光电二极管电路中的漏电流和带宽解析

在这里，我们将介绍您可能需要在光电二极管电路中的跨阻放大器中调整的两个概念：漏电流和带宽。

最小化漏电流

光电二极管产生纳安和低微安范围内的电流。有了这样的微小电流，我们经常忽略的非理想情况可能会变得引人注目甚至成问题。

运算放大器输入偏置电流

首先，仔细查看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子，并且所有光电流都流经 TIA 的反馈电阻并有助于输出电压。

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，而在其他应用中看起来可以忽略不计的偏置电流可能会在光电二极管系统中产生不可接受的误差。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. 该图展示了光电二极管的部分光电流如何用作输入偏置电流，因此不会对输出电压产生影响。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，您需要带有 FET 输入级的运算放大器。BJT 吸取过多的偏置电流。但即使是 FET 输入级也有 IC 输入电路中常见的保护二极管；这些二极管具有漏电流，并且随着温度升高，这种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。例如，我进行了快速搜索，找到了来自 Analog Devices 的 LTC6268。在室温下，它的漏电流只有几毫微微安。然而，在 125°C 时，规格为 4 皮安（最大值）——增加了三个数量级！

PCB漏电

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着电位差的走线或覆铜，则通过 PCB 的直流泄漏电流可能大到足以导致错误。

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子的走线。反相输入端通常处于或接近地，因为同相输入端保持在地或一个小的偏移电压。因此，更可能导致漏电流问题的走线是那些电压不接近于零的走线，例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（在合理范围内）。

扩展带宽

许多光电二极管应用不需要高频响应，这让生活变得更轻松，因为即使速度不是主要问题，设计优化的光电二极管电路也很困难。当您将宽带宽要求纳入其中时，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了反馈路径中包含一个普通电容器 （C F ），以确保足够的稳定性：

图 2. 上一篇文章中带有跨阻放大器的示例光电二极管

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——在某些情况下远小于 1 pF。在高增益应用中尤其如此，因为随着反馈电阻的增加，对反馈电容的需求会减少。

因此，宽带光电二极管 TIA 可能不需要 CF，原因可能是反馈极点未位于会造成不稳定的频率上，或者因为反馈路径具有如此多的寄生电容，以至于不需要特意安装的电容器。

图 3.反馈电容已被与反馈电阻相关的寄生电容取代。

更进一步，我们看到寄生电容实际上可能大于所需的补偿电容。在这种情况下，寄生电容不必要地限制了 TIA 的带宽，设计人员的任务是减少反馈电容以增加带宽。

在具有短走线的紧凑布局中，我们无法减少反馈路径中铜连接的电容。然而，我们可以减少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 PCB 封装。理论上，可以通过减小电阻器端盖的平行板面积和增加端盖之间的距离来减小电容。
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