光电二极管电路的漏电流和带宽分析

在这里，我们将介绍光电二极管电路中跨阻放大器可能需要调整的两个概念：漏电流和带宽。

最小化泄漏电流

光电二极管产生纳安和低微安范围的电流。在这样小的电流下，我们经常忽略的非理想情况可能会变得明显，甚至出现问题。

运算放大器输入偏置电流

首先，仔细检查运算放大器的输入偏置电流规格。理想情况下，零电流流入或流出输入端，所有光电流都流经TIA的反馈电阻，对输出电压有贡献。

不幸的是，现实生活中的运算放大器需要一些输入偏置电流，而其他应用中看似可以忽略的偏置电流可能会导致光电二极管系统出现不可接受的误差。在非零偏置电流的情况下，一些光电流被转移到运算放大器的输入级。如果光电流在低纳安范围内，则不需要太多的电流转移来严重改变放大器报告的测量结果。

图1。该图显示了光电二极管的部分光电流如何用作输入偏置电流，因此对输出电压没有影响。在这种配置中，光电二极管被正电压反向偏置，二极管的方向导致光电流流向输出节点。

通常，您需要一个带场效应晶体管输入级的运算放大器。BJT汲取了太多的偏置电流。然而，即使是场效应晶体管输入级，在集成电路输入电路中也有一个公共的保护二极管。这些二极管有漏电流，随着温度的升高，漏电流变得更加明显。如果您正在为高温应用设计光电二极管放大器，请务必检查高温规格！

用于TIA应用的运算放大器可以实现惊人的低输入偏置电流。比如我做了个快速搜索，找到了ADI公司的LTC6268。在室温下，它的漏电流只有几毫安。但是在125C时，4皮安(最大)——的规格增加了三个数量级！

印刷电路板泄漏

其次，我们需要记住，我们的PCB走线没有被提供无限电阻的材料包围。如果与光电二极管的连接靠近产生显著电位差的走线或覆铜板，则通过印刷电路板的DC漏电流可能会大到足以引起误差。

光电二极管的输入信号通过一条通向运算放大器反相输入端的走线。反相输入通常接地或接近接地，因为非反相输入保持接地或小失调电压。因此，更容易引起漏电流问题的走线是电压不接近零的走线，如正电源电压或负电源电压。为了最大限度地提高精度，请在这些走线和光电二极管输入走线之间留出尽可能多的空间(在合理的范围内)。

扩展带宽

许多光电二极管应用不需要高频率响应，这使生活变得更容易，因为即使速度不是主要问题，也很难设计出优化的光电二极管电路。当您包括宽带宽要求时，这种情况可能会变得非常具有挑战性。

上一篇文章中介绍的电路图显示，反馈路径中包含一个公共电容(C/F)，以确保足够的稳定性：

图2。前一篇文章中的光电二极管和跨阻放大器示例

然而，在高速光电二极管应用中，反馈电容的最佳值可能非常小，为——，在某些情况下远远小于1 pF。在高增益应用中尤其如此，因为随着反馈电阻的增加，对反馈电容的需求将会降低。

因此，宽带光电二极管TIA可能不需要CF，要么是因为反馈极点不在会导致不稳定的频率上，要么是因为反馈路径的寄生电容太多，不需要专门安装电容。

图3。反馈电容已经被与反馈电阻相关的寄生电容取代。

此外，我们可以看到寄生电容实际上可能大于所需的补偿电容。这种情况下，寄生电容不必要地限制了TIA的带宽，设计师的任务就是减小反馈电容来增加带宽。

在采用短走线的紧凑布局中，我们无法降低反馈路径中铜连接的电容。然而，我们可以降低与反馈电阻相关的寄生电容。

首先，我们可以尝试修改电阻器的印刷电路板封装。理论上，电容可以通过减小电阻端盖的平行板面积和增加端盖之间的距离来减小。负责编辑：CC