如何評估互阻抗放大器（上）

作者：Xavier Ramus

在本博文中，我想采用不同方法描述通過工作臺對 OPA857 進行特性描述時遇到的技術挑戰(zhàn)。該器件是一款具有兩個內部增益設置的專用互阻抗放大器 （TIA），工作電源為 +3.3V，支持 100MHz 最小帶寬。

除了高增益（5k? 和 20k?）與高帶寬（在整個溫度及工藝變化中大于 100MHz）組合外，OPA857 最具挑戰(zhàn)性的特性是需要低輸入電容，包括電路板寄生在內的該需求是提供低于 1.5pF 的總輸入電容。正如闡明的那樣，1.5pF 總輸入電容不包括封裝或晶體管寄生。之所以選擇這個值，是因為驅動 OPA857 的光電二極管偏置電壓非常高，支持介于 0.5pF 至 0.7pF 之間的光電二極管電容貢獻，因此留給外部寄生電容的空間是 0.8pF 至 1pF。

OPA857 介紹

OPA857 是一款具有偽差分輸出的專用互阻抗放大器。方框圖見下圖 1。

圖 1：OPA857 方框圖

本圖中有三個不同的塊：

互阻抗塊

參考電壓塊

電流鏡塊（測試塊）

互阻抗塊在考慮 500? 負載引起的衰減時具有兩種可選增益配置：4.5k? 與 18.2k?。由于只有一個開關，RF2 與 RF1 的并聯(lián)組合是 4.5k?。原理圖簡化，可確保清晰表達結果值。

互阻抗塊可在兩種增益配置下提供出色的帶寬（大于 100MHz），在整個帶寬范圍內提供盡可能低的 RMS 噪聲。

參考電壓塊有幾種用途：

向輸入提供足夠的 DC 參考電壓。

在輸出端提供 DC 參考，允許 DC 耦合解決方案支持全差分信號鏈，其不僅可提供 CMRR，而且還可將 PSRR 問題轉化為 CMRR。

引腳分配提供的第三個塊旨在簡化 OPA857 的特性描述與評估。在具體介紹器件特性及其描述方法之前，我們先來看一下預期測量性能。要求之一是盡可能直接在目標應用電路中測量。

頻率響應

脈沖響應

諧波失真

參考塊

參考塊設定為電源的 5/9。因而對于 3.3V 電源而言，參考電壓是 1.8V。高帶寬可為高頻率實現低輸出阻抗。參考電壓然后可提供給兩條路徑。通向輸出 OUTN 的路徑具有 25? 串聯(lián)電阻器。另一條路徑具有通向 TIA 非反相輸入端的串聯(lián) RC。RC 濾波器用來最大程度降低來自緩沖器輸入端參考電壓的高頻率噪聲。

TIA 塊

TIA 塊的放大器有一個 A 類輸出級，可限制通過任何途徑將 1.83V 共模電壓向下擺動至電軌。由于為實現保護及更好過載恢復添加了內部保護，因此擺幅接近電軌的值不可能超過 0.6V。輸出端仍有 1.2V 的動態(tài)擺幅范圍對應于 20k? 增益下 60uA 最大輸入電流和 5k? 增益下 240uA 最大輸入電流。

每個輸出端還有 25? 的串聯(lián)電阻，用于限制加載放大器體驗，但也會降低增益。在 500? 差分負載下，負載引起的衰減是 0.83dB，其可影響整體互阻抗增益。由于負載衰減原因，20k? 互阻抗增益可降低至 18.2k? 的有效值，而 5k? 則可降低至 4.5k?。

帶寬注意事項

由于其固定互阻抗配置及相關內部補償原因，電源輸入電容必須如前所述保持為低。標準設計目標是 1.5pF，包括電路板寄生電容。不推薦在 5k? 增益下為得到最大平坦度使輸入電容超過 5pF。在 5pF 輸入電容下，OPA857 在 20k? 增益下將達到 1.5dB 峰值。見下圖 2a） 和 2b）：

還要注意：帶寬會隨負載變化而變化：負載越大，帶寬越低。如下圖 3 所示。

圖 3：OPA857 帶寬隨負載變化，a） 20k?，b） 5k?

現在我們回顧了放大器的預期性能，我們將在下篇博客文章中介紹測量的實際實施。

閱讀原文， 請參見： http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2014/01/29/how-to-evaluate-a-transimpedance-amplifier-part-1.aspx

編輯：jq