מבוא: תפקידה של Transimpedance Amplifier in Modern Optical Systems

Photodetecators משמש את היסוד של חישה במערך של מערכות אופטיות אי פעם.מעבור במהירות גבוהה סיבים אופטיים קישורים אשר מהווים את עמוד השדרה של האינטרנט, למגוון רחב של לייזר המשמש כלי רכב אוטונומיים, כדי דיוק מכשירים מדעיים מדידה של גירוי או Raman לפזר, את היכולת ללכוד ולפרש אותות אופטיים חלשים הוא רב-מסלולים עצמם - אם זה מתאים לעתים קרובות לתמונות מיידיות (מסוגים) או לתמונות).

עקרון יסוד של ה- Transimpedance Amplifier

(ב) [17] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

בעוד הפשטות המושגית היא ערעור, המציאות הפיזית מציגה אלמנטים טפילים משמעותיים.אין קלט יש קפיאנט בלתי נמנעה בלתי נמנע:0CIRFLT:1inventFLT:2FLT 3:3FLT אשר משלב את המהירות של צומת photodiode capacitance, את האינטראקציה המשותפת של הדגימה וקליטת קיבולים שונים, ואת עקבות אקראיים ממתחים אלה עם מגבלות עיצוב נמוכות.

פרדוקס עיצוב מפתח ותחומי תלותם

כל עיצוב TIA מתחיל עם קבוצה של דרישות סותרות שיש לאוזן בזהירות באמצעות הנדסה המסחר.הפרמטרים הבאים מגדירים את המעטפה הביצועית ויש לקחת בחשבון יחד:

  • (FLT:0)Bandwidth:FLT:1, טווח התדר הנתב חייב לעלות על המרכיב המהיר ביותר של עניין. במערכות לידר הדופק או תקשורת אופטית מהירה במהירות גבוהה, רוחב פס של מאות מגה-הרץ או אפילו כמה ג'יגה'רצ'רץ נפוצים. -3 dB רוחב פס מוגדר על ידי רשת משוב ומוצר ה-GB (W) של המכשיר הפעיל הם רווחים ורווחים באמצעות רוחב פס בין-DBandth מחובר.
  • (FLT:0) Noise Performance:FLT:1 הרעש הנוכחי של Input קובע את הכוח האופטי המזהיר המינימלי. Noise מקורות כולל את הרעש התרמי של משוב, מתח דגימה ורעש נוכחי, ורעש צילום photodiode. מטרה אופיינית עבור מקלט רגיש עשוי להיות צפיפות רעש הנוכחי מתחת 1 pA / הרץ עבור רוחב פס בינוני, או נמוך יותר עבור יישומים רגישות גבוהה.
  • (FLT:0) Transimpedance מקבל:FLT:1, היחס של מתח פלט לקלט הנוכחי משפיע ישירות על אות amplitude. רווח גבוה משפר את יחס האות-ל-לא-השזה עבור אותות קטנים אבל מקטין רוחב פס, ועשוי להציג אתגרים יציבות.
  • (FLT:0)Stability:IRFLT:1) שולית השלב של לולאת משוב חייב להיות מספיק - באופן חד-משמעי גדול מ 45 מעלות - כדי למנוע פסגות, טבעת, או oscillation Outright, במיוחד כאשר נהיגה עומסים קיבוליים או הפעלה בתדרים גבוהים.מבצע סטיר דורש מחזר שנבחר בקפידה כדי לפצות על חוט הכניסה.
  • (FLT:0)Linearity and Overload Recovery:FearLT:1) המגבר חייב לשמור על פעולת ליניארית על טווח האות הצפוי ולהחלים במהירות מעומסים בהירים או הפרעה חולפת.
  • (FLT:0) Power Conture:FLT:1 בכלי מופעל סוללות או מערכות רב ערוצים ארוזות בצפיפות, TIA חייב לספק את הביצועים שלה בתוך תקציב כוח קפדני.בחירת דגימה או transistor עם זרם quiescent מתאים הוא חיוני למזער אפקטים תרמיים ולפשט את ניהול כוח.

