2024年3月20日发(作者：揭访冬)
跨阻放大器电路设计原理 - 电子技术
跨阻放大器(TIA)是光学传感器(如光电二极管)的前端放大器，用于
将传感器的输出电流转换为电压。跨阻放大器的概念很简洁，即运算
放大器(op amp)两端的反馈电阻(RF)使用欧姆定律VOUT= I × RF将
电流(I)转换为电压(VOUT)。在这一系列博文中，我将介绍如何补偿
TIA，及如何优化其噪声性能。对于TIA带宽、稳定性和噪声等关键
参数的定量分析，请参见标题为“用于高速放大器的跨阻抗留意事项”
的应用注释。
在实际电路中，寄生电容会与反馈电阻交互，在放大器的回路增
益响应中形成不必要的极点和零点。寄生输入和反馈电容的最常见来
源包括光电二极管电容(CD)、运算放大器的共模(CCM)和差分输入电
容(CDIFF)，以及电路板的电容(CPCB)。反馈电阻RF并不抱负，并且
具有可能高达0.2pF的寄生并联电容。在高速TIA应用中，这些寄生
电容相互交互，也与RF交互生成一个不抱负的响应。在本篇博文中，
我将阐述如何来补偿TIA。
图1显示了具有寄生输入和反馈电容源的完整TIA电路。
图1：含寄生电容的TIA电路
三个关键因素打算TIA的带宽：
总输入电容(CTOT)。
由RF设置抱负的跨阻增益。
运算放大器的增益带宽积(GBP)：增益带宽越高，产生的闭环跨
阻带宽就越高。
1
这三个因素相互关联：对特定的运算放大器来说，定位增益将设
置最大带宽;反之，定位带宽将设置最大增益。
无寄生的单极放大器
这一分析的第一步假定在AOL响应和表1所示的规格中有一个单
极的运算放大器。
DC、AOL(DC)时运算放大器的开环增益
120dB
运算放大器GBP
1GHz
反馈电阻RF
159.15kW
表1：TIA规格
放大器的闭环稳定性与其相位裕度ΦM有关，相位裕度由定义为
AOL× β的环路增益响应来确定，其中β是噪声增益的倒数。图2和
图3中分别显示了用来确定运算放大器AOL和噪声增益的TINA-TI电
路。图2配置了一个开环配置的在试设备(DUT)，以导出其AOL。图3
使用了一个具有抱负RF、CF和CTOT的抱负运算放大器来得出噪声增
益-1/β。图3目前不包括寄生元件CF和CTOT。
图2：用来确定AOL的DUT配置
图3：用来确定噪声增益(1/β)的抱负放大器配置
2
2024年3月20日发(作者：揭访冬)
跨阻放大器电路设计原理 - 电子技术
跨阻放大器(TIA)是光学传感器(如光电二极管)的前端放大器，用于
将传感器的输出电流转换为电压。跨阻放大器的概念很简洁，即运算
放大器(op amp)两端的反馈电阻(RF)使用欧姆定律VOUT= I × RF将
电流(I)转换为电压(VOUT)。在这一系列博文中，我将介绍如何补偿
TIA，及如何优化其噪声性能。对于TIA带宽、稳定性和噪声等关键
参数的定量分析，请参见标题为“用于高速放大器的跨阻抗留意事项”
的应用注释。
在实际电路中，寄生电容会与反馈电阻交互，在放大器的回路增
益响应中形成不必要的极点和零点。寄生输入和反馈电容的最常见来
源包括光电二极管电容(CD)、运算放大器的共模(CCM)和差分输入电
容(CDIFF)，以及电路板的电容(CPCB)。反馈电阻RF并不抱负，并且
具有可能高达0.2pF的寄生并联电容。在高速TIA应用中，这些寄生
电容相互交互，也与RF交互生成一个不抱负的响应。在本篇博文中，
我将阐述如何来补偿TIA。
图1显示了具有寄生输入和反馈电容源的完整TIA电路。
图1：含寄生电容的TIA电路
三个关键因素打算TIA的带宽：
总输入电容(CTOT)。
由RF设置抱负的跨阻增益。
运算放大器的增益带宽积(GBP)：增益带宽越高，产生的闭环跨
阻带宽就越高。
1
这三个因素相互关联：对特定的运算放大器来说，定位增益将设
置最大带宽;反之，定位带宽将设置最大增益。
无寄生的单极放大器
这一分析的第一步假定在AOL响应和表1所示的规格中有一个单
极的运算放大器。
DC、AOL(DC)时运算放大器的开环增益
120dB
运算放大器GBP
1GHz
反馈电阻RF
159.15kW
表1：TIA规格
放大器的闭环稳定性与其相位裕度ΦM有关，相位裕度由定义为
AOL× β的环路增益响应来确定，其中β是噪声增益的倒数。图2和
图3中分别显示了用来确定运算放大器AOL和噪声增益的TINA-TI电
路。图2配置了一个开环配置的在试设备(DUT)，以导出其AOL。图3
使用了一个具有抱负RF、CF和CTOT的抱负运算放大器来得出噪声增
益-1/β。图3目前不包括寄生元件CF和CTOT。
图2：用来确定AOL的DUT配置
图3：用来确定噪声增益(1/β)的抱负放大器配置
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