【實(shí)用電路】一種跨阻放大器應(yīng)用電路的噪聲估算

【摘要】

目前大家設(shè)計(jì)得最多的莫過于高速數(shù)字芯片及相關(guān)電路設(shè)計(jì)和應(yīng)用，對(duì)模擬的電路部分的設(shè)計(jì)涉及得很少。這里簡(jiǎn)單介紹一下高帶寬低噪聲跨阻放大器（TIA）應(yīng)用電路的噪聲估算方法，主要涉及的參數(shù)有帶寬、增益及噪聲。

一、引言

盡管目前很多模擬電路都集成到芯片的內(nèi)部，只留了少量的電阻電容之類的元件在外面，減少設(shè)計(jì)的難度，但還是會(huì)有少數(shù)應(yīng)用電路需要用到模擬芯片，比如說做一塊處理微弱的模擬信號(hào)的評(píng)估板，需要放大好幾級(jí)，沒有專用芯片進(jìn)行放大，就只能用模擬器件去搭建。對(duì)于微弱的信號(hào)，其信噪比是非常關(guān)鍵的參數(shù)，決定了小信號(hào)是否能檢測(cè)出來。提高信噪比的重要方法是將低噪聲，所以我們?cè)O(shè)計(jì)此類電路必須要對(duì)噪聲進(jìn)行估算，選擇性價(jià)比合適的芯片，以提高設(shè)計(jì)的性能。這里簡(jiǎn)單介紹一下高帶寬低噪聲電路的噪聲估算方法。

二、光電二極管+低噪聲跨阻放大器的噪聲估算

在光通信應(yīng)用中，用得最多的兩種光電二極管是PIN和APD。由于這種光電二極管產(chǎn)生的電流都很小，所以不能用一般輸入噪聲大的跨阻放大器直接處理。在實(shí)際應(yīng)用中要求放大器具有高帶寬、低噪聲、高增益的性能，以便檢測(cè)出微弱的信號(hào)，增強(qiáng)信噪比及信號(hào)質(zhì)量、減小誤碼率，提高動(dòng)態(tài)范圍。

以下是工程中一典型的電路，電路主要由光電二極管和跨阻放大器組成。

Cpd---為光電二極管自身的電容，

Cin---為放大器輸入電容，

Rf---為跨阻，將電流轉(zhuǎn)化為電壓，

Cf---為相位補(bǔ)償電容。

信號(hào)的-3dB帶寬為：

其中，GBP為帶寬增益積

Ct為Cpd、Cin之和

為了使電路穩(wěn)定，最佳相位補(bǔ)償電容的值為

等效輸入噪聲電流為

其中，In為放大器反向輸入端的電流輸入噪聲

En為放大器的輸入電壓噪聲

Cpd為光電二極管的電容

F為鏈路的信號(hào)頻率

TIA輸出的均方根噪聲電壓為：

其中，

I^2npd為光電二極管的均方根噪聲電流

F為放大器輸出的帶寬

設(shè)APD輸出有用信號(hào)電流為Ipd

，則其信噪比為：

三、結(jié)論

此電路的設(shè)計(jì)時(shí)要注意的幾點(diǎn)：為了得到更高的帶寬和增益，需要選擇帶寬增益積大的芯片，Rf越大，增益越高；為了得到更高的信噪比，需要選擇輸入電壓/電流噪聲小的芯片，另外，如果在帶寬允許的前提下，可以適當(dāng)降低帶寬，增加Rf。

四、總結(jié)

利用上述的幾個(gè)公式，我們很容易就能估算出TIA電路的噪聲范圍，對(duì)放大器的選型、后端電路的設(shè)計(jì)及誤碼率的計(jì)算具體一定的參考意義。




審核編輯：劉清