15-MHz-Photodioden-PCB, Feedback erbeten

Ich habe eine 2-lagige 15-MHz-Fotodioden-Verstärkerplatine entwickelt. Die erste Stufe ist ein Transimpedanzverstärker mit AD8065. Die zweite Stufe verwendet einen Stromrückkopplungsverstärker THS3091. Die Leistung wird von einer halbgeregelten Quelle +/-12 V off-board in J2 eingespeist, die dann mit einigen LDOs "rein" gemacht wird.Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Unter Verwendung der Formel aus dem Ad8065-Datenblatt sollte ich in der Lage sein, mit der gezeigten Rückkopplungsschleife eine Bandbreite von mindestens 15 MHz zu erhalten. Die Platine:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich habe ein paar ungewöhnliche Dinge mit dieser Platine gemacht und habe einige Fragen;

1) Ich habe die Grundebene auf Vorschlag des Datenblatts weggeschnitten; Die hochohmigen Eingangsknoten dieser Operationsverstärker sind besonders anfällig für Streukapazitäten. Ein ähnliches Design finden Sie bei TI, wo sie auch die Masse von den Eingangsknoten des Operationsverstärkers wegschneiden. Dies scheint auch bei Operationsverstärkern mit Stromrückkopplung üblich zu sein, daher habe ich den gleichen Schnitt für den THS3091 vorgenommen.

Beachten Sie, dass ich den Boden so geschnitten habe, dass es keine "Schleife" durch die Grundebene gibt. Ist dies richtig zu tun? Wäre es ratsam, sie mit einem Kondensator zu nähen?

2) Ich habe eine Schutzspur um den invertierenden Eingang des TIA hinzugefügt, um ihn vor streuenden Oberflächenströmen zu schützen. Ich habe dies getan, weil der Kurzschlussstrom meiner Fotodiode 1 uA beträgt, also denke ich, dass ich ihn um den 10-100 nA-Pegel verwenden werde. Da ich OSH-Park verwende, muss ich die Lötstoppmaske manuell entfernen, aber das ist in Ordnung?

3) Ich bin mir nicht sicher, ob R7 überhaupt dort sein sollte (ich habe einen Teil dieses Designs von einem Kollegen geerbt). R4/R9 gleichen den zugegebenermaßen minimalen Eingangsruhestrom aus, aber ich weiß überhaupt nicht, was R7 tut. Es scheint für die Impedanzanpassung zu sein, aber die Spuren hier sind so kurz, dass ich denke, dass es keine Rolle spielt?

4) In Bezug auf C3 und C4, die keine festgelegten Werte haben, sollten diese meiner Meinung nach gleich der Kapazität sein, die am - Eingang des Operationsverstärkers zu sehen ist? Wieder etwas, das ich geerbt habe. Ansonsten macht das Design für mich Sinn.

Jedes Feedback zu Design und PCB wäre willkommen!

Bearbeiten: Eine weitere Sache, meine Platzierung der Bypass-Kondensatoren war etwas willkürlich; Beim Routing habe ich nicht wirklich darauf geachtet, welcher Kondensator welcher ist. Ich plane, die kleinsten Bypass-Kappen dem Chip am nächsten zu platzieren.

