跨阻放大器的基本原理

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令我惊讶的是，跨阻放大器（TIA）和相关威廉希尔官方网站 经常回到我们模拟设计人员的对话中。医疗光敏应用需要高水平的模拟精度和准确度。这些医疗光敏技术现在正与汽车和工业LiDAR（光检测和测距）、安全、亮度控制和农业天气管理应用融合到数字领域。几个威廉希尔官方网站 处理光敏任务;但是，我将专注于基础知识。主模拟光敏或 TIA 威廉希尔官方网站 可提供丰富的信息，这些信息将贯穿于您的下一个光感测威廉希尔官方网站 设计中。

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TIA威廉希尔官方网站 似乎相当简单，那么为什么所有的喧嚣都集中在一个有四个元件的威廉希尔官方网站 上：光电二极管、放大器、反馈电阻，通常还有一个反馈电容呢？通过电源连接，这些威廉希尔官方网站 可以接收光线并将撞击亮度转换为可用电压（图 1）。

图1.TIA 在输入光电二极管 （PD） 两端具有零电压。

在图1中，光电二极管（PD）的位置位于放大器的反相和同相输入端。在黑暗环境中，这迫使二极管两端的电压为0V。光撞击光电二极管会产生从阳极到阴极的电流，表现为运算放大器输出电压的增加（V外）。现在，您可能会认为光电二极管的电流（Ipd）方向错误。在图1中，Ipd的方向肯定与标准二极管操作相对应。避免改变 Ipd 方向的陷阱。光控制光电二极管的电子和空穴在其PN结上的流动，导致电流从二极管的阴极传导到阳极。光电二极管的电流随着亮度的增强而增加。

在图 1 中，运算放大器的输出电压与 PD 的电流的关系会产生同相响应（图 2）。

图2.运算放大器的输出电压（V外） 与光电二极管 （PD） 输出电流 （Ipd） 的关系。

在图2中，零偏置TIA响应的输出电压随着光电二极管亮度的增加而增加。亮度的增加会导致光电二极管输出电流的增加。

当您确保精密性能时，有一些基本问题需要适用于该威廉希尔官方网站 。光电二极管的输出电流取决于光强度。您会发现光电二极管的最大输出电流通常在微安 （mA） 范围内。另一方面，如果您检测到低亮度信号，则光电二极管输出电流可能在皮安（pA）区域。例如，对于这些范围，模拟血糖仪或CAT扫描仪需要整个放大器输出范围内的模拟粒度。

运算放大器直接连接到光电二极管。因此，放大器的输入偏置电流电平必须尽可能低。CMOS或FET输入放大器的输入偏置电流通常在皮安范围内。图1所示，MAX44280运算放大器的最大输入偏置电流为0.5pA。

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数字 TIA 威廉希尔官方网站 专为高速威廉希尔官方网站 而设计，具有光电二极管数字、开关和输入信号（图 3）。

图3.TIA，在输入PD上施加负反向偏置电压。

在图3中，PD两端的负偏置电压降低了光电二极管的寄生电容，也增加了光电二极管的漏电流。这种较低的电容提高了 TIA 的速度。但是，提高任何系统性能总是有副作用。随着TIA速度的提高，会产生PD泄漏，从而降低精度。但这实际上并不是一个严重的折衷方案，因为脉冲信号现在威廉希尔官方网站 在数字域中工作，并且数字噪声容限很容易容忍漏电流误差。

在图 3 中，运算放大器的输出电压与 PD 的电流的关系也会产生同相响应（图 4）。

图4.运算放大器的输出电压（V外） 与光电二极管 （PD） 输出电流的关系。

在图4中，负反向偏置TIA响应的输出电压随着光电二极管上的亮度增加而增加，从而导致光电二极管输出电流增加。

光电二极管不再直接连接在运算放大器上。现在，放大器的关键规格是输入电容和带宽。图3所示，MAX44280运算放大器具有0.4pF输入电容和20MHz带宽。

结论

基本 TIA 设计适用于精密系统，而数字 TIA 设计适用于高速数字威廉希尔官方网站 。在本文中，运算放大器的关键规格是输入偏置电流和高GBWP。但这个总体概述只是一个开始。

审核编辑：郭婷