ניתוח של מקורות רעש ואסטרטגיות מייגציה

TIA נמוך דורש הבנה יסודית, כמותית של כל תורם רעש.רעש התפוקה הכולל נשלט על ידי שלושה מקורות עיקריים, אשר כל אלה חייבים להיות מופנים לקלט של השוואה משמעותית ואופטימיזציה.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

(ב) [17] רעש הנימוק (ב) ב-[[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[[[1924]] [[1924

אופוס-Amp Input Voltage Noise

(ב) ,5 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

אופוס-Amp Input Current Noise

(ההטיה של הדגול) לרעש הנוכחי של רעש FLT:0ives photoFLT ( 1n,opentiFLT:2HzFLT 3 זורם ישירות לתוך צומת הקרקע הווירטואלי, הוספת משוב תמונה עדכני או CMOS-mps) תלוי מאוד עבור רעש נמוך - בעיקר נגד CMV מוגבל (המכונה: ⁇ ) גבוה מאוד (F) ו- CMV-T) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

צילום: Shot Noise

(ב) אפילו התצלום עצמו תורם רעש בצורת רעש ירי בשל הדיסקרטי, האופי האקראית של הגעת פוטון ודור זרם הרעש האפל (הרעש) שניתן על ידי FLT:0iFLT:1n, פיזור צהוב (FLT) זרם צהוב (Douicial) של 0.2= ⁇ ) ⁇ 2K) ⁇ (R) ⁇

Bandwidth, Stability, ואת ה-Get-Bandwidth Trade-Off

(ב) , (ב) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) [17] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) ויקרא י"ד:2 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

ביטוי רוחב פס זה ממחיש באופן חד-משמעי את החשיבות הקריטית של צמצום:0 (Campciot 1:0) אופטימיזציה רוחב-המידה (Dams) ו-II) אשר ניתן להפחית באופן דרמטי את רוחב הפס ה-Tic (FLT) עבור עיצובים מהירים, מעצבים לעתים קרובות פונים ל-Double-codes-F-a-upate רק על-a-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-patesives) של טכניקות מסוימות, אשר ניתן לנטראקטיביות יותר גבוה יותר, כלומר, כלומר, לנטרפולגישורות יותר, ל-pate-pate-pate-pate-pate, ל-pate, ל-Ferdance, לנטרפולטיביות יותר, לנטרפולטיבי, לנטרפולטיבי, לנטרפולטיבי, לנטראקטיביות, ל-pate-F-pSD-F-pactativelydextradextrapate, ל-FertepSD-pSD, לנטראקטיביות, לנטרול-pactified, ל-pcodes-p

שלב Margin Simulation and Measurement

באמצעות סימולציה של SPICE עם מודלים מדויקים עבור דגימת האופי והתצלום חיוני כדי לאמת יציבות לפני ביצוע חומרה.הרווח הלולאה צריך להיות מדמה באמצעות טכניקת הבשלה של מידלברוק, אשר מזרקת אות מבחן לתוך לולאה משוב ומדד יחס ההחזר.זה מספק קריאה ישירה של שלב שולי.

בחירה מתאימה: מכשירים פעילים לביצועים אופטיים

הבחירה של מכשיר פעיל היא ההחלטה החשובה ביותר בעיצוב TIA.S.Ep-F במהירות גבוהה של היום מציעים שילובים משכנעים של רעש נמוךHz, רוחב פס רחב, ועומס קלט גבוה (לדוגמה, טקסס מכשירים OPA85 מציע 0.98 nV / ⁇ רעש של מעבר סיליקון) אפילו גבוה יותר של 0 GHz2, ושלב CMOS עם רק 0.6Facit, מקבל גיבוי גבוה יותר עבור סיליקון נמוך יותר ®.

