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请教Ti专家-如何设计高速宽带放大器,器件选择,谢谢

时间:10-02 整理:3721RD 点击:

因为对模拟电路设计经验少得可怜,所以请教专家一下问题:

要自己设计一个放大器电路来实现对 超高速 微弱脉冲信号 的放大,待放大信号前沿小于1ns,脉宽几个ns,放大倍数要1000左右。也就是要求放大器带宽500MHz左右,带宽指标要求可以适当放低至200M。

对于这个系统的设计能有合适的器件吗? 谢谢,是不是只要器件的增益带宽积大就可以,另外噪声的问题也是很难处理的,要1000倍的目的就是能放大uv级的微弱信号,放大器还要有提高信噪比的功能。

我查了下跨阻放大器的指标可以达到,但是不知能不能适合此系统。

另外,不知道用差分放大器能不能实现此设计

最后,如果倍数和带宽一级实现不了,就要用多级放大,请推荐芯片和设计电路,多级噪声会不会增加,信噪比如何提高。。。

我知道有很多的问题,想得到专家的建议和帮助,非常感谢。。。

想讨论此问题的可以发我邮箱:  29012271@qq.com.cn

你好,

请教下,你的应用是你是检测光电流信号吗?

请问下为什么要放大那么大的倍数?

这个系统后面跟的是ADC吗? 如果是的话, 假定一般的ADC满量程是2Vpp,放大1k倍意味着信号是2mV以下. 如果算带宽是500M, 则运放引进的噪声必须小于0.89nV/rtHz. 这个要求比较高.

因为你在放大信号的同时,噪声也会跟着放大. 所以按检测信号的角度来说, 并不是放大倍数越大越好.

刨去系统设计的原因,如果真要放大500M或200M带宽的信号到1000倍, 按目前的器件水平, 一般需要多级放大器来实现.

TI的宽带运放包含差分和单端的接口. 如果要单端输出的, 宽带低噪声的选择有OPA847, OPA657,THS4304等. 差分的有LMH6554, THS4509等等...

可以在这里进行选择:

单端输出:

http://focus.ti.com/paramsearch/docs/parametricsearch.tsp?family=analog&familyId=72&uiTemplateId=NODE_STRY_PGE_T

差分输出:

http://focus.ti.com/paramsearch/docs/parametricsearch.tsp?family=analog&familyId=1453&uiTemplateId=NODE_STRY_PGE_T

另外TI提供TINA仿真软件, 可以进行放大器设计的仿真, 链接如下:

http://www.ti.com/tool/tina-ti

这个用做检测放大 光电器件(光电管之类)的输出电流信号,如果等效成电压,被放大信号大约低至uv级别(光电管输出信号),输出通过直接接到示波器记录。因为示波器最低量程只能记录最小5mv的输出,所以想要记录光电管的uv级别快脉冲信号,放大器倍数1k倍左右。我用LMH6629 噪声0.69nv/hz(-0.5)进行仿真 发现噪声在1000倍左右80M带宽,输出都在10mv以上,这样对于测量输出5mv的信号就没有了意义。如果噪声模拟到1mv一下发现带宽只有几十khz了。。。

另外据您了解跨阻放大器在这种情况下能解决此类问题么?

非常感谢您的回答和建议,现在急需得到您的建议

你好,

请问你用示波器记录后是准备直接在示波器上看吗?还是准备再把采到的数导出来进行处理? 如果是后者的话, 应该要作多次平均降噪才能处理出来吧?

按照你这样的应用,需要先用跨阻放大器转换电流到电压.再对电压进行放大.

所以需要明确的是你输入的信号和噪声(APD的输出噪声)之间的关系. 以及你的处理方式, 再决定放大倍数的大小.

从器件的角度来说, 关于跨阻放大器,TI最低电流噪声的器件是OPA657, 是fA级别的. 谢谢!

