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如何为汽车和医疗系统设计稳定的跨阻放大器
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2022-11-28
刘勇
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用于测距和检测的光正越来越多地用于关键应用，例如高级驾驶员辅助系统 (ADAS)、用于未来自动驾驶汽车的光检测和测距 (LiDAR)，以及移动脉搏血氧仪。然而，检测信号的可靠性在很大程度上取决于检测电路的准确性和稳定性。用于测距和检测的光正越来越多地用于关键应用，例如高级驾驶员辅助系统 (ADAS)、用于未来自动驾驶汽车的光检测和测距 (LiDAR)，以及移动脉搏血氧仪。然而，检测信号的可靠性在很大程度上取决于检测电路的准确性和稳定性。该电路的一个关键元件是跨阻放大器 (TIA)，它将低电平光电二极管电流信号变为可用电压输出。尽管 TIA 并不新鲜，但设计人员因多种原因难以实现稳定的实现，其中之一就是隐藏的寄生效应。该电路的一个关键元件是跨阻放大器 (TIA)，它将低电平光电二极管电流信号变为可用电压输出。尽管 TIA 并不新鲜，但设计人员因多种原因难以实现稳定的实现，其中之一就是隐藏的寄生效应。此功能将描述 TIA 的结构以及寄生效应和其他特性的影响。然后推导出简单的方程式以帮助设计稳定的 TIA，并介绍适用于实际实施的合适放大器。此功能将描述 TIA 的结构以及寄生效应和其他特性的影响。然后推导出简单的方程式以帮助设计稳定的 TIA，并介绍适用于实际实施的合适放大器。跨阻放大器信号增益跨阻放大器信号增益跨阻放大器电路由光电二极管、放大器和反馈电容器/电阻器对组成（图 1）。这个电路看起来很简单，但是隐藏的寄生效应会在不知不觉中导致不必要的电路不稳定。跨阻放大器电路由光电二极管、放大器和反馈电容器/电阻器对组成（图 1）。这个电路看起来很简单，但是隐藏的寄生效应会在不知不觉中导致不必要的电路不稳定。图 1：零反向偏置、跨阻运算放大器电路。它看起来很简单，但寄生效应会导致不稳定。（图片来源：Digi-Key Electronics）图 1：零反向偏置、跨阻运算放大器电路。它看起来很简单，但寄生效应会导致不稳定。（图片来源：Digi-Key Electronics）照射光电二极管的光会产生电流 (Ipd)，该电流从二极管的阴极流向阳极（图 1）。该电流还流经反馈电阻器 Rf。Ipd 乘以 Rf 的值在运算放大器的输出端产生输出电压 Vout。在该电路中，增加光亮度会导致输出电压变得更正。照射光电二极管的光会产生电流 (Ipd)，该电流从二极管的阴极流向阳极（图 1）。该电流还流经反馈电阻器 Rf。Ipd 乘以 Rf 的值在运算放大器的输出端产生输出电压 Vout。在该电路中，增加光亮度会导致输出电压变得更正。图 1 标题中的术语“零反向偏压”表示光电二极管两端的电压为 0 伏。如果光电二极管两端的反向偏置电压为 0 伏，则漏电流或暗电流较低，并且与具有较大反向偏置电压的配置相比，光电二极管结电容较高。图 1 标题中的术语“零反向偏压”表示光电二极管两端的电压为 0 伏。如果光电二极管两端的反向偏置电压为 0 伏，则漏电流或暗电流较低，并且与具有较大反向偏置电压的配置相比，光电二极管结电容较高。TIA 电路的交流信号增益主要取决于放大器反馈回路中的电阻器和电容器。等式 1 表示图 1 的理想交流和直流信号传递函数。TIA 电路的交流信号增益主要取决于放大器反馈回路中的电阻器和电容器。等式 1 表示图 1 的理想交流和直流信号传递函数。该等式表明单极点频率响应取决于电路中的反馈元件，但这并不能解释为什么 TIA 有时容易发生振荡。
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