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远程光传感电路设计研究

德州仪器(TI) Bonnie C. Baker?? 2011年07月23日 ?? 收藏0

  光电二极管将一种基本物理现象(光)转换为电形式(电流)。设计工程师系统地将光检测器电流转换为可用电压,让光电二极管信号的处理易于控制。处理光传感电路问题的方法有很多,但我碰到了一个特殊问题。如何用一种能够远程或者通过一个大寄生电容降低光电二极管带宽和噪声影响的电路呢。

  典型的光传感系统电路在前端都有一个光电二极管、运算放大器和反馈电阻器/电容器对。本文将以前文中介绍的电路作为开始。该电路中,光电二极管、放大器和反馈电容元件限制了电路的带宽。

  利用一个大寄生电容或者在较远距离,通过光电二极管实施光传感时,放大器输入具有较大的输入电容。这种电容增加会增加电路的噪声增益,除非你增加放大器的反馈电容。如果反馈电容(CF) 增加,则电路的带宽降低。

  要解决这一问题,您可以使用一个自举电路(请参见图1)。具有较低二极管电容的光电二极管并不会从该电路中受益。单位增益缓冲器A2去除了线缆电容以及跨阻抗放大器A1 输入产生的光电二极管寄生电容。

脱离跨阻抗设计问题的自举二极管电容和线缆电容

图1 脱离跨阻抗设计问题的自举二极管电容和线缆电容

  进行这种电路设计时,A2放大器类型的选择可以稍微放宽一些。只有四个性能规范较为重要。这些设计原则包括选择一个低输入电容、低噪声、带宽高于A1 且低输出阻抗的放大器。

  这种设计中,A2 的输入电容是跨阻抗系统AC 传输函数中起作用的唯一电容。缓冲器输入电容代替A1 输入电容、线缆电容和光电二极管寄生电容三者的和。一个较好的原则是CA2 << (CA1 + CCA +CPD),其中,CA1和CA2为其输入差动与共模电容的和。

  使用这种设计,您可以把一种噪声问题(A1) 与另一种(A2) 互换。单位增益缓冲器消除了A1 的噪声影响。一种较好的原则是让A2 噪声<= A1。

  该系统中输入信号和输出信号之差碰到线缆/二极管电容后降低。您可以通过选择比A1 更大带宽的A2并且让A2 的输出阻抗保持在较低水平来维持这种低信号差。A2 增益滚降给带宽改善设定了上限,从而使这些放大器之间的带宽关系等于A2-BW >> A1-BW。您在平衡CF 和A2 输入电容时,这种电路要求稳定优化。

  参考文献

  ?? 1. 《电子世界之眼守护着我们》,作者:Baker, Bonnie

  ?? 2. 《受影响的跨阻抗放大器稳定性》,作者:Baker,Bonnie

  ?? 3. 《光电二极管放大器》,作者:Graeme,Jerald,McGraw-Hill

  ?? 4. 《自举电路降低了放大器输入电容》,作者:Dov Kurz,Avner Cohen。


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光传感电路? 放大器? 自举电路? 反馈电容?

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