跨阻放大器(TIA)的功能和应用范围

跨阻型放大器应用中关注的指标

跨阻型放大器应用中关注的指标1 引言TIA 全称为trans-impedance amplifier. 也就是跨阻型放大器。

在需要电流转电压的应用场合，如检测微弱光电流信号的场合，通常需要用到跨阻型放大器。

TI有一系列的跨阻放大器，如OPA656,OPA657,OPA843,OPA84,LMH6629 等等。

TI 该产品系列主要的优势在于低噪声，能支持反馈高增益下宽带应用。

这些特点在微弱光检测的场合是非常关键的。

另外TI 的产品是一系列的，在不同的指标要求如带宽升级时可以很方便地找到pin-pin 兼容的产品。

本文介绍了高速TIA 应用中关注的指标及计算过程。

另外介绍了在光检测应用下常见问题的解决。

2 TIA 应用概论在TIA 应用时，由于输入信号是电流，能够应用于这种场合的跨阻放大通常需要具备较低的电流噪声和电压噪声。

比较典型的两个器件是：OPA657（1.6GHz,输入电流噪声1.8 fA/rtHz, 输入电压噪声4.8nV/rtHz），OPA847（3.9GHz, 输入电流噪声2.5pA/rtHz, 输入电压噪声0.85nV/rtHz）。

这两款都是Decompensated 放大器。

Decompensated 放大器特点如下：Decompensated 放大器指的是非单位增益稳定的放大器，如OPA657 最小稳定增益是7V/V,OPA847 则为12V/V.其波特图和普通放大器比较如下：和单位稳定放大器相比，其特点如下：带宽更宽，尤其是小信号下的带宽更宽，Slew rate 更快，以及更大的GBW. 另外一般来讲，decompensated 的放大器能够提供更好的电压噪声。

所以在大增益的跨阻放大且要求一定带宽的场合，使用decompensated 放大器要比单位增益稳定放大器有优势。

3 TIA 应用指标分析3.1 带宽计算一个用于光电流检测的常规的跨阻型运放的工作电路一般简化如Figure2 TIA 光电检测电路。

可编程增益跨阻放大器使光谱系统的动态范围达到最大

可编程增益跨阻放大器使光谱系统的动态范围达到最大简介利用光电二极管或其他电流输出传感器测量物理性质的精密仪器系统，常常包括跨阻放大器(TIA)和可编程增益级以便最大程度地提高动态范围。

