עיצוב מעגילת מגביר סתום עבור זיהוי אות פוטודיוד

מבוא ל Transimpedance Amplifiers for Photodiode Detection

מגבר טרנססרמפנס (TIA) הוא בלוק הבניין הבסיסי של המרת הפלט הנוכחי הקטן של photodiode לתוך אות מתח ניתן למתח.עיגול זה מאפשר מדידה מדויקת של כוח אופטי ביישומים החל מתקשורת סיבים אופטית ו LIDAR לשיקולים ביו-רפואיים וחסמים קלים תעשייתיים.הTIA חייב לאזן, רוחב פס, רעש ויציבות כדי לשחזר את האות מזוהה מאמר זה מספק רכיב מתקדם לציור תמונות, עיצובי עומק, עיצוב של תמונות, עיצוב תמונות אינטראקטיביות, עיצוב של תמונות אינטראקטיביות, עיצוב.

Photodiode Behavior and Current-to-Voltage Conversion

(הופנה מהדף [[המאה ה-20]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]] [[1966]]]]]]]] [[1924]] [[1966]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[1966]] [[1966]] [[[[1966]] [[1924

המונחים: amplifier

(הופנה מהדף [[1924]]]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[[[1966]]]]]] [[[[1966]]]]]]]] [[1966]]]]]]]]]] [[[[1966]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1966]]]]]]]]]] [[[[19[[1966]]

המונחים: key Performance Parameters

תגובה ב-Bandwidth and Frequency

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

ניתוח רעש

מקורות רעש ב TIA כוללים רעש תרמי מ RFLT:0reaf ;0irf ; 1; קרינת רעש מן זרם ה- photodiode כהה וסמן זרם, ואת המתח של הדג והרעש הנוכחי.התפוקה הכוללת היא משוב שורש-sum-square של התרומות האלה.FN) הוא נמוך מאוד (DVFN) לרעש תרמי של CLT2 נמוך מאוד.

יכולת עמידה

(ב) ללא פיצוי, ה-TIA יכול לבודד בשל שלב המעבר המוצג על ידי מרווחי הקלט (Siltance) ו- CLTFLT (FLT) של LT (RLT) 3) , בתוספת משוב CIRFIRFIR LT=0FIRREE) LT1=1=4.

בחירה מתאימה

אופוס-Amp Selection

בחירת המגבר התפעולי הנכון הוא קריטי.מפרטים מרכזיים כוללים:

דוגמאות פופולריות עבור עיצובי TIA כוללות את הרעש OPA847 (רעש ultra-low, פס רחב), OPA656 (JFET קלט), ADA4817 (רעש נמוך, מהירות גבוהה), ו-LTC6268 (מהירות גבוהה, זרם הטיה נמוכה).

הזנת RESISTTOR ו- Capacitor Values

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

המונחים: TIA Configurations

עבור מאוד מהיר photodiode זיהוי (למשל, 1 Gbps אופטי קישורים), פשוט יחיד קצה TIA לא יכול מספיק. עיצובים TIA שונים להשתמש בשני דגימה כדי לדחות רעש משותף-מודד כפול את נדנדה האות. גישה אחרת משתמשת צומת מבוקר (RGC) העליון כדי להפחית את הקלט היעיל, שיפור רוחב הפס על חשבון רעש גבוה יותר מיצרנים, משולבת עם קידוד אופטיקה, כמו מוליכים נתונים ספציפיים, תכונות משולבות, כדי להפחית את רמות תמונה משולבת (R) כדי להפחית את רמות תמונה משולבת עם קידוד משולבות קידוד משולבות (R) כדי להפחית את המוליכים למחצה, קידוד משולבות קידוד משולבות קידוד קידוד קידוד קידוד קידוד משולבות קידוד (RGC) כדי להפחית את המוליכים קידוד) כדי להפחית את המוליכים קידוד משולב (RGC) כדי להפחית את המוליכים קידוד גבוה יותר, כולל של קידוד קידוד משולבות סגסוגת עם קידוד קידוד (RGC) כדי להפחית את התקני צילום גבוהה יותר סגסוגת עם קידוד משולב של חומר סגסוגת אופטימחדש) כדי להפחית את התקני צילום קידוד (RGC) כדי להפחית את התקני תמונה משולבת (RGC) כדי להפחית את המוליכים קידוד

דוגמא מעשית

שקול עיצוב עבור מקלט אופטי נמוך בשימוש חיישן אור הסביבה. photodiode (למשל, BPW21R) יש רגישות של 0.6 A / W ב 550 nm ו קיבול של 70 pF ב 0 V הטיה. . . . . . . . . V . . . . . . 0 V הטיהטיה. . התמונה המרבי הצפויה הוא 1 μA (מסמך 1.67WOF אופטי כוח אופטי).

Step 1: Determine Rf
Rf = 3 V / 1 µA = 3 MΩ. This high value limits bandwidth but is acceptable for a slow (<100 Hz) sensor.

(ב) [ה]] [ה]][2]] [ה]]][2A] [=]]]]]][2A] [ה]]]]]]]][2A]] [=2A, GBW=5.5 MHz] מתאים לרעש המתח שלו (7 nV/ ⁇ ) ורעש הנוכחי (0.8/A/A] לרמה זו מקובלת.

(ב) [ה]: [ה]] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]][ה]]][ה]]][ה]]][ה]]]][ה]]]][2], [ה]]]] [17][2] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) (ב) ⁇ :0) , ⁇ (ה) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

עיצוב זה מניב TIA יציב, נמוך מתאים למדידת אור DC.עבור מהירות גבוהה יותר, להפחית RibFLT:0fcioFLT:1 ולהשתמש photodiode נמוך יותר.

סימולציה ובדיקת טיפים

לפני בניית אבטיפוס, סימולציה של המעגל TIA באמצעות מודל מפורט של האופים הנבחר ו photodiode (כולל קיבולת והתנגדות חרוטה) לבחון את התגובה התדירות סגורה לפסגות (הפרטים שאינם חלקי שלב) ולהתאים את CFLT:0) ללא רגישות מנקה:1 בהתאם.מד את הרעש עם קלט פתוח או עם מדממים התנגדות, במהלך שימוש פיזיקל, ללא הגבלה מינימלית, לחץ חיצוני.

משאבים חיצוניים

לקריאה נוספת, להתייעץ עם הערות יישום סמכותיות אלה:

מסקנה

תכנון מגבר של גילוי אותות photodiode דורש רווח איזון, רוחב פס, רעש ויציבות באמצעות בחירה קפדנית של רכיב ותגמול. על ידי הבנת המאפיינים של photodiode, המגבלות של הדג, ואת ההשפעה של ערכי רשת משוב, מהנדסים יכולים ליצור מעגלים אמינים עבור הן רמות נמוכות של DC תאורה ותקשורת אופטית מהירה.