ZHCSII6D July 2018 – May 2025 OPA855
PRODUCTION DATA
OPA855 处于解补偿状态,需要 7V/V 或更高的高频增益才能稳定。在较低的增益中使用 OPA855 会导致峰值增加和潜在的不稳定性。由于 TIA 设计的固有特性,解补偿放大器在 TIA 应用中是十分有利的。输入和反馈电容以及反馈电阻器引入的零点和极点对会增加噪声增益,直到噪声在高增益处变平,幅度如方程式 2所示。
其中
CTOT 是放大器的总输入电容(包括光电探测器电容以及放大器的共模和差分输入电容)
CF 是放大器的反馈电容
解补偿放大器具备下述几项优势,例如,增加相同静态电流(相对于单位增益稳定对应器)增益、带宽、压摆率和降低输入基准噪声。
与节 9.2.1.2中所述的概念类似,光电探测器的上升时间和内部电容决定了闭环带宽。闭环带宽和跨阻增益 (RF) 能决定放大器所需的增益带宽 (GBWP)。表 9-1显示了基于光电探测器类型的标准光电二极管特性。系统带宽和增益等目标值是使用这些具有所选光电二极管特性的概念计算得出的。有关详细说明和公式,请参见节 9.2.1.2讨论的应用报告。
图 9-5显示了配置为 TIA 的 OPA855,其中光学传感器反向偏置,以便二极管阴极连接到正偏置电压。可以在反向偏置节点处使用 RC 滤波器作为低通滤波器来消除高频噪声。光电探测器的内部电容因传感器类型和所施加反向电压的值而异。每种传感器之间的设置略有不同,但与放大器的连接在整个过程中都是一致的。
每种光学设计之间的差异包括选择用于设置跨阻增益的反馈电阻器以及用于补偿额外输入电容的反馈电容。OPA855 采用 8GHz GBWP,可适应极快的上升时间,与新兴的光学传感器配合使用,从而满足更快光学检测的行业需求。
图 9-5中所示的 OPA855 同相输入端的直流电压偏置会设置共模电压,可在不匹配的电源配置中更大限度地增加系统的输出摆幅。直流偏置对于避免放大器输出级削波或饱和至关重要。对于后续级,可以使用全差分放大器 (FDA) 将单端信号转换为差分输入,以驱动模数转换器 (ADC),如图 9-1所示。可以在 FDA 和 ADC 之间添加更高阶的滤波器以降低系统噪声。
图 9-7显示的是表 9-1中提供的设计参数得出的性能,而图 9-8显示的是一般趋势。这两张图显示了使用不同传感器和增益配置,配置为 TIA 的 OPA855 闭环带宽性能。图 9-7显示的是基于表 9-1中提供的值所选择的光电探测器的放大器性能。PMT 和 MPPC 具有更高的固有增益,但需要宽带宽来补偿更高的内部电容。为此,PD 和 APD 需要更高的增益配置来实现相似的输出电压电平。OPA855 可提供带宽来应对这两种光学挑战。图 9-7显示的是放大器性能作为传感器电容和跨阻增益函数的通用视图。增加反馈电阻和输入电容会降低闭环带宽。在所有趋势中,闭环带宽的变化量相对于这两个方面的变化量是一致的。光电二极管电容为 1pF,反馈电阻为 1kΩ,因此可实现 1.1GHz 的超高闭环系统带宽。