本文通过实际例子说明实现单级可编程增益TIA 以使噪声最低并保持高带宽和高精度的优势与挑战。

跨阻放大器是所有光线测量系统的基本构建模块。

许多化学分析仪器，如紫外可见(UV-VIS)或傅里叶变换红外(FT-IR)光谱仪等，要依赖光电二极管来精确识别化学成分。

这些系统必须能测量广泛的光强度范围。

例如，UV-VIS光谱仪可测量不透明的样品(例如使用过的机油)或透明物质(例如乙醇)。

另外，有些物质在某些波长具有很强的吸收带，而在其他波长则几乎透明。

仪器设计工程师常常给信号路径增加多个可编程增益以提高动态范围。

光电二极管和光电二极管放大器讨论光电二极管放大器之前，快速回顾一下光电二极管。

当光线照射其PN 结时，光电二极管会产生电压或电流。

对于理想运算放大器，其反相输入端处于虚地，光电二极管所有电流流经反馈电阻Rf。

Rf 的一端处于虚地，因此输出电压等于Rf 乘以Id。

为使这种近似计算成立，运算放大器的输入偏置电流和输入失调电压必须很小。

此外，小输入失调电压可以降低光电二极管的暗电流。

一个很好的放大器选择是AD8615，室温下其最大漏电流为1 pA，最大失调电压为100 μV。

本例中，我们选择Rf = 1 MΩ ，以便在最大光输入条件下提供所需的输出电平。

不过，设计一个光电二极管放大器并不像为图3 所示电路选择一个运算放大器那样简单。

如果只是将Rf = 1 MΩ 跨接在运算放大器的反馈路径。

TI跨阻型放大器应用指南

Application ReportZHCA479 – September 2012 1跨阻型放大器应用指南毛华平德州仪器公司 (TI) 高速应用工程师摘要本文简要介绍了Decompensate 型跨阻型放大器的应用常见问题.Abstract: this article simply introduce the normal application of unity gain stable TIA anddecompensated TIA, and the normal issue met in the real application.Key words: GBP (Gain bandwidth product), decompensated, stability, noise,CF(feedback capacitor), overshoot.Contents1 引言 (2)2 TIA 应用概论 (2)3 TIA 应用指标分析 (3)3.1 带宽计算 33.2 噪声计算 64 实际应用中的常见问题 (6)4.1 振荡 64.2 overshoot 95 总结 (11)6. 参考资料 (11)FiguresFigure 1 decomp 和单位增益稳定运放波特图 (2)Figure2 TIA 光电检测电路 (3)Figure3 TIA 用于DAC 输出电流检测电路 (3)Figure4 未补偿时的波特图 (4)Figure5 补偿后的波特图 (5)Figure6 常用TIA 增益与带宽关系 (6)Figure7 未加补偿的20k 放大电路 (7)Figure8 原始输出响应 (7)Figure9 加补偿后的电路 (8)Figure10 加补偿后的脉冲响应 (8)Figure11 原始补偿的频响 (9)Figure12 增大补偿的电路 (10)Figure13 增大补偿后的脉冲响应 (10)Figure14 增大补偿后的频响 (11)ZHCA4792 跨阻型放大器应用指南1 引言 TIA 全称为trans-impedance amplifier. 也就是跨阻型放大器.在需要电流转电压的应用场合, 如检测微弱光电流信号的场合, 通常需要用到跨阻型放大器. TI 有一系列的跨阻放大器,如OPA656,OPA657,OPA843,OPA84,LMH6629等等. Ti 该产品系列主要的优势在于低噪声, 能支持反馈高增益下宽带应用. 这些特点在微弱光检测的场合是非常关键的. 另外TI 的产品是一系列的, 在不同的指标要求如带宽升级时可以很方便地找到pin-pin 兼容的产品.本文介绍了高速TIA 应用中关注的指标及计算过程. 另外介绍了在光检测应用下常见问题的解决.2 TIA 应用概论在TIA 应用时, 由于输入信号是电流, 能够应用于这种场合的跨阻放大通常需要具备较低的电流噪声和电压噪声. 比较典型的两个器件是:OPA657(1.6GHz,输入电流噪声1.8 fA/rtHz, 输入电压噪声4.8nV/rtHz), OPA847(3.9GHz, 输入电流噪声2.5pA/rtHz, 输入电压噪声0.85nV/rtHz). 这两款都是Decompensated 放大器.Decompensated 放大器特点如下:Decompensated 放大器指的是非单位增益稳定的放大器, 如OPA657最小稳定增益是7V/V , OPA847则为12V/V.其波特图和普通放大器比较如下:Figure 1 decomp 和单位增益稳定运放波特图和单位稳定放大器相比, 其特点如下:带宽更宽, 尤其是小信号下的带宽更宽, Slew rate 更快, 以及更大的GBW. 另外一般来讲, decompensated 的放大器能够提供更好的电压噪声.所以在大增益的跨阻放大且要求一定带宽的场合, 使用decompensated 放大器要比单位增益稳定放大器有优势.G AZHCA479跨阻型放大器应用指南 33 TIA 应用指标分析3.1 带宽计算一个用于光电流检测的常规的跨阻型运放的工作电路一般简化如下:Figure2 TIA 光电检测电路或是用于作DAC 的电流转电压的应用场合:Figure3 TIA 用于DAC 输出电流检测电路对一定的运放, 其GBP 是固定的, Cdiff(芯片输入的寄生差分容值), Ccm(芯片输入的寄生共模容值)也是固定的, 选定前面的光检测管APD 或PIN 后,其寄生容值CD 也就是固定了, 当放大倍数RF 固定的时候, 其能达到的-3dB 闭环带宽大约为:ZHCA4794 跨阻型放大器应用指南公式1但是由于前端的寄生电容Cs 和Rf 会在噪声增益曲线上形成一个零点,导致运放的开环增益曲线和噪声增益曲线相交处的逼近速度为-40dB/dec, 这样就会造成运放的不稳定,也就是会引起自激. 其波特图如下:Figure4 未补偿时的波特图所以要达到这样一个稳定工作有一个前提, 需要采用CF 来作补偿, 在该曲线中引入一个极点. 补偿后的曲线如下:ZHCA479跨阻型放大器应用指南 5Figure5 补偿后的波特图所以需要让运放稳定工作, 且达到最宽的2阶butterworth 频响, 其CF 的取值如下:公式2对于decompensated 的运放, 由于其最小增益的要求, 还引来另外一个要求, 就是其增益要大于其最小稳定增益, 由于在高频下, 其增益表达式如下:所以对特定的decompensated 的运放, 这个值要大于其最小增益要求.公式3在一个假定前端的寄生容性为10pF 的场合, 以下是几个运放能达到的带宽和增益的对应关系:ZHCA4796 跨阻型放大器应用指南Figure6 常用TIA 增益与带宽关系3.2 噪声计算在由以上公式算出的带宽后, 运放本身带来的噪声贡献可以由如下公式算出:公式4其中:I EQ = 等效的输入噪声电流, 这个值在带宽 F < 1/(2πR F C F )内有效.I N = 运放本身输入的电流噪声,算inverting 的输入.E N = 运放输入的电压噪声.C D = 前面的光电二极管的寄生电容.F = 带宽,单位为Hz.4kT = 1.6E – 21J at T = 290°K 根据这个公式计算出等效的输入噪声电流后, 就可以算出在TIA 输出后SNR 了.4 实际应用中的常见问题这里整理几个TIA 运放在实际使用中经常遇到的问题:4.1 振荡这个问题在高增益,又有宽带要求的情况下比较常见.比如设计一个20K 增益的放大链路, 假设总的输入的寄生电容很大, 10pF. 根据上面的图可以看出, 采用GBW 最宽的OPA847进行设计, 最宽稳定带宽只能在50M 附近.设计电路如下:ZHCA479跨阻型放大器应用指南7Figure7 未加补偿的20k 放大电路输入20n 的脉宽信号, 10u 的幅度, 得到的波形如下:Figure8 原始输出响应输出有振荡产生.根据公式算出CF 的取值应该为0.24p. 加上后,电路如下:ZHCA4798 跨阻型放大器应用指南Figure9 加补偿后的电路仿真得到: 可以看到, 振荡消失,只剩过冲. 放大倍数也趋向正常.Figure10 加补偿后的脉冲响应在高增益的场合, 有可能反馈电阻自带的电容以及反馈走线带来的寄生电容都可以达到这么微小的电容值. 所以需要依具体的测试结果来确定反馈是否要另外加电容.ZHCA479跨阻型放大器应用指南94.2 overshoot在光时域反射检测光纤状态的场合, 输出上的overshoot 可能会对测量结果产生很大影响,这就需要尽可能地减小TIA 输出的overshoot. 如上图所示的结果, 约有10%的overshoot, 这对实际使用是不利的,需要消除.消除这种过冲最有效的方法是加大反馈电容, 但是这样带来的一个直接后果是带宽减小. 如上面的案例, 在输出有overshoot 的情况下, 原始频响为: -3dB 带宽有40M 左右.Figure11 原始补偿的频响增大反馈到0.45p 时, 过冲消失.ZHCA47910 跨阻型放大器应用指南Figure12 增大补偿的电路Figure13 增大补偿后的脉冲响应但是也可以看到, 20nS的脉冲情况下, 其输出有点被滤除, 增益减小了. 原因就在于输出的带宽变窄, 只剩21MZHCA479跨阻型放大器应用指南 11Figure14 增大补偿后的频响5 总结TIA 运放在作电流放大使用时需要注意带宽和增益的折中, 以及平衡性和带宽的折中. 而同时又得兼顾噪声的贡献, 所以需要综合考虑以上的各项指标.6. 参考资料1. Xavier Ramus “Transimpedance Considerations for High-Speed Amplifiers”2. OPA847,OPA657指标书重要声明德州仪器(TI)及其下属子公司有权在不事先通知的情况下,随时对所提供的产品和服务进行更正、修改、增强、改进或其它更改，并有权随时中止提供任何产品和服务。

