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光電二極管電路中實(shí)現(xiàn)低頻精度和改善帶寬的技巧
光電二極管產(chǎn)生的電流在納安和低微安范圍內(nèi)。在像這樣的微小潮流下，我們經(jīng)常忽略的非理想行為會(huì)變得很明顯甚至成問(wèn)題。
運(yùn)算放大器輸入偏置電流
首先，仔細(xì)研究運(yùn)算放大器的輸入偏置電流規(guī)格。理想情況下，零電流流入或流出輸入端子，并且所有光電流都流經(jīng)TIA的反饋電阻器，并有助于輸出電壓。
不幸的是，現(xiàn)實(shí)生活中的運(yùn)算放大器需要一些輸入偏置電流，而在其他應(yīng)用中可以忽略的偏置電流可能會(huì)在光電二極管系統(tǒng)中產(chǎn)生無(wú)法接受的誤差。在非零偏置電流的情況下，一些光電流被轉(zhuǎn)移到運(yùn)算放大器的輸入級(jí)，并且如果光電流在低納安范圍內(nèi)，則不需要花費(fèi)很大的電流分流即可嚴(yán)重改變放大器報(bào)告的測(cè)量值。
圖1. 此圖說(shuō)明了光電二極管的某些光電流如何用作輸入偏置電流，因此對(duì)輸出電壓無(wú)貢獻(xiàn)。在這種配置中，光電二極管被正電壓反向偏置，并且二極管的方向?qū)е鹿怆娏髁飨蜉敵龉?jié)點(diǎn)。
通常，您將需要具有FET輸入級(jí)的運(yùn)算放大器。BJT吸收了過(guò)多的偏置電流。但是，即使FET輸入級(jí)也具有IC輸入電路中常見(jiàn)的保護(hù)二極管。這些二極管具有泄漏電流，并且隨著溫度升高，該泄漏電流變得更加重要。如果要設(shè)計(jì)用于高溫應(yīng)用的光電二極管放大器，請(qǐng)確保檢查高溫規(guī)格！
適用于TIA應(yīng)用的運(yùn)算放大器可實(shí)現(xiàn)極低的輸入偏置電流。例如，我進(jìn)行了快速搜索，找到了ADI公司的LTC6268。在室溫下，其泄漏電流僅為幾飛安。但是，在125°C下，規(guī)格為4皮安（最大值），增加了三個(gè)數(shù)量級(jí)！
PCB泄漏
其次，我們需要記住，PCB走線沒(méi)有被提供無(wú)限電阻的材料所包圍。如果到光電二極管的連接靠近走線或傾倒的銅線，會(huì)產(chǎn)生明顯的電勢(shì)差，則流經(jīng)PCB的DC泄漏電流可能足夠大，從而引起誤差。
光電二極管的輸入信號(hào)通過(guò)一條走線，該走線通往運(yùn)算放大器的反相輸入端子。反相輸入端子通常位于地或附近，因?yàn)橥噍斎攵俗颖３衷诘鼗蜉^小的偏置電壓。因此，更可能引起泄漏電流問(wèn)題的走線是那些電壓不接近零的走線，例如正或負(fù)電源電壓。為了最大程度地提高精度，請(qǐng)?jiān)谶@些走線和光電二極管輸入走線之間（在合理范圍內(nèi)）保留盡可能多的空間。
擴(kuò)展帶寬
許多光電二極管應(yīng)用不需要高頻響應(yīng)，這使壽命變得更容易，因?yàn)榧词乖谒俣炔皇侵饕獑?wèn)題的情況下，設(shè)計(jì)優(yōu)化的光電二極管電路也很困難。當(dāng)您對(duì)混合帶寬提出要求時(shí)，情況可能會(huì)變得非常具有挑戰(zhàn)性。
但是，在高速光電二極管應(yīng)用中，最佳的反饋電容量可能非常小-在某些情況下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1 pF。在高增益應(yīng)用中尤其如此，因?yàn)殡S著反饋電阻的增加，對(duì)反饋電容的需求也會(huì)減少。
因此，寬帶光電二極管TIA可能不需要CF，這是因?yàn)榉答仒O不在產(chǎn)生不穩(wěn)定的頻率上，或者因?yàn)榉答伮窂骄哂泻艽蟮募纳娙荩圆恍枰室獍惭b的電容器。
圖3.反饋電容器已被與反饋電阻器相關(guān)的寄生電容所取代。
更進(jìn)一步，我們看到寄生電容實(shí)際上可能大于所需的補(bǔ)償電容。在這種情況下，寄生電容不必要地限制了TIA的帶寬，設(shè)計(jì)人員的任務(wù)是減少反饋電容以增加帶寬。
在具有短走線的緊湊布局中，我們無(wú)法做很多事情來(lái)減小反饋路徑中銅連接的電容。但是，我們可以減少與反饋電阻器相關(guān)的寄生電容。
首先，我們可以嘗試修改電阻器的PCB尺寸。從理論上講，可以通過(guò)減小電阻器端蓋的平行板面積和增加端蓋之間的距離來(lái)減小電容。接下來(lái)，我們可以通過(guò)在電阻器PCB占位焊盤(pán)之間的接地走線來(lái)減小端對(duì)端電容。