如何降低光電二極管帶寬和噪聲影響

典型的光傳感系統(tǒng)電路在前端都有一個(gè)光電二極管、運(yùn)算放大器和反饋電阻器/電容器對(duì)。本文將以前文中介紹的電路作為開(kāi)始。該電路中，光電二極管、放大器和反饋電容元件限制了電路的帶寬。

利用一個(gè)大寄生電容或者在較遠(yuǎn)距離，通過(guò)光電二極管實(shí)施光傳感時(shí)，放大器輸入具有較大的輸入電容。這種電容增加會(huì)增加電路的噪聲增益，除非你增加放大器的反饋電容。如果反饋電容(CF) 增加，則電路的帶寬降低。

要解決這一問(wèn)題，您可以使用一個(gè)自舉電路(請(qǐng)參見(jiàn)圖1)。具有較低二極管電容的光電二極管并不會(huì)從該電路中受益。單位增益緩沖器A2 去除了線(xiàn)纜電容以及跨阻抗放大器A1 輸入產(chǎn)生的光電二極管寄生電容。

圖1 脫離跨阻抗設(shè)計(jì)問(wèn)題的自舉二極管電容和線(xiàn)纜電容

進(jìn)行這種電路設(shè)計(jì)時(shí)，A2 放大器類(lèi)型的選擇可以稍微放寬一些。只有四個(gè)性能規(guī)范較為重要。這些設(shè)計(jì)原則包括選擇一個(gè)低輸入電容、低噪聲、帶寬高于A1 且低輸出阻抗的放大器。

這種設(shè)計(jì)中，A2 的輸入電容是跨阻抗系統(tǒng)AC 傳輸函數(shù)中起作用的唯一電容。緩沖器輸入電容代替A1 輸入電容、線(xiàn)纜電容和光電二極管寄生電容三者的和。一個(gè)較好的原則是CA2 <<(CA1 + CCA +CPD)，其中，CA1 和CA2 為其輸入差動(dòng)與共模電容的和。

使用這種設(shè)計(jì)，您可以把一種噪聲問(wèn)題(A1) 與另一種(A2) 互換。單位增益緩沖器消除了A1 的噪聲影響。一種較好的原則是讓A2 噪聲<= A1。

該系統(tǒng)中輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之差碰到線(xiàn)纜/二極管電容后降低。您可以通過(guò)選擇比A1 更大帶寬的A2 并且讓A2 的輸出阻抗保持在較低水平來(lái)維持這種低信號(hào)差。A2 增益滾降給帶寬改善設(shè)定了上限，從而使這些放大器之間的帶寬關(guān)系等于A2-BW>> A1-BW。您在平衡CF 和A2 輸入電容時(shí)，這種電路要求穩(wěn)定優(yōu)化。