tia跨阻放大电路

tia跨阻放大电路摘要：1.TIA 跨阻放大电路的概述2.TIA 跨阻放大电路的工作原理3.TIA 跨阻放大电路的应用领域4.TIA 跨阻放大电路的优点与局限性正文：1.TIA 跨阻放大电路的概述TIA 跨阻放大电路，全称为Transimpedance Amplifier，即跨阻抗放大器，是一种常用于信号处理领域的模拟电路。

它具有很高的输入阻抗和很低的输出阻抗，能够将信号源的电流放大并转换为电压信号，从而实现信号的传输和处理。

2.TIA 跨阻放大电路的工作原理TIA 跨阻放大电路的工作原理主要基于运算放大器的运算原理。

运算放大器具有开环增益无穷大、输入阻抗无穷大、输出阻抗零的特点。

在TIA 电路中，运算放大器的非反相输入端接信号源，反相输入端通过电阻网络形成负反馈，使得电路的输出阻抗接近于零。

这样，信号源的电流被放大并转换为电压信号，从而实现信号的传输和处理。

3.TIA 跨阻放大电路的应用领域TIA 跨阻放大电路广泛应用于各种信号处理系统中，如通信系统、仪器仪表、生物医学工程等。

例如，在光纤通信系统中，TIA 跨阻放大电路用于将光信号转换为电信号；在生物医学工程中，TIA 跨阻放大电路可用于生物传感器的信号处理，实现对生物信号的检测和分析。

4.TIA 跨阻放大电路的优点与局限性TIA 跨阻放大电路具有以下优点：（1）高输入阻抗：TIA 电路的输入阻抗很高，可以最大程度地保留信号源的特性，避免信号衰减或失真。

（2）低输出阻抗：TIA 电路的输出阻抗接近于零，能够驱动较大的负载电阻，实现信号的有效传输。

（3）宽频带：TIA 电路具有较宽的频带，能够处理不同频率范围的信号。

然而，TIA 跨阻放大电路也存在一定的局限性：（1）对运算放大器的依赖性：TIA 电路的工作原理基于运算放大器，因此，运算放大器的性能直接影响TIA 电路的性能。