Zu Nr. 2: Sie sollten dies nicht manuell tun müssen. Um die Lötstoppmaske über der Leiterbahn zu entfernen, müssen Sie einfach ein Feature auf der Lötstopplackschicht in Ihrem PCB-Design direkt über der Leiterbahn platzieren. Wie Sie dies tun, hängt davon ab, welches Programm Sie verwenden. Aber es sollte dasselbe sein, ob Sie OSHPark oder ein anderes Boardhouse verwenden.
Es könnte sich lohnen, die Spuren zu zerreißen, wenn die von Ihnen verwendete PCB-Software dies kann. Dies erleichtert den Übergang von dicken zu dünnen Spuren. Ich bin mir auch nicht sicher, was U3 ist, aber eine der Spuren wird plötzlich ziemlich dünn, kurz bevor sie Pin 1 erreicht.
+1 für eine nette Frage im üblichen Meer von Frageversuchen. und bitte hören Sie sich Bitsmak an, es besteht keine Notwendigkeit, Lötstopplack manuell zu entfernen, Ihre schlechteste Option ist, die Gerber manuell zu bearbeiten, was viel besser ist, als sr manuell zu schaben
Stellen Sie sicher, dass Ihre Versorgung unter Last genügend Headroom hat, um alle erwarteten Spannungsabfälle abzudecken. Ein paar Volt wären schön. Außerdem würde ich zulassen, dass die Masseebene unter den ICs kreuzt, um beide Seiten verbunden zu halten. Andernfalls müssen Sie stabile Drahtverbindungen von einer Seite zur anderen verlegen, da diese isoliert sind und eine gemeinsame Massereferenz verhindern.
@KalleMP Das Gelände ist oben in einer durchgehenden Verbindung verbunden, aber ich habe das Bild dort geschnitten. Außerdem sind sie an J1 angeschlossen, einem BNC-Anschluss, der wie ein Draht wirkt (der Anschlussabdruck ist oben zur Hälfte sichtbar). Ich denke, die Impedanz wird nicht so perfekt sein, als wäre sie vollständig, aber mir wurde gesagt, ich solle Masseschleifen vermeiden - da jede induzierte EMF proportional zur Fläche der Schleife ist.
Induzierte EMF- und Masseschleifenprobleme werden signifikant, wenn Sie große Ströme oder Stromimpulse haben, die sie induzieren. Sie beziehen sich auf die Versorgungsentkopplung auf unbestimmte Gründe, und das Rauschen auf ihnen wird zufällig mit Ihren linken oder rechten Erdungspunkten gekoppelt. Die einzige große Brücke am BNC wird wahrscheinlich dafür ausreichen, also machen Sie sich nicht zu viele Sorgen.
Ich glaube, R7 sollte ein "Trimm" -Widerstand sein. Dies ermöglicht die Anpassung des +-Eingangs, um ihn mit dem --Eingang abzugleichen. Wenn diese Genauigkeit nicht erforderlich ist, genügt ein Stück Draht. Ich würde die R9-, C3- und C4-Komponenten "darin lassen".

Antworten (1)

Mein erster Gedanke ist, dass Sie R7, R9, C3 und C4 ganz loswerden können. Ihr Operationsverstärker hat 1 pA Vorspannungsströme, um Himmels willen. Die durch Ruhestrom und Rückkopplungswiderstand erzeugten Eingangsoffsets betragen etwa 25 nV.

Ich bezweifle jedoch, dass Sie die gewünschte Antwort erhalten. Du sprichst nur von einer Überverstärkung von 5 bei 15 MHz, und das ist nicht im Entferntesten ausreichend. Modelliert man die Schaltung mit einer Eingangskapazität von 2 pF, ist es möglich, mit einem 2,5-kΩ-Rückkopplungswiderstand eine Leistung von 15 MHz zu erzielen, aber sie reagiert äußerst empfindlich auf den Wert des Rückkopplungskondensators, und das ist nie ein gutes Zeichen.

Das Anbringen eines Schutzrings am PD scheint Zeitverschwendung zu sein, da Sie eindeutig nicht mit extrem niedrigen Strömen arbeiten und die Eingangskapazität etwas erhöhen.

@PaulL - Ich glaube, ich habe mich falsch ausgedrückt. Die Übergangsfrequenz beträgt nur 65 MHz. Das Verhältnis von 5:1 ist das, was ich meinte.
Vielen Dank! Mir ist klar, dass diese Maßnahmen bei dem kleinen Bias-Strom wahrscheinlich extrem sind. Ich werde den Schutzring entfernen, aber da die zusätzlichen Widerstände und Kappen vernachlässigbare Kosten für die von mir verwendete Lautstärke verursachen, werde ich sie behalten (und ich kann später einen anderen TIA-Operationsverstärker verwenden). Ich bin mir nicht sicher, was Sie mit "Überverstärkung von 5 bei 15 MHz" meinen. Laut Datenblatt beträgt die Bandbreite für einen Phasenabstand von 45 Grad Sqrt [1 / (2 * piRfCi), was unter der Annahme von etwa 4 pF 15 MHz ergibt ... Sie haben Recht, es ist marginal. Jede überschüssige Kapazität wird diese Zahl wahrscheinlich entgleisen . Haben Sie einen Vorschlag für eine schnellere TIA?
Ich habe gerade Ihren Kommentar gesehen ... Ich dachte, die Übergangsfrequenz ist 3 dB bei 145 MHz? Woher bekommst du 75MHz?
Tippfehler - Es ist 65 MHz. analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/… Abbildung 53.
15-MHz-Photodioden-PCB, Feedback erbeten
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v