Reduzieren des Rauschens von Transimpedanzverstärkern

Ich untersuche einen verrauschten Ausgang eines Femto DHPCA-100 Hochgeschwindigkeits-Transimpedanzverstärkers ( http://www.femto.de/en/products/current-amplifiers/variable-gain-up-to-200-mhz-dhpca. html ). Die letzte Anwendung ist die Verstärkung des Signals einer PMT-Röhre - der Großteil des Rauschens kann jedoch ohne die PMT reproduziert werden.

Der Testaufbau ist unten dargestellt. Der TIA wird mit Strom versorgt und der Ausgang ist mit einem Oszilloskop mit einem 50-Ohm-Terminator verbunden. Der Ausgang dieses Verstärkers ist mit +/-1 V bei 50 Ohm Last spezifiziert. Der Verstärkungspegel ist auf 10^4 eingestellt, rauscharme Einstellung. Wenn der Eingang getrennt bleibt, beträgt der Rauschpegel etwa 4 mV Spitze-Spitze.

Wenn ein 6-Fuß-BNC-Kabel an den Eingang angeschlossen ist – aber am anderen Ende offen bleibt – springt der Rauschpegel auf etwa 40 mV Spitze-Spitze. Das ist genug Rauschen, um kleine Eingangssignale zu verbergen.

Ich gehe davon aus, dass der BNC "als Antenne fungiert" (mangels eines besseren technischen Ausdrucks) und Umgebungsgeräusche wie WLAN oder AM / FM und dergleichen aufnimmt.

Meine Frage lautet wie folgt:

  • Ist das Standardverhalten für einen TIA?
  • Was kann, wenn überhaupt, getan werden, um diese Art von Lärm zu reduzieren? Vielleicht ein kürzerer oder besser geschirmter BNC? Ich habe ein 12-Fuß-BNC-Kabel ausprobiert und die Geräuschpegel sind ungefähr gleich
  • Gibt es einen offensichtlichen Fehler, den ich bei der Konfiguration der Instrumentierung mache? Gibt es Best Practices, um Rauschen dieser Art zu reduzieren?

Ich habe mehrere Quellen zu TIA-Rauschen und -Stabilität gelesen, aber die meisten beziehen sich auf die Erstellung Ihrer eigenen Schaltung, anstatt ein handelsübliches Produkt zu verwenden. Ich habe auch viele verschiedene Konfigurationen dieses Testaufbaus ausprobiert, wie z. B. das Beenden der Eingabe, das Beenden der Ausgabe nur mit der 1M-Auflösung des Oszilloskops usw. Keine brachte nützliche Erkenntnisse. Ich bin ratlos, was ich hier machen soll.

Danke im Voraus.

Versuchsaufbau

Antworten (2)

Ist das Standardverhalten für einen TIA?

Ja, leider und nein, Ihr Kabel fungiert nicht als Antenne, sondern als Kondensator. Die Kabelkapazität ist von -Vin mit Masse verbunden, wodurch die nicht invertierende Verstärkung Ihres Verstärkers bei hohen Frequenzen sehr groß wird.

Was hat eine nicht invertierende Verstärkung mit einem TIA zu tun, höre ich Sie möglicherweise fragen?

Nun, in Reihe mit +Vin haben Sie eine Rauschquelle, und dies ist die äquivalente Eingangsrauschquelle Ihres Verstärkers (Operationsverstärker), und mit einer Kapazität von Null auf -Vin haben Sie eine nicht invertierende Verstärkung von Eins.

Fügen Sie nun etwas Kapazität hinzu und die nicht invertierende Verstärkung wird zu: -

1 + R F X C

Wenn Sie mehr Kapazität hinzufügen, wird Xc natürlich kleiner und die "Rauschverstärkung" (ja, so heißt es) wird größer.

Was kann, wenn überhaupt, getan werden, um diese Art von Lärm zu reduzieren?

Die meisten Leute fügen einen Rückkopplungskondensator über Rf hinzu, um der Kapazität auf -Vin entgegenzuwirken. Weitere Informationen zu einem Fotodiodenverstärker mit einem TIA finden Sie auch in dieser Antwort .

Also bin