（2）稳定性：TIA 电路的稳定性受负反馈网络的影响，如果设计不当，可能导致电路不稳定。

跨阻放大器相位裕度

跨阻放大器相位裕度1.引言1.1 概述概述跨阻放大器是一种在电子电路中常用的放大器。

它利用负反馈原理来增加电路的增益和稳定性，广泛应用于各种电子设备和通信系统中。

本文旨在探讨跨阻放大器相位裕度的概念和重要性。

首先，我们将介绍跨阻放大器的基本原理和特点，了解其在电路中的工作方式。

然后，我们将详细讨论跨阻放大器相位裕度的定义和意义。

相位裕度是指在特定工作频率下，电路输出信号的相位与输入信号的相位之差。

它是衡量电路稳定性和抗干扰能力的重要指标。

在电子设备和通信系统中，准确传输和处理信号的相位信息对于实现高质量的音频、视频和数据传输至关重要。

因此，了解和提高跨阻放大器的相位裕度对于电路设计和性能优化至关重要。

在接下来的章节中，我们将详细探讨影响跨阻放大器相位裕度的因素，如频率响应、系统带宽、放大器电路的稳定性等。

我们还将展望跨阻放大器相位裕度的未来发展，尤其是在新兴技术和应用中的应用前景。

通过本文的阅读，希望读者能够更好地理解和应用跨阻放大器相位裕度的概念，为电路设计和优化提供有益的参考。

同时，也希望激发读者对于相位裕度研究的兴趣，为该领域的发展做出积极贡献。

1.2 文章结构本篇长文将以跨阻放大器相位裕度为主题，共分为引言、正文和结论三个部分。

在引言部分，我们将简要概述跨阻放大器的基本原理和特点，为读者提供必要的背景知识。

同时，我们也将介绍本文的结构和目的，确保读者对整篇文章有一个清晰的认识。

正文部分将着重探讨跨阻放大器相位裕度的定义和重要性。

首先，我们将详细解释跨阻放大器相位裕度的概念，并介绍其在电路设计中的作用和意义。

其次，我们将分析和讨论影响跨阻放大器相位裕度的因素，包括电路参数、器件特性等，以及它们之间的相互关系。

通过对这些因素的深入剖析，读者将能够更好地理解和应用跨阻放大器相位裕度。

在结论部分，我们将对跨阻放大器相位裕度的影响因素进行总结，并展望未来跨阻放大器相位裕度的发展趋势。

这一部分将总结本文的主要观点和结论，帮助读者对跨阻放大器相位裕度有一个全面的认识。

互阻放大器TIA特性

功能说明
TIA 是由普通 SC/CT 模块构建的。拓扑结构是一种运算放大器，带有可从输出至反相输入间选择的反馈电阻。或者，可选反馈电容也可以在输出到反相输入间保持连接。请参见以下 TIA 配置。
-3 db 频率
该组合框用于显示计算得出的带宽值。该值取决于电阻反馈、电容反馈值和功耗设置。
放置
没有放置特定的选项。
资源
TIA 使用一个 SC/CT 模块。通常，Vref 输入来自电压参考、VDAC 输出或 GPIO 上的外部提供的参考。
文档编号：001-67956 修订版**
第 3 页，共 15 页
PSoC® Creator™ 组件数据手册
互阻放大器 (TIA)
特性
• 可选转换增益 • 可选拐角频率 • 电容式输入源补偿 • 可调功耗设置 • 可选输入参考电压
概述
互阻放大器 (TIA) 组件通过电阻增益和用户选择的带宽向电压转换放大器提供基于运算放大器的电流。其来源为 SC/CT 模块。 TIA 用于将外部电流转换为电压。典型应用包括使用光二极管等电流输出进行的传感器测量。TIA 的转换增益单位为欧姆，其可用范围在 20 K 到 1.0 M 欧姆之间。光二极管等电流输出传感器的输出电容通常较大。这就需要在 TIA 中加入并联反馈电容，以保证稳定性。TIA 具有一个可编程的反馈电容，可以满足这一需要，并提供带宽限制，可降低宽频带噪声。
互阻放大器 (TIA)
PSoC® Creator™ 组件数据手册
模拟模块
1 个 SC/CT 固定 HW 模块
数据路径不适用
数字模块
API 存储器（字节）
宏单元状态寄存器控制寄存器计数器 7 闪存
不适用
不适用

