如何为互阻抗放大器电路选择组件

　　真实案例示例：

　　我们将使用一个真实案例来说明怎样在光电二极管应用中选择正确组件。有一款便携式生化分析仪使用920nm 红外光透射被测试样本。该样本的生化特性对920nm红外光能量有不同的吸收能力。我们已经知道，穿透920nm 红外光的最大功率为-20dBm，需要为滨松硅光电二极管S2551提供80%的耦合率。我们需要确保电路对25KHz信号的衰减小于3dB。现在，我们来为该应用设计一款3.3V电源供电的光电二极管。

　　首先需要阅读产品说明书，了解滨松S2551的技术规范，如图6所示。我们可以看到920nm的灵敏度为0.6A/W，最大暗电流为1nA，在反向电压为0V时结点电容为350pF。

　　由于最大光功率为-20dBm，相当于0.01mW，因此我们可以计算出该光电二极管在应用中的最大输出电流为：

　　图6：摘自产品说明书的S2551规范

　　下面是分六个步骤的设计方法：

　　第1步：信号增益：

　　我们选择R1=670KΩ;

　　第2步：补偿电容：

　　我们选择C1=6.8pF;

　　第3步：放大器带宽：

　　第4步：选择放大器

　　到目前为止，我们知道应用需要一种低偏置、低功耗、低失调并支持2.95MHz带宽的放大器。我们来看看德州仪器(TI)提供的放大器OPA314，其主要规范如图7所示，它看似是非常理想的选择。

　　图7：OPA314的主要规范

　　这是一款支持0.2pA偏置电流的轨至轨输入输出放大器。3MHz单位稳定GBW放大器只有150uA的静态电流。内部 RF/EMI滤波器可在恶劣电磁环境中提高电路性能。其低噪声与低失调可满足该应用需求。

　　因此OPA314是满足该需求的理想选择。尽管如此，我们仍然需要使用所选放大器的真实规范再次验证：

　　第5步：验证输出摆幅和GBW。

　　OPA314的最大失调电压是2.5mV。光电二极管的1nA暗电流通过R1=680KΩ会产生0.68mV的失调。因此：

　　OPA314在2KΩ负载下的输出摆幅大于3.26V，其输入电容等于1pF+5pF=6pF。我们可验证：

　　非常理想，这正是我们所需要的。因而根据计算，OPA314是本应用的最佳芯片。我们还可以在TINA(TI免费仿真工具)中设置下列仿真电路。我们正在使用一款可为我们设计的电路提供4.8uA峰值电流以及25KHz频率的电源。仿真电路与结果见图8、图9。

　　图8：仿真电路

　　图9：设计电路仿真输出

　　总结

　　本文主要介绍了如何为光电转换应用选择放大器、反馈电阻器及补偿电容器，并介绍了用于帮助我们为任何光电二极管或放大器选择组件的六步选择法。随后还提供了一个真实电路设计与仿真案例，用于演示该六步选择法。它为在互阻抗电路设计中选择和优化噪声相关型组件提供了一个简单的方法。但由于优化值并未考虑印刷电路板寄生因素，在许多实际案例中可能需要进行调整。在互阻抗电路输出之后使用一个LPF还可降低噪声。