是接在示波器上直接记录和查看,因为示波器最低记录大约5mv,放大1000倍目的就是能记录到探测器输出的5uv的信号(转换成电流就是100pA),拓展探测的底限。。。

前端探测器的噪声也就是暗电流大约10pA以下,现在使用的放大器倍数为100倍,这样就只能得到最低的电压为50uv,电流为1ua,这样光电探测器的输出和现在的记录就差了2个量级,设计的放大器目的就是把这个探测盲区弥补上去。。。

我用仿真得到单级opa657的输出噪声大约在200MHz已经达到2mv,我怕再用后端的放大,噪声会不会更大,如果噪声大约5mv,也就没有了意义。

你好,

请问你们是已经订好了TIA的方案,只要寻求后面的放大方案吗?

如果是的话, 按照你的描述, 你目前用的TIA的跨阻增益是50K? 还可以达到200M的带宽? 请问是用了哪一款TIA?

另外需要确认的是: 所以输入到TIA的信噪比是20dB? (100pA信号,10pA噪声?)谢谢!

对,现在基本确定使用TIA了,我们的放大器现在能测到1uA的电流,现在做的要比这个低1-2个量级,也就是要测到10-100nA的电流。跨阻增益是不是应该是(5mv/100na)=50000,或者500k,我用opa847仿真,效果不是很明显,不知道是不是这个指标必须用分立器件来做了?是不是要用cmosJFET晶体管。。。

另外输入到TIA的信噪比应该是1000-10000(10-100na信号,10pa暗电流)

不知道这个指标是不是很难达到。。。给个能做出来,可靠的指标也行

非常感谢您的回答,祝一切顺利

你好,

由于信号比较小, 且带宽要求很高, 有一定的难度.

我这边设计了一个接近的. 假定你的APD的寄生电容是0.5pF.(按照一些常规的器件指标). 我的整条链路如下:

 

输入100nA,50ns宽度的信号, 仿真结果如下:

 

如果输入10nA的话, 那后面需要增加放大级数了.

谢谢!

 

您好,非常感谢你所做的,指标增益和带宽都很好,但是噪声,输出总噪声>10mv,指标要求在5mv一下,估计要牺牲一些增益来降低噪声。另外,请教老师,有TINA仿真的指标和实际电路做出来的指标相差能有多大,我知道模拟的东西,特别是高频下,噪声会不会比模拟要大得多,因为没有用tina和实际电路做过比较,所以请教老师,这个差异大不大?

  非常感谢,祝一切顺利

你好,

不用客气!

TINA里面的模型仿真主要的用途在于仿出一定的趋向性, 实际电路中,电源噪声,或板上的寄生电容都可能会造成性能的影响. (比如寄生电容引入过冲, 过冲中可能会带来额外的噪声).

如果不方便直接作板子, 可以先用TI的evm测试试试, 实际电路还是需要具体调试的.

祝顺利!谢谢!

好的,具体做电路的时候再请教老师,非常感谢您

请问用你们的OPT101能不能检测到300Khz的信号,后级放大该如何设计能不能给一个参考电路,现在做一个测试用你们的OPT101发现失真很大,前沿有很多过冲

OPT101手册第2页,这颗芯片的带宽只有14KHz,应该不适合处理300KHz的信号。

你可以根据你的需求,去如下链接做选型

http://www.ti.com.cn/paramsearch/cn/docs/parametricsearch.tsp?family=analog&familyId=1468&uiTemplateId=NODE_STRY_PGE_T

同时,OPA358手册第11页有对这类跨阻放大器带宽的分析,你可以参考一下。

我想用THS3202做一个宽带宽比较放大电路,信号只有几个NS   3.3V     怎么做?请赐教

你好,

目前在做一个光电检测的方案,前级准备用TIA放大,中间需要加一差分放大电路,将信号放大到V的级别,

请问中间的差分运放有没有比较好的推荐?我的信号带宽是10M,输入电流检测是1uA左右?

你好, THS4509或THS4520是不错的选择:低噪声且带宽足够。

老师您好,我现在做的一个项目是APD输出的最了电流是0.6nA,现在前置放大器的带宽在20KHz-50KHz,请问前置放大器如何选型和设计,后端主放大和滤波怎么设计,能够被ADC采集

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