互阻放大器TIA特性

在调用 CyPmSleep() 或 CyPmHibernate() 函数之前调用 TIA_Sleep() 函数。有关电源管理功能的详细信息，请参见 PSoC Creator 系统参考指南。
参数：
无
返回值：
无
副作用：
无
第 8 页，共 15 页
文档编号：001-67956 修订版**
PSoC® Creator™ 组件数据手：返回值：副作用：
注：不建议在 PSoC 3 ES2 和 PSoC 5 ES1 芯片上使用该 API。这些器件存在缺陷，会导致与数个模拟资源的连接在未加电时不可靠。不可靠性体现在，当组件使用已停止的资源时，其会在无任何通知的情况下失败（例如，模拟组件造成的意外不良结果）。建议（通过调用 TIA_Start() 子程序）使该组件始终处于加电状态。请勿调用 TIA_Stop() 函数。
PSoC® Creator™ 组件数据手册
互阻放大器 (TIA)
特性
• 可选转换增益 • 可选拐角频率 • 电容式输入源补偿 • 可调功耗设置 • 可选输入参考电压
概述
互阻放大器 (TIA) 组件通过电阻增益和用户选择的带宽向电压转换放大器提供基于运算放大器的电流。其来源为 SC/CT 模块。 TIA 用于将外部电流转换为电压。典型应用包括使用光二极管等电流输出进行的传感器测量。TIA 的转换增益单位为欧姆，其可用范围在 20 K 到 1.0 M 欧姆之间。光二极管等电流输出传感器的输出电容通常较大。这就需要在 TIA 中加入并联反馈电容，以保证稳定性。TIA 具有一个可编程的反馈电容，可以满足这一需要，并提供带宽限制，可降低宽频带噪声。
(void) TIA_SetResFB(uint8 res_feedback)

跨阻型放大器应用指南

式4
其中:
IEQ = 等效的输入噪声电流, 这个值在带宽 F < 1/(2πRFCF)内有效.
IN = 运放本身输入的电流噪声,算inverting的输入.
EN = 运放输入的电压噪声.
CD = 前面的光电二极管的寄生电容.
F = 带宽,单位为Hz.
4kT = 1.6E – 21J at T = 290°K
消除这种过冲最有效的方法是加大反馈电容, 但是这样带来的一个直接后果是带宽减小.
如上面的案例, 在输出有overshoot 的情况下, 原始频响为: -3dB 带宽有40M左右.
Figure11 原始补偿的频响
增大反馈到0.45p 时, 过冲消失.
Figure12 增大补偿的电路
Figure5 补偿后的波特图
所以需要让运放稳定工作, 且达到最宽的2 阶butterworth 频响, 其CF 的取值如下:
式2
对于decompensated 的运放, 由于其最小增益的要求, 还引来另外一个要求, 就是其增益要大于其最小稳定增益, 由于在高频下, 其增益表达式如下:
跨阻型放大器应用指南
1 引言
TIA 全称为trans-impedance amplifier. 也就是跨阻型放大器.
在需要电流转电压的应用场合, 如检测微弱光电流信号的场合, 通常需要用到跨阻型放大器. TI有一系列的跨阻放大器,如OPA656,OPA657,OPA843,OPA84,LMH6629 等等. TI 该产品系列主要的优势在于低噪声, 能支持反馈高增益下宽带应用. 这些特点在微弱光检测的场合是非常关键的. 另外TI 的产品是一系列的, 在不同的指标要求如带宽升级时可以很方便地找到pin-pin 兼容的产品.

