

低噪聲接收機(jī)

寬帶跨步

在這些條件下，OPA843 可以實(shí)現(xiàn)約 57MHz 的平坦頻率響應(yīng)。見下圖 1。

圖 1：OPA843 TIA 配置

我們將監(jiān)控的感興趣的性能是：

1- 小信號(hào)頻率響應(yīng)及其相關(guān)的平坦度，以確保脈沖響應(yīng)中沒有振鈴以及表現(xiàn)良好的相位變化。

2- 輸出上的綜合噪聲。

3- 解決方案的功耗。

圖 2 和圖 3 顯示了此處監(jiān)控的 OPA843 性能。

圖 2：OPA843 頻率響應(yīng)

圖 3：OPA843 集成輸出噪聲

在 ±5V 電源下運(yùn)行時(shí)，OPA843 的功耗約為 200mW。

查看 +5V 電源 FDA (70mW) THS4520 上的 14mA，我們可以通過在反饋路徑中使用 10kΩ 電阻器來實(shí)現(xiàn)相同的 20kΩ 跨阻抗增益。要使該增益為 20kΩ，需要存在 C4。請(qǐng)注意，對(duì)于低于 R2 和 C4 形成的極點(diǎn)的頻率(此處為 16Hz)，增益降低了 6dB。

圖 4：THS4520 TIA 配置

盡管帶寬有所增加，但THS4520實(shí)現(xiàn)了約 74MHz 的帶寬，但集成噪聲遠(yuǎn)低于 OPA843。這種降低的噪聲部分是由于 THS4520 的電流噪聲密度較低(相同的電壓噪聲密度)，但也由于用于實(shí)現(xiàn)相同增益的較低反饋電阻器和較高的補(bǔ)償反饋電容器導(dǎo)致較低的噪聲增益。降噪的兩個(gè)主要術(shù)語是較低的噪聲增益與頻率和較低的反饋電阻及其相關(guān)的熱噪聲。結(jié)果繪制在圖 5 和圖 6 中。

圖 5：THS4520 頻率響應(yīng)

圖 6：THS4520 集成輸出噪聲