15MHz Fotodiodenplatine, Rückmeldung angefordert

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Ich habe eine 2-Schicht-15-MHz-Fotodiodenverstärkerplatine entwickelt. Die erste Stufe ist ein Transimpedanzverstärker mit AD8065. Die zweite Stufe verwendet einen Stromrückkopplungsverstärker, THS3091. Die Stromversorgung erfolgt +/- 12 V von einer halbregulierten Quelle, die von außen in J2 eingespeist wird und dann mit einigen LDOs "rein" gemacht wird. Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Mit der Formel aus dem Ad8065-Datenblatt sollte ich in der Lage sein, mithilfe der gezeigten Rückkopplungsschleife eine Bandbreite von mindestens 15 MHz zu erhalten. Die Platine:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich habe ein paar ungewöhnliche Dinge mit dieser Leiterplatte gemacht und ich habe einige Fragen;

1) Ich habe die Grundebene auf Vorschlag des Datenblattes weggeschnitten. Die hochohmigen Eingangsknoten dieser Operationsverstärker sind besonders anfällig für Streukapazität. Ein ähnliches Design findet sich bei TI, wo sie auch den Boden von den Eingangsknoten des Operationsverstärkers abschneiden. Dies scheint auch bei Operationsverstärkern mit Stromrückkopplung Standard zu sein, daher habe ich den gleichen Schnitt für den THS3091 durchgeführt.

Beachten Sie, dass ich den Boden so geschnitten habe, dass die Grundebene keine „Schleife“ bildet. Ist das richtig zu tun? Wäre es ratsam, sie mit einem Kondensator zu nähen?

2) Ich habe eine Schutzspur um den invertierenden Eingang des TIA hinzugefügt, um ihn vor streunenden Oberflächenströmen zu schützen. Ich habe dies getan, weil der Kurzschlussstrom meiner Fotodiode 1 uA beträgt, also schätze ich, dass ich ihn um den 10-100nA-Pegel verwenden werde. Da ich OSH-Park verwende, muss ich die Lötmaske manuell entfernen, aber das ist in Ordnung?

3) Ich bin nicht sicher, ob R7 überhaupt da sein sollte (ich habe einen Teil dieses Entwurfs von einem Kollegen geerbt). R4 / R9 gleichen den zugegebenermaßen minimalen Eingangsvorspannungsstrom aus, aber ich weiß überhaupt nicht, was R7 tut. Es scheint für die Impedanzanpassung zu sein, aber die Spuren hier sind so kurz, dass ich nicht denke, dass es wichtig ist?

4) In Bezug auf C3 und C4, für die keine Werte angegeben wurden, sollten diese meiner Meinung nach der Kapazität entsprechen, die am - Eingang des Operationsverstärkers angezeigt wird. Wieder etwas, das ich geerbt habe. Ansonsten macht das Design für mich Sinn.

Jede Rückmeldung zum Design und zur Leiterplatte wäre willkommen !!

Edit: eine weitere Sache, meine Platzierung des Bypass-Kondensators war etwas willkürlich; Beim Routing habe ich nicht wirklich verfolgt, welcher Kondensator welcher ist. Ich plane, die kleinsten Bypass-Kappen am nächsten zum Chip zu platzieren.