跨阻型放大器应用指南

Application ReportZHCA479 – September 2012 1跨阻型放大器应用指南毛华平德州仪器公司 (TI) 高速应用工程师摘要本文简要介绍了Decompensate 型跨阻型放大器的应用常见问题.Abstract: this article simply introduce the normal application of unity gain stable TIA anddecompensated TIA, and the normal issue met in the real application.Key words: GBP (Gain bandwidth product), decompensated, stability, noise,CF(feedback capacitor), overshoot.Contents1 引言 (2)2 TIA 应用概论 (2)3 TIA 应用指标分析 (3)3.1 带宽计算 33.2 噪声计算 64 实际应用中的常见问题 (6)4.1 振荡 64.2 overshoot 95 总结 (11)6. 参考资料 (11)FiguresFigure 1 decomp 和单位增益稳定运放波特图 (2)Figure2 TIA 光电检测电路 (3)Figure3 TIA 用于DAC 输出电流检测电路 (3)Figure4 未补偿时的波特图 (4)Figure5 补偿后的波特图 (5)Figure6 常用TIA 增益与带宽关系 (6)Figure7 未加补偿的20k 放大电路 (7)Figure8 原始输出响应 (7)Figure9 加补偿后的电路 (8)Figure10 加补偿后的脉冲响应 (8)Figure11 原始补偿的频响 (9)Figure12 增大补偿的电路 (10)Figure13 增大补偿后的脉冲响应 (10)Figure14 增大补偿后的频响 (11)ZHCA4792 跨阻型放大器应用指南1 引言 TIA 全称为trans-impedance amplifier. 也就是跨阻型放大器.在需要电流转电压的应用场合, 如检测微弱光电流信号的场合, 通常需要用到跨阻型放大器. TI 有一系列的跨阻放大器,如OPA656,OPA657,OPA843,OPA84,LMH6629等等. Ti 该产品系列主要的优势在于低噪声, 能支持反馈高增益下宽带应用. 这些特点在微弱光检测的场合是非常关键的. 另外TI 的产品是一系列的, 在不同的指标要求如带宽升级时可以很方便地找到pin-pin 兼容的产品.本文介绍了高速TIA 应用中关注的指标及计算过程. 另外介绍了在光检测应用下常见问题的解决.2 TIA 应用概论在TIA 应用时, 由于输入信号是电流, 能够应用于这种场合的跨阻放大通常需要具备较低的电流噪声和电压噪声. 比较典型的两个器件是:OPA657(1.6GHz,输入电流噪声1.8 fA/rtHz, 输入电压噪声4.8nV/rtHz), OPA847(3.9GHz, 输入电流噪声2.5pA/rtHz, 输入电压噪声0.85nV/rtHz). 这两款都是Decompensated 放大器.Decompensated 放大器特点如下:Decompensated 放大器指的是非单位增益稳定的放大器, 如OPA657最小稳定增益是7V/V , OPA847则为12V/V.其波特图和普通放大器比较如下:Figure 1 decomp 和单位增益稳定运放波特图和单位稳定放大器相比, 其特点如下:带宽更宽, 尤其是小信号下的带宽更宽, Slew rate 更快, 以及更大的GBW. 另外一般来讲, decompensated 的放大器能够提供更好的电压噪声.所以在大增益的跨阻放大且要求一定带宽的场合, 使用decompensated 放大器要比单位增益稳定放大器有优势.G AZHCA479跨阻型放大器应用指南 33 TIA 应用指标分析3.1 带宽计算一个用于光电流检测的常规的跨阻型运放的工作电路一般简化如下:Figure2 TIA 光电检测电路或是用于作DAC 的电流转电压的应用场合:Figure3 TIA 用于DAC 输出电流检测电路对一定的运放, 其GBP 是固定的, Cdiff(芯片输入的寄生差分容值), Ccm(芯片输入的寄生共模容值)也是固定的, 选定前面的光检测管APD 或PIN 后,其寄生容值CD 也就是固定了, 当放大倍数RF 固定的时候, 其能达到的-3dB 闭环带宽大约为:ZHCA4794 跨阻型放大器应用指南公式1但是由于前端的寄生电容Cs 和Rf 会在噪声增益曲线上形成一个零点,导致运放的开环增益曲线和噪声增益曲线相交处的逼近速度为-40dB/dec, 这样就会造成运放的不稳定,也就是会引起自激. 其波特图如下:Figure4 未补偿时的波特图所以要达到这样一个稳定工作有一个前提, 需要采用CF 来作补偿, 在该曲线中引入一个极点. 补偿后的曲线如下:ZHCA479跨阻型放大器应用指南 5Figure5 补偿后的波特图所以需要让运放稳定工作, 且达到最宽的2阶butterworth 频响, 其CF 的取值如下:公式2对于decompensated 的运放, 由于其最小增益的要求, 还引来另外一个要求, 就是其增益要大于其最小稳定增益, 由于在高频下, 其增益表达式如下:所以对特定的decompensated 的运放, 这个值要大于其最小增益要求.公式3在一个假定前端的寄生容性为10pF 的场合, 以下是几个运放能达到的带宽和增益的对应关系:ZHCA4796 跨阻型放大器应用指南Figure6 常用TIA 增益与带宽关系3.2 噪声计算在由以上公式算出的带宽后, 运放本身带来的噪声贡献可以由如下公式算出:公式4其中:I EQ = 等效的输入噪声电流, 这个值在带宽 F < 1/(2πR F C F )内有效.I N = 运放本身输入的电流噪声,算inverting 的输入.E N = 运放输入的电压噪声.C D = 前面的光电二极管的寄生电容.F = 带宽,单位为Hz.4kT = 1.6E – 21J at T = 290°K 根据这个公式计算出等效的输入噪声电流后, 就可以算出在TIA 输出后SNR 了.4 实际应用中的常见问题这里整理几个TIA 运放在实际使用中经常遇到的问题:4.1 振荡这个问题在高增益,又有宽带要求的情况下比较常见.比如设计一个20K 增益的放大链路, 假设总的输入的寄生电容很大, 10pF. 根据上面的图可以看出, 采用GBW 最宽的OPA847进行设计, 最宽稳定带宽只能在50M 附近.设计电路如下:ZHCA479跨阻型放大器应用指南7Figure7 未加补偿的20k 放大电路输入20n 的脉宽信号, 10u 的幅度, 得到的波形如下:Figure8 原始输出响应输出有振荡产生.根据公式算出CF 的取值应该为0.24p. 加上后,电路如下:ZHCA4798 跨阻型放大器应用指南Figure9 加补偿后的电路仿真得到: 可以看到, 振荡消失,只剩过冲. 放大倍数也趋向正常.Figure10 加补偿后的脉冲响应在高增益的场合, 有可能反馈电阻自带的电容以及反馈走线带来的寄生电容都可以达到这么微小的电容值. 所以需要依具体的测试结果来确定反馈是否要另外加电容.ZHCA479跨阻型放大器应用指南94.2 overshoot在光时域反射检测光纤状态的场合, 输出上的overshoot 可能会对测量结果产生很大影响,这就需要尽可能地减小TIA 输出的overshoot. 如上图所示的结果, 约有10%的overshoot, 这对实际使用是不利的,需要消除.消除这种过冲最有效的方法是加大反馈电容, 但是这样带来的一个直接后果是带宽减小. 如上面的案例, 在输出有overshoot 的情况下, 原始频响为: -3dB 带宽有40M 左右.Figure11 原始补偿的频响增大反馈到0.45p 时, 过冲消失.ZHCA47910 跨阻型放大器应用指南Figure12 增大补偿的电路Figure13 增大补偿后的脉冲响应但是也可以看到, 20nS的脉冲情况下, 其输出有点被滤除, 增益减小了. 原因就在于输出的带宽变窄, 只剩21MZHCA479跨阻型放大器应用指南 11Figure14 增大补偿后的频响5 总结TIA 运放在作电流放大使用时需要注意带宽和增益的折中, 以及平衡性和带宽的折中. 而同时又得兼顾噪声的贡献, 所以需要综合考虑以上的各项指标.6. 参考资料1. Xavier Ramus “Transimpedance Considerations for High-Speed Amplifiers”2. OPA847,OPA657指标书重要声明德州仪器(TI)及其下属子公司有权在不事先通知的情况下,随时对所提供的产品和服务进行更正、修改、增强、改进或其它更改，并有权随时中止提供任何产品和服务。

