Фотодиодная плата 15 МГц, требуется обратная связь

8

Я разработал 2-слойную 15 МГц плату фотодиодного усилителя. Первый этап - трансимпедансный усилитель, использующий AD8065. На втором этапе используется усилитель с обратной связью по току THS3091. Питание +/- 12 В подается от платы в J2 от полурегулируемого источника, который затем делается «чистым» с использованием некоторых LDO. введите описание изображения здесь

Используя формулу из таблицы данных Ad8065, я смогу получить полосу пропускания не менее 15 МГц, используя показанную петлю обратной связи. PCB:

введите описание изображения здесь

Я сделал несколько необычных вещей с этой печатной платой, и у меня есть несколько вопросов;

1) Я порезал основание по предложению таблицы данных; Входные узлы с высоким импедансом этих операционных усилителей особенно чувствительны к паразитной емкости. Аналогичный дизайн можно найти в TI, где они также срезали землю от входных узлов операционного усилителя. Это похоже на стандартную практику с операционными усилителями с токовой обратной связью, поэтому я сделал то же самое для THS3091.

Обратите внимание, что я срезал землю так, что на плоскости земли нет «петли». Это правильно делать? Было бы разумно сшить их конденсатором?

2) Я добавил защитный след вокруг инвертирующего входа TIA, чтобы защитить его от случайных поверхностных токов. Я сделал это, потому что ток короткого замыкания моего фотодиода составляет 1 мкА, поэтому я полагаю, что буду использовать его на уровне 10-100 нА. Поскольку я использую OSH-парк, мне придется вручную удалить маску припоя, но это нормально?

3) Я не уверен, что R7 должен быть там вообще (я унаследовал часть этого дизайна от коллеги). R4 / R9 уравновешивают минимально допустимый входной ток смещения, но я вообще не знаю, что делает R7. Это похоже на согласование импеданса, но следы здесь такие короткие, что я не думаю, что это имеет значение?

4) Что касается C3 и C4, которые не имеют указанных значений, я думаю, что они должны быть равны емкости, указанной на входе операционного усилителя? Опять то, что я унаследовал .. В противном случае дизайн имеет смысл для меня.

Любые отзывы о дизайне и печатной плате будут оценены !!

Изменить: еще одна вещь, мое размещение конденсатора байпаса было несколько произвольным; при маршрутизации я не отслеживал, какой конденсатор какой. Я планирую разместить наименьшие заглушки байпаса ближе к чипу.

Пол Л
источник
2
Относительно № 2: Вы не должны делать это вручную. Чтобы удалить маску припоя на трассе, вам просто нужно разместить элемент на слое маски пайки в дизайне вашей печатной платы, прямо на трассе. Как вы это сделаете, зависит от того, какую программу вы используете. Но это должно быть одинаково, используете ли вы OSHPark или любой другой совет директоров.
битник
1
Может быть стоит взглянуть на слезоточивый след, если программное обеспечение PCB, которое вы используете, может это сделать. Это облегчит переход от толстых к тонким следам. Кроме того, не уверен, что такое U3, но одна из трасс внезапно становится довольно тонкой, прежде чем она достигнет булавки 1.
Том Карпентер
1
+1 за хороший вопрос в обычных попытках море вопросов. и, пожалуйста, послушайте bitmak, нет необходимости вручную удалять маску припоя, ваш худший вариант - вручную редактировать герберы, что намного лучше, чем чистить sr вручную
Владимир Краверо,
Убедитесь, что ваш источник питания имеет достаточный запас под нагрузкой, чтобы покрыть все ожидаемые падения напряжения. Несколько вольт было бы неплохо. Также я бы позволил пересечь плоскость заземления под интегральными схемами, чтобы обе стороны были соединены, в противном случае вам нужно будет прокладывать прочные проводные соединения с одной стороны на другую, их изоляция предотвратит общее заземление.
KalleMP
@KalleMP Основы соединены сверху в непрерывном соединении, но я вырезал изображение там. Также они подключены к J1, разъему BNC, который действует как провод (площадь разъема сверху видна наполовину). Я предполагаю, что импеданс не будет таким идеальным, как если бы он был полным, но мне сказали избегать контуров заземляющей плоскости - поскольку любая индуцированная ЭДС пропорциональна площади контура.
Пол Л

Ответы:

2

Моя первая мысль, что вы можете избавиться от R7, R9, C3 и C4 в целом. Ради твоего операционного усилителя, токи смещения 1 пА, ради всего святого. Входные смещения, создаваемые током смещения и сопротивлением обратной связи, составляют около 25 нВ.

Тем не менее, я очень сомневаюсь, что вы можете получить ответ, который вы хотите. Вы говорите только о избыточном усилении 5 на 15 МГц, а это не подходит для удаленного доступа. Моделируя схему с входной емкостью 2 пФ, можно получить производительность 15 МГц с резистором обратной связи 2,5 кОм, но он чрезвычайно чувствителен к значению конденсатора обратной связи, и это никогда не является хорошим признаком.

Установка защитного кольца на ПД кажется пустой тратой времени, поскольку вы явно не работаете при крайне низких токах, и это несколько увеличивает входную емкость.

WhatRoughBeast
источник
@PaulL - я думаю, что я ошибся. Частота кроссовера составляет всего 65 МГц. Соотношение 5: 1 - это то, что я имел в виду.
WhatRoughBeast
Спасибо! Я понимаю, что с небольшим током смещения эти меры, вероятно, являются крайними. Я уберу защитное кольцо, но поскольку дополнительные резисторы и колпачки добавляют незначительную стоимость для громкости, которую я использую, я оставлю их (и позже я могу использовать другой операционный усилитель TIA). Я не уверен, что вы подразумеваете под «избыточным усилением 5 при 15 МГц». Согласно данным, для 45-градусного запаса по фазе полоса пропускания равна Sqrt [1 / (2 * piRfCi), что при предположении, что что-то вроде 4pF дает 15 МГц ... вы правы, это маргинально. Любая избыточная емкость, вероятно, сорвет это число , Есть ли у вас какие-либо предложения для более быстрого TIA?
Пол Л
Только что увидел ваш комментарий ... Я думаю, я думал, что частота кроссовера составляет 3db @ 145MHz? Откуда вы получаете 75 МГц?
Пол Л
Опечатка - это 65 МГц. analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/… Рисунок 53.
WhatRoughBeast