צילום: Photodiode Selection and Its Impact on System Performance

(הופנה מהדף [[1924]]]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]]]] [[[[[[1924]]]]

עיצוב רשת: יישום מעשי

(ב) מרכיבים פיזיים במסלול משוב יש לבחור עם טיפול (Fal-pripup-film) מינימלית, מומלץ להשתמש בטכניקת ה-Fcit הנמוכה ביותר שלהם (בקיצור של קיבולת) ויציבות נמוכה (FLT) עד לכדי כמות מוגבלת של 0.

Power Supply and Noise filter

מעגל TIA רגיש מאוד לאספקת חשמל קרוע ורעש דיגיטלי יחד.אפילו כמה מיקרו וולט של רעש אספקה מוזרק לתוך שלב קלט יכול לקלקל את רצפת הרעש באופן משמעותי.

  • להציב קיבול קרמיקה נמוך (0.1 μF ל 1 μF) ישירות על כל סיכה אספקת חשמל של דגי ה- O, עם החזרה הקרקע מחובר מטוס קרקע נמוך-אימפריאל. a גדול יותר capacitor (10 μF ל- 47 מיקרוF) צריך להיות ממוקם בקרבת מקום.
  • השתמש מסנן LC או ferrite bead כדי לבודד את מסילת האספקה האנלוגי מכל רעש דיגיטלי או מעבר הרגולטורי (FLT:0Ferrite beadsFLT:1 מיצרנים כמו Murata יעילים לחסום רעש גבוה מעל 10 MHz, בעוד סדרה התנגדות או אינדוקטור יכול לספק סינון נוסף בתדרים נמוכים יותר.
  • יישום רגולטור לינארי נמוך-דרופout (LDO) עבור שלב TIA, ניזון מרכבת אספקה נקייה. Ultra-נמוז Ldos כגון LT3042 התקנים LT42 יכול לספק רעש מתחת 0.8 μVear:0 RMSFLT:1 (10 הרץ עד 100 k), אשר חיוני לשימור רצפת הרעש של TIA.
  • אם ממיר מעבר חייב לשמש באותה מערכת, לסנכרן את תדירות המעבר שלה לשעון המערכת ולמקם מגן יסודי סביב אינדוקטור. אזור PCB נפרד עבור הממיר, עם מגן נחושת מעוקל, יכול למנוע הפיכה קורנת.
  • יישום טופולוגיה של כוכב עבור חיבורי קרקע אנלוגיים, ולהימנע מחשיפת עקבות אות דיגיטליות ליד רכיבי קלט TIA או משוב.מטוסי הקרקע צריכים להיות רצופים מתחת לאזור TIA, ללא פיצולים שעלולים לשבש זרמי תשואה גבוהים.

המונחים: high-Speed TIA Performance

בתדרים המעורבים בעיצוב מהיר של TIA - גדל למאות מגה-הרץ, ולעתים קרובות לתוך טווח הג'יגה-הרץ - כל מילימטר של עקבות נחושת הופך קו שידור נוסף עם אינדוקציה נדנדה משמעותית וכניעה.הפריסה חייבת להתבצע עם טיפול מיידי, ואת האזור של חסימת הקלט המהיר ביותר חייב להיות מצמצם את ה- 2.

התנצלות מתקדמת לדרישות ביצועים קיצוניות

ביישומים התובעניים ביותר, TIA מבוסס אגד סטנדרטי לא יכול לספק רוחב פס מספיק, ביצועים רעש, או טווח דינמי. מהנדסים אז לפנות לאדריכלות מעגלים מתקדמות יותר אשר מטפלות במגבלות הבסיסיות:

