跨導放大器的設計考慮

采用電壓反饋放大器 (VFA) 來(lái)設計一個(gè)優(yōu)質(zhì)的電流到電壓 (跨導放大器) 轉換器是一項重大的挑戰。本文將會(huì )探討一個(gè)用 345 MHz 的軌到軌輸出，電壓反饋放大器 (例如是美國國家半導體的 LMH6611)來(lái)實(shí)現的簡(jiǎn)單 TIA 設計，并提供 TIA 設計所必需的信息，討論 TIA 的補償和性能結果，以及分析 TIA 輸出端的噪聲。

　　圖 1 所示為一個(gè)用電壓反饋放大器構建的帶有光電二極管等效電容和運放輸入電容的 TIA 模型。

　　由于 LMH6611 工作在較大增益 (RF) 時(shí)，其輸入偏置電流便較低，故可容許電路工作在低光強度的條件下。運算放大器反向端上的總電容 (Cr) 包括光二極管的電容 (CPD) 和輸入電容 (CIN)，Cr 在電路穩定性方面扮演著(zhù)很重要的角色，而穩定性則取決于這個(gè)電路的噪聲增益 (NG)，其定義為：

　　圖 2 所示為噪聲增益與運算放大器開(kāi)環(huán)增益 (AOL)交點(diǎn)的波特圖。當增益較大時(shí)，CT 和 RF 在傳遞函數中產(chǎn)生了一個(gè)零點(diǎn)。在較高的頻率下，在環(huán)路附近會(huì )出現過(guò)大的相移，使得跨導放大器絕對不穩定。

　　為了保持穩定性，需要加入一個(gè)反饋電容 (CF) 與RF 并聯(lián)以便在噪聲增益函數中的 fP 處構建一個(gè)極點(diǎn)。通過(guò)選用合適容值的 CF，便可使噪聲增益的斜坡變平從而獲取最佳的性能，這樣使得頻率 fP 點(diǎn)的噪聲增益等于運算放大器的開(kāi)環(huán)增益。這個(gè)在 AOL和噪聲增益交點(diǎn)以上的噪聲增益斜率“平坦化”會(huì )得到一個(gè) 45 度的相位余量 (PM)。這是因為在交點(diǎn)處，fP 點(diǎn)的噪聲增益極點(diǎn)會(huì )貢獻一個(gè) 45 度的相位超前，因此給出了一個(gè) 45 度的相位余量 (假設 fP 和fZ之間最少有 10 MHz 的距離)。

　　公式 3 和 4 理論上可計算出 CF 的最優(yōu)值和期望的 -3 dB 帶寬：

　　公式 4 指出 TIA 的 -3 dB 帶寬與反饋電阻成反比。因此，假如帶寬很重要的話(huà)，那最好的方法是在一個(gè)適度的跨導增益級后跟隨一個(gè)寬帶電壓增益級。