Ich wurde gebeten, einen Fotodioden-Transimpedanzverstärker mit einer Bandbreite von 10 MHz herzustellen. Strombereich von 1 nA bis 100 uA (Strom von 5 Jahrzehnten) -> 100 dB Dynamikbereich.
Die Fotodiode ist eine Silizium-APD mit einer Sperrschichtkapazität von 6 pF .
Die logarithmische Komprimierung ist nicht geeignet, da 1.) dies eine Bildgebung ist und 2.) die volle Bandbreite für alle Signalstärken erforderlich ist.
Ich glaube, dass die rauschbezogene Rauschanforderung Vrms daher <1nA * Rf ist. Ich verstehe, dass der Vorspannungsstrom im Bereich von 1 bis 10 pA liegen sollte. Andere Parameter, die das Rauschen / BW beeinflussen, sind GBW, Eingangsrauschspannungsdichte und Eingangskapazität.
Das Problem ist, ich habe keinen einzigen Operationsverstärker mit niedriger Vorspannung gefunden, der in der Lage zu sein scheint. Ist diese Leistung überhaupt mit handelsüblichen Komponenten zu erreichen?
Berechnungstool, das ich für Bandbreite / Gesamtausgangsrauschen verwende (lassen Sie mich wissen, wenn dies schlecht ist)
Ein Vollausgang von 1 oder 2 V ist sinnvoll. Für den maximalen Eingang 100uA bedeutet dies Rf ~ = 20 kOhm. Daher sollte das Rauschen am Ausgang <= 1nA * 20K = 20uVrms sein.
Zum Beispiel habe ich mir die folgenden Operationsverstärker angesehen: ADA4817, LTC-6268, OPA657 haben alle ein Rauschen von ~ 1000 uVrms, erfüllen jedoch die Bandbreitenanforderungen.
Und diese Produkte mit niedrigerem GBW: AD8651, ADA4807, AD8655, OPA2301, OPA2365 machen gerade noch die Bandbreite, zeigen aber immer noch Ausgangsrauschen in der Größenordnung von 100-200 uVrms.
Könnte ich möglicherweise auch eine externe Eingangsstufe verwenden? Wie eine Art FET-Puffer, um den Eingang eines Operationsverstärkers mit höherer Vorspannung anzutreiben? Diskrete Transistorschaltungen sind nicht meine Stärke.
Vielen Dank für jede Hilfe, die Sie anbieten können.
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Antworten:
Grinsen Sie, Ihre Liste enthält alle guten TIA-Opamps, die ich kenne.
Dürfen Sie den Verstärkungswiderstand bei niedrigeren Lichtstärken ändern?
Wenn nicht, würde ich sagen, vielleicht eine größere Rückkopplung R, um bei maximaler Lichtstärke bis zu 10-20 V zu erreichen. Ich würde Sie auch an Phil Hobbs weiterleiten. Hier ist seine Website.
http://electrooptical.net/ Sie können nach unten scrollen, um rauscharme PD-Frontends zu sehen.
Sein Buch wird auch für Sie nützlich sein.
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ADI hat einen netten Assistenten dafür: -
Es finden sich hier und vor allem können Sie auswählen , welche Operationsverstärker von der Seite oben. Die Liste enthält so ziemlich alle von ADI hergestellten Operationsverstärker, und es gibt viele, die mit dem Tag "empfohlen" geliefert werden. Es simuliert sie alle UND gibt Ihnen die Möglichkeit eines zweistufigen Designs.
Ich habe die Auswahl von AD8651 überprüft und dies wird nicht empfohlen. Daher habe ich mich für den AD8056 entschieden, um ihn mit Ihren Anforderungen auszuprobieren. Es hieß, das SNR würde 70,2 dB betragen. Probieren Sie es aus, aber ich vermute, Sie benötigen eine 2-Operationsverstärker-Lösung.
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Das Johnson-Rauschen Ihres Rückkopplungswiderstands selbst beträgt ~ 57 uV.
Es wird ziemlich schwierig sein, Ihre Anforderungen zu erfüllen.
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