tia跨阻放大电路

tia跨阻放大电路（最新版）目录1.TIA 跨阻放大电路的概述2.TIA 跨阻放大电路的工作原理3.TIA 跨阻放大电路的优点4.TIA 跨阻放大电路的应用领域5.TIA 跨阻放大电路的发展前景正文1.TIA 跨阻放大电路的概述TIA 跨阻放大电路，全称为“传输线输入阻抗匹配跨阻放大电路”，是一种常用于射频通信系统中的放大电路。

其主要作用是在保证输入信号质量的前提下，对信号进行放大，以便在长距离传输过程中降低信号衰减，提高信号传输的稳定性和可靠性。

2.TIA 跨阻放大电路的工作原理TIA 跨阻放大电路通过调整输入阻抗和输出阻抗，实现与传输线的阻抗匹配，从而减小信号在传输过程中的反射和损耗。

具体来说，TIA 跨阻放大电路由两个放大器组成，分别负责电压放大和电流放大。

输入端采用串联电阻的方式，使得输入阻抗与传输线的特性阻抗相匹配。

输出端则通过并联电阻的方式，与负载阻抗相匹配。

3.TIA 跨阻放大电路的优点TIA 跨阻放大电路具有以下优点：a.输入阻抗匹配：通过调整输入端的串联电阻，使得 TIA 跨阻放大电路的输入阻抗与传输线的特性阻抗相匹配，从而减小信号反射，降低信号损耗。

b.电流放大：TIA 跨阻放大电路中的电流放大器可以使得输出电流与输入电流之比保持在一定范围内，从而保证信号在长距离传输过程中的稳定性。

c.电压放大：TIA 跨阻放大电路中的电压放大器可以实现较大的信号放大倍数，以弥补信号在传输过程中的衰减。

4.TIA 跨阻放大电路的应用领域TIA 跨阻放大电路广泛应用于射频通信系统、无线通信设备、卫星通信系统、雷达系统等电子信息领域。

在这些领域中，TIA 跨阻放大电路可以有效提高信号传输的质量和稳定性，保证系统的正常运行。

5.TIA 跨阻放大电路的发展前景随着我国电子信息产业的快速发展，射频通信技术在军事、民用等领域的应用越来越广泛。

作为射频通信系统中的关键部件，TIA 跨阻放大电路在提高信号传输质量和稳定性方面具有重要作用。

tia跨阻放大电路

TIA跨阻放大电路简介TIA跨阻放大电路（Transimpedance Amplifier）是一种常用于光电探测器中的电路，用于将光电器件输出的电流转换为电压信号。

TIA电路的核心是一个跨阻放大器，它能够将输入的电流信号放大，并转换为输出的电压信号。

TIA跨阻放大电路在光通信、光电测量等领域具有广泛的应用。

TIA跨阻放大器原理TIA跨阻放大器的基本原理是利用负反馈放大器的特性，将输入电流转换为输出电压。

它由一个光电二极管作为输入电流源，一个电阻作为负载，以及一个运算放大器（Operational Amplifier）构成。

TIA电路的输入端连接到光电二极管，当光照射到光电二极管时，产生的光电流会通过输入电阻流入电路。

运算放大器的反向输入端连接到电阻的接地端，形成负反馈回路。

运算放大器的输出端与电阻的另一端相连，输出电压通过反馈电阻回到运算放大器的反向输入端。

当输入电流流入电路时，会在电阻上产生一个电压降，根据欧姆定律，电压与电流成正比。

运算放大器通过负反馈作用，将电阻上的电压放大，并输出到负载上。

TIA跨阻放大器设计要点在设计TIA跨阻放大器时，需要考虑以下几个关键要点：1. 输入电阻选择TIA电路的输入电阻需要足够大，以保证光电二极管输出的电流能够流入电路而不被短路。