  • (FLT:0)Bootstrap Input Stage:Fear1) A Stress buffer עם תפוקה נמוכה מאוד אימפולס מניע את מגן חיצוני או טבעת שמירה, ביעילות להפחית את המתח מעבר לציפוי parasitic ולהפחית באופן דרמטי את הערך היעיל שלו.טכניקה זו יכולה להאריך את רוחב הפס על ידי גורם של 5-10 ביישומים של חיישן גבוה.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0 (Dia:0) ,FLT:1 משמש עם photodetectors מאוזנת לדחות רעש משותף והתערבות מאספקת חשמל, לולאות קרקע, ושדות אלקטרומגנטיים.העיגול משתמש בשני קלטים מתאימים אשר הפלטים שלהם מוזנים למגירה שונה, למעשה משנה כל איסוף משותף.
  • (FLT:0) integrating TIA (Charge-Sensitive Amplifier): ibph 1 במקום משוב התנגדות, capacitor במסלול משוב משלב את photocurrent, ו מתג איפוס מעת לעת משחרר את capacitor. שיטה זו משיגה רעש נמוך מאוד - מוגבל בעיקר על ידי מתג והפסדים דיאלקטריים של capacitor - על חשבון קבוע של מעגל זה הוא מונחה על ידי רוחב פסים.
  • (FLT:0)regulated Cascode (RGC) TIA:FLT:1 A גרסה של הטופולוגיה ה- cascode המשתמשת לולאת משוב מקומית כדי להפחית עוד יותר את הקלט שנראה על ידי photodiode.מבנה RGC יכול להשיג תנודות קלט של כמה אוממים, להגדיל באופן דרמטי את רוחב הפס שניתן לתצלום של קפיראט (Flydaciance) הוא 10 לפני ה-GPSC.

דוגמה מעשית: 150 MHz TIA עבור InGaAs PIN Photodiode

To illustrate the design process, consider a TIA for a 1.55 µm InGaAs PIN photodiode with a junction capacitance of 3 pF at 5 V reverse bias. The target bandwidth is 150 MHz, and the desired transimpedance gain is 25 kΩ. A suitable op-amp is the OPA657 from Texas Instruments, which offers a 1.6 GHz GBW, voltage noise of 4.8 nV/√Hz, and input capacitance of 2 pF. The total input capacitance, including the photodiode, op-amp, and an estimated 1 pF for PCB stray, is 6 pF. Using the stability equation, the minimum feedback capacitance is approximately 0.15 pF. A feedback capacitor of 0.2 pF is chosen to provide a comfortable margin. The bandwidth equation predicts approximately 185 MHz, which exceeds the target. A thin-film 25 kΩ resistor with 0.1% tolerance and 25 ppm/°C temperature coefficient is selected. The layout is implemented on a 4-layer printed circuit board with a dedicated ground plane layer, using 0402 components. SPICE simulation shows a phase margin of 52°, which yields a well-behaved step response with approximately 5% overshoot. The input-referred noise density is calculated to be approximately 8 pA/√Hz, with the feedback resistorלתרום 5.7 pA / ⁇ Hz ואת רעש מתח דגי ה- סמן לתרום 4.5 pA / ⁇ Hz ב 100 MHz. צריכת הכוח הכוללת של OPA657 ב ±5 V הוא 140 mW, מקובל על רוב יישומי הספסל והמכשירים.אם נדרשה דמות רעש נמוך יותר, חזית קוד באמצעות SiGe HBT יכול להפחית את הקלט ביעילות, המאפשר משוב גבוה יותר ותחתית.

בדיקה ומתודולוגיה אימות

לאחר ש-TIA מתכנס, יש לאפיין אותו ביסודיות כדי לאמת כי העיצוב פוגש את מטרות הביצועים שלו.המדידות הבאות הן חיוניות:

  • (FLT:0) תגובה של רשת וקטורת (FLT:1A ו-A ו-A) או מקור אופטי מהיר המושתת על ידי גנרטור אותות RF סחף משמש למדידת רוחב הפס 3DB. המדידה חייבת לקחת בחשבון את מגבלות רוחב הפס של המקור האופטי עצמו.עבור בדיקת חשמל בלבד, הטיה וסימולטור מצופה של photodiodeator ניתן להשתמש בו כדי להזרקת אות זרם לקלט הנוכחי.
  • (FLT:0) Noise Spectrum:FLT:1 A ספקטרום מנתח עם מקדמה של מתח נמוך רעש מחובר לפלט TIA כדי למדוד את רצפת הרעש המועדפת על קלט מחושב על ידי חלוקת צפיפות ספירת ספקטרום נמדדת של ספקטרום על ידי רווח מנססר.זה חייב להתבצע בתוך מתחם כהה, מוגן כדי לחסל אור מחוספס ואלקטרומגנטי לא חייב להיות דומיננטי.
  • (FLT:0) תגובות תגובה: 1FLT 1 A קצר הדופק אופטי מ diode לייזר המונע על ידי גנרטור הדופק המהיר (קום זמן פחות מ 1 ns) משמש כדי לצפות התגובה של TIA. An oscilloscope עם לפחות 5 × רוחב הפס של TIA נדרש כדי למנוע פריטים מושרה כלי.
  • (FLT:0)Linearity ו- Dynamic Range:FLT:1 מתח הפלט מול כוח אופטי קלט נמדד באמצעות מעצמה אופטית calibrated ומקור לייזר יציב.הטווח ליניארי ונקודת הדחיסה 1DB נקבע.ה המדידה צריכה להרחיב מקומה הרעש ועד גבול הישאה ל לאפיין את הטווח הדינמי לחלוטין.
  • (FLT:0)Stability Check:FLT:1 ללא קלט אופטי ו- no קלט הקלט צף או הסתיים עם התנגדות, הפלט TIA הוא מעקב על מערכת אוקטילוסקופ שנקבעה להמשכיות אינסופית.כל הוכחה של oscillation - אפילו לסירוגין - חקירה מיידית של משוב, פריסה וכוח decoling.

טכניקות יעילות מתאימות הן חיוניות במהלך בדיקות. a high-impedance Active בדיקה (בדרך כלל 1 M ⁇ , <1 pF) יש להשתמש בפלט כדי למנוע טעינה קיבולית.עבור מדידות רעש, preamplifiers מופעל סוללות ומגן זהיר הם הכרחי כדי למנוע הזרקת רעש קרקע.כל חיבורי RF צריכים להשתמש ב-SMAors, וכבלים צריכים להיות קבועים ככל האפשר.

עיצוב ייצור ושפע סביבתי

מעבר ל-PCP ל-Cretual Design, דורש תשומת לב לסובלנות רכיב, לטמפרטורה סחף, תאימות אלקטרומגנטית ואמינות.האפקט הטמפרטורה של ה- MAX-ready חייב להיות 25 ppm/ °C או טוב יותר כדי לשמור על יציבות על טווח הטמפרטורה התפעולית של HP.com-Fate-Fate-Fatesatesatesate משלבת את האפקטיבי של T-Fate-Fate-Date-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-upic של חומר אחסון ב-to-upic של מערכת הפעלה (ב-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-upic-upic-upic-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-upic של 1-upic-upic-upitate של מערכת הפעלה של TPT-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-

מסקנה: דרך שיטתית לתכנון TIA

תכנון מהיר, נמוך-נוזה מגבר עבור גלאי אופטי הוא גם אמנות ומדע.הצלחה דורש גישה הנדסית שיטתית שמתחילה בהבנה ברורה של התרומות הרעש מכל רכיב, מבחר זהיר של המכשיר הפעיל ורכיבים פסיביים, ניתוח קפדני של יציבות ומשחקי רוחב פס, תוך התייחסות קפדנית לפריסת ואספקת חשמל מתקדמת להתנצלות כמו מגפיות בסיסיות, לוחות מאובטחים, לעתים קרובות, כאשר עיצובים סטנדרטיים ביותר של מערכות הפעלה מאובטחים.