跨阻放大器须知——第1部分

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。关于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，并且可能具有高达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，同时也会与RF交互生成一个并不理想的响应。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。

图1：含寄生电容的TIA电路

三个关键因素决定TIA的带宽：

Ÿ总输入电容（CTOT）。

Ÿ由RF设置的理想的跨阻增益。

Ÿ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。

无寄生单极放大器

此分析的第一步是假定在AOL响应和表1所示的规格中有一个单极的运算放大器。

表1：TIA规格

放大器的闭环稳定性与其相位裕度ΦM有关，而相位裕度是由定义为AOL× β的环路增益响应来确定，其中β是噪声增益的倒数。图2和图3中分别显示了用来确定运算放大器AOL和噪声增益的Power