一般选择高阻值的电阻，如几兆欧姆，以确保输入电流的有效转换。

2. 反馈电阻选择反馈电阻的选择决定了TIA电路的放大倍数。

一般情况下，反馈电阻越大，放大倍数越高。

但是过大的反馈电阻会引入噪声，影响电路的性能。

因此，需要在放大倍数和噪声之间做出权衡。

3. 运算放大器的选择运算放大器是TIA电路的核心部件，需要选择性能优良的运算放大器。

一般选择带宽较宽、噪声较低的运算放大器，以保证电路的放大性能和稳定性。

4. 功耗和速度考虑TIA电路在应用中还需要考虑功耗和速度的问题。

功耗较高的电路会产生较多的热量，影响电路的稳定性；速度较慢的电路会导致信号延迟，影响系统的响应速度。

一文读懂跨阻放大器的工作原理

一文读懂跨阻放大器的工作原理
跨阻放大器（TIA）是光学传感器（如光电二极管）的前端放大器，用于将传感器的输出电流转换为电压。

跨阻放大器的概念很简单，即运算放大器（op amp）两端的反馈电阻（RF）使用欧姆定律VOUT= I RF将电流（I）转换为电压（VOUT）。

在这一系列博文中，我将介绍如何补偿TIA，及如何优化其噪声性能。

对于TIA带宽、稳定性和噪声等关键参数的定量分析，请参见标题为用于高速放大器的跨阻抗注意事项的应用注释。

在实际电路中，寄生电容会与反馈电阻交互，在放大器的回路增益响应中形成不必要的极点和零点。

寄生输入和反馈电容的最常见来源包括光电二极管电容（CD）、运算放大器的共模（CCM）和差分输入电容（CDIFF），以及电路板的电容（CPCB）。

反馈电阻RF并不理想，并且具有可能高达0.2pF的寄生并联电容。

在高速TIA应用中，这些寄生电容相互交互，也与RF交互生成一个不理想的响应。

在本篇博文中，我将阐述如何来补偿TIA。

图1显示了具有寄生输入和反馈电容源的完整TIA电路。

三个关键因素决定TIA的带宽：
总输入电容（CTOT）。

由RF设置理想的跨阻增益。

运算放大器的增益带宽积（GBP）：增益带宽越高，产生的闭环跨阻带宽就越高。

这三个因素相互关联：对特定的运算放大器来说，定位增益将设置最大带宽;反之，定位带宽将设置最大增益。

无寄生的单极放大器
这一分析的第一步假定在AOL响应和表1所示的规格中有一个单极的运算放大器。

DC、AOL（DC）时运算放大器的开环增益
120dB
运算放大器GBP
1GHz。

跨阻放大器工作原理

跨阻放大器工作原理
跨阻放大器（Transimpedance Amplifier，简称TIA）是一种特殊的形式的放大器，它可将低电压的输入量放大为高电压的输出，而不改变电流的变化。

TIA的特点是
能够无线放大小量的变化，因此它经常用在检测诸如感光元件，光纤，光栅等光学装置的输出。

TIA的工作原理是利用一个反馈回路，来实现跨阻放大的功能。

主要由四个部分组成：输入阻抗，输出阻抗，放大器A和反馈阻抗Rf。

当有电流从输入端通入时，
输入阻抗会把此电流变换为相应的电压，接着这种变换后的电压就会被传到放大器A，然后由放大器A将输入端的低压放大到输出端的高压，而放大器A是通过负反
馈电路（反馈阻抗Rf）的稳定控制而可以得到诸如无色噪声抗扰度，3dB电压增益频率，输入电压噪声等特性参数的优化。

尽管跨阻放大器的工作原理很复杂，但它的优势也显而易见：1）它虽然放大输入
信号，但它本身不需要消耗电能；2）它在进行低于3mV的小信号放大上表现独特；3）它在处理高灵敏度，低噪声，低抗扰度，低电流范围的信号时尤为有效；4）它在检测低电压信号时具有优异的无色噪声抗扰度；5）它的非线性失真系数也较低，可以使得放大器A的转换失真特性也得到改善；6）它的工作电压所需的低，可以
满足移动式应用市场的要求。

总之，跨阻放大器工作原理是简单有效的，它可以将输入的低压信号放大到较高的压幅，极大地改善了常规放大器A的微小信号放大性能以及无色噪声抗扰度，因此在感光元件，光纤，光栅等光学装置的工作中得到了越来越多的应用。