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高速運(yùn)放參數(shù)解析與應(yīng)用于光學(xué)前端TIA放大——HA1002E應(yīng)用指南1

乾鴻微 ? 2023-06-08 10:14 ? 次閱讀

運(yùn)算放大器這一分類下有許多子分類,例如高速運(yùn)算放大器、精密運(yùn)算放大器、低噪聲運(yùn)算放大器等。那么,高速運(yùn)放的“高速”究竟體現(xiàn)在運(yùn)放哪些參數(shù)上呢?

運(yùn)放的帶寬(Bandwitdth, BW)指運(yùn)放的-3dB帶寬,指的是閉環(huán)使用時(shí)在某個(gè)指定閉環(huán)增益下,增益變?yōu)榈皖l增益0.707倍時(shí)信號的頻率,帶寬分為小信號帶寬和大信號帶寬兩種,小信號通常指200mV以下的信號。增益帶寬積(Gain Bandwidth Product, GBW)指指定頻率處,運(yùn)放的開環(huán)增益(Open-loop gain,Aol)與指定頻率的乘積;運(yùn)放開環(huán)使用時(shí),運(yùn)放的放大倍數(shù)即為開環(huán)增益,增益dB與放大倍數(shù)的換算公式為Gain=20lg(Vout/Vin)。帶寬和增益帶寬積衡量了運(yùn)放處理交流信號的能力。壓擺率(Slew Rate, SR)指閉環(huán)使用時(shí),輸入端輸入一階躍大信號,在輸出端測得信號上升的速率。當(dāng)輸入大信號為正弦波時(shí),若正弦波最大斜率高于運(yùn)放壓擺率時(shí),輸出信號便會(huì)失真;例如輸入一最大斜率高于運(yùn)放壓擺率正弦波,輸出則會(huì)變?yōu)樾甭蕿檫\(yùn)放壓擺率的鋸齒波,這是由于運(yùn)放響應(yīng)輸出電壓的能力小于輸入信號的變化率導(dǎo)致的。由壓擺率可以引出運(yùn)放全功率帶寬(Full-power Bandwidth, FPBW),F(xiàn)PBW=SR/2πVp。壓擺率和全功率帶寬衡量了運(yùn)放處理大信號的能力。通常將帶寬>50MHz,壓擺率>10V/us的運(yùn)放被稱為高速運(yùn)放;乾鴻微自研并經(jīng)由國內(nèi)工藝流片的HA1002E型高速寬帶運(yùn)算放大器是一款小信號帶寬500MHz,增益帶寬積200MHz,壓擺率360V/us的高速電壓反饋CMOS 運(yùn)算放大器,同時(shí)具有高輸入阻抗、低噪聲、單位增益穩(wěn)定以及軌到軌輸出的HA1002E適合應(yīng)用于需要高帶寬的視頻領(lǐng)域、高速數(shù)據(jù)采集和信號處理、光學(xué)前端TIA放大等等。
503c2be0-0013-11ee-ba01-dac502259ad0.pngHA1002E應(yīng)用于光學(xué)前端TIA放大原理簡圖
HA1002E應(yīng)用于光學(xué)前端TIA放大原理圖如上圖所示,采用雙電源供電,電源電壓分別為±2.5V,均接一組1uF和0.1uF的電容用于濾波,輸入端為幅值10uA,1ms/0.5ms占空比的脈沖,反饋電阻R4為20kΩ,即增益為20k,輸出波形如下圖所示,OUT=I1*20k。

505cfd02-0013-11ee-ba01-dac502259ad0.png

OUT輸出圖(有補(bǔ)償電容)

輸出出現(xiàn)如下圖所示震蕩現(xiàn)象是增益過大相位裕度不足導(dǎo)致的,此時(shí)應(yīng)在反饋電阻處并聯(lián)一補(bǔ)償電容C7,電容值為1pF~10pF。

507abc7a-0013-11ee-ba01-dac502259ad0.png

OUT輸出圖(無補(bǔ)償電容)


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