Paul L.
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Zu # 2: Sie sollten dies nicht manuell tun müssen. Um die Lötmaske über der Leiterbahn zu entfernen, müssen Sie lediglich ein Merkmal auf der Lötmaskenschicht in Ihrem PCB-Design direkt über der Leiterbahn platzieren. Wie Sie dies tun, hängt davon ab, welches Programm Sie verwenden. Es sollte jedoch gleich sein, ob Sie OSHPark oder ein anderes Board House verwenden.
Bitsmack
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Es könnte sich lohnen, die Spuren zu zerreißen, wenn die von Ihnen verwendete PCB-Software dies kann. Dies erleichtert den Übergang von dicken zu dünnen Spuren. Ich bin mir auch nicht sicher, was U3 ist, aber eine der Spuren wird plötzlich ziemlich dünn, kurz bevor sie Pin 1 erreicht.
Tom Carpenter
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+1 für eine schöne Frage im üblichen Meer von Fragenversuchen. und bitte hören Sie auf Bitsmak, es ist nicht nötig, die Lötmaske manuell zu entfernen. Ihre schlechteste Option ist es, die Gerber manuell zu bearbeiten, was viel besser ist, als sr manuell zu kratzen
Vladimir Cravero
Stellen Sie sicher, dass Ihre Versorgung unter Last genügend Kopffreiheit hat, um alle erwarteten Spannungsabfälle abzudecken. Einige Volt wären schön. Außerdem würde ich zulassen, dass sich die Erdungsebene unter den ICs kreuzt, um beide Seiten miteinander zu verbinden. Andernfalls müssen Sie stabile Drahtverbindungen von einer Seite zur anderen verlegen. Wenn diese isoliert sind, wird eine gemeinsame Erdungsreferenz verhindert.
KalleMP
@KalleMP Die Erdung ist oben in einer durchgehenden Verbindung verbunden, aber ich habe das Bild dort geschnitten. Sie werden auch an J1 angeschlossen, einem BNC-Stecker, der wie ein Draht wirkt (der Platzbedarf des Steckers ist oben zur Hälfte sichtbar). Ich denke, die Impedanz ist nicht so perfekt, als ob sie vollständig wäre, aber mir wurde gesagt, dass ich Schleifen in der Grundebene vermeiden soll - da jede induzierte EMF proportional zur Fläche der Schleife ist.
Paul L

Antworten:

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Mein erster Gedanke ist, dass Sie R7, R9, C3 und C4 insgesamt loswerden können. Ihr Operationsverstärker hat 1 pA Vorspannungsströme, um Himmels willen. Die durch den Vorspannungsstrom und den Rückkopplungswiderstand erzeugten Eingangsversätze betragen etwa 25 nV.

Ich bin jedoch äußerst zweifelhaft, ob Sie die gewünschte Antwort erhalten können. Sie sprechen nur von einer übermäßigen Verstärkung von 5 bei 15 MHz, und das ist aus der Ferne nicht ausreichend. Wenn die Schaltung mit einer Eingangskapazität von 2 pF modelliert wird, ist es möglich, mit einem 2,5-k-Rückkopplungswiderstand eine Leistung von 15 MHz zu erzielen, aber sie reagiert sehr empfindlich auf den Wert des Rückkopplungskondensators, und das ist niemals ein gutes Zeichen.

Das Anbringen eines Schutzrings an der PD scheint Zeitverschwendung zu sein, da Sie eindeutig nicht mit extrem niedrigen Strömen arbeiten und die Eingangskapazität dadurch etwas erhöht wird.

WhatRoughBeast
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@PaulL - Ich denke, ich habe falsch geschrieben. Die Übergangsfrequenz beträgt nur 65 MHz. Das Verhältnis von 5: 1 ist das, worauf ich mich bezog.
WhatRoughBeast
Vielen Dank! Mir ist klar, dass diese Maßnahmen mit dem kleinen Vorspannungsstrom wahrscheinlich extrem sind. Ich werde den Schutzring entfernen, aber da die zusätzlichen Widerstände und Kappen vernachlässigbare Kosten für das von mir verwendete Volumen verursachen, werde ich sie behalten (und ich kann später einen anderen TIA-Operationsverstärker verwenden). Ich bin mir nicht sicher, was Sie unter "übermäßiger Verstärkung von 5 bei 15 MHz" verstehen. Laut Datenblatt beträgt die Bandbreite für einen Phasenabstand von 45 Grad Sqrt [1 / (2 * piRfCi), was unter der Annahme von 4pF 15 MHz ergibt ... Sie haben Recht, es ist marginal. Jede überschüssige Kapazität wird diese Zahl wahrscheinlich entgleisen lassen . Haben Sie einen Vorschlag für eine schnellere TIA?
Paul L
Ich habe gerade Ihren Kommentar gesehen ... Ich denke, ich dachte, die Übergangsfrequenz ist 3db @ 145MHz? Woher bekommen Sie 75 MHz?
Paul L
Tippfehler - Es ist 65 MHz. analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/… Abbildung 53.
WhatRoughBeast