解补偿运放是什么意思？解补偿运放为何可正常用于TIA配置?

TIA即跨阻放大器(transimpedance amplifier)。以前总说什么PD放大电路，其实用TIA更加准确和专业。最近碰到一款适用于TIA的解补偿运放，刚开始还觉得很诧异，因为解补偿运放一般需要最小增益才能保证电路的稳定性；那么它用在TIA上面，不用担心稳定性问题吗？翻了下datasheet，自己简单做了仿真，才明白缘由——本文就是希望把这个缘由能说清楚，因为高速、高信噪比SNR的TIA电路，用解补偿运放可能是比较合适的选择。

一、解补偿运放是什么意思呢？

从ADI官网随便找到一款解补偿运放，LT1468-2，它也是适用于TIA的运放。参见图1。

图1 解补偿运放LT1468-2的简介

从图2中就能明白它不是单位增益稳定的运放，因为当开环增益曲线为0dB时候，相位裕量只有不到20°，所以这颗运放是不能配置成缓冲器用的。图1中说它是二倍增益稳定（这里的增益为噪声增益），从图2中一样可以找到原因：当Aol曲线在6dB时候，它的相位裕量是超过45°的，所以它是二倍增益（噪声增益）的运放。我用LTspice进行开环仿真的结果，跟图2是一致的。参见图3、图4和图5。

图2 开环增益、相位与频率曲线

图3 开环增益的仿真电路

图4 Aol仿真结果

图5 图4中当Aol为0dB时候的相位裕量只有22°，是不稳定的

最后，我们看看当LT1468-2用于缓冲器时候的时域仿真结果，参见图6，我们可以观察到阶跃响应时候会有比较大的过冲和恢复时间，这是不稳定的电路。 这里需要注意，时域观察运放电路的稳定性时候，施加的阶跃输入一定要是小信号 ，即峰峰值小于200mV，这里用的是100mVpp方波输入。

图6 时域仿真电路

图7 图6的仿真结果

有一点很奇怪，就是我通过过冲反推电路的相位裕量的结果是33°，而前面我们看到，图2在Aol=0dB时候它的相位裕量只有22°。暂时还没理解原因。

图8 从图7的过冲幅值反推电路的相位裕量

二、环路增益决定着运放电路的稳定性

这里简单复习下运放电路稳定性的相关知识。运放用作负反馈电路时候有很多好处，比如温度特性变好，增益基本不会Aol随温度变化而影响，输出阻抗小等等。但是它也有需要注意的问题，就是可能会不稳定。

那么为什么说环路增益Aolβ决定着运放电路的稳定性呢？因为任何运放负反馈电路的增益Vo/Vi都可以拆解成分母为1/（1+Aolβ）的形式。环路增益Aolβ是复数，幅值为1时如果幅角为-180°那么就会导致Aolβ=-1。当Aolβ=-1，此时分母趋近于零，那么任何输入的轻微扰动，输出都会有剧烈的反应，即不稳定。

三、解补偿运放可正常用于TIA的原因

现在我们可以看下，为何解补偿运放可正常用于TIA，而不必担心稳定性问题的原因了。一张图就能说清楚问题，参见图9， 因为TIA的噪声增益等于1+C1/C2！正常的TIA，噪声增益都会比1大很多 。所以解补偿运放可正常用于TIA。LT1468-2配置成TIA电路的开环增益与噪声增益曲线仿真电路和结果参见图10和图11。

图9 TIA噪声增益的伯德图

图10 LT1468-2配置成TIA电路（配置了好几遍，只能把C2调整到200pf，环路增益的相位裕量才足够，还没弄明白）

图11 噪声增益与Aol曲线

最后，本文简单整理了解补偿运放是什么，运放电路的稳定性取决于什么，以及补偿运放可正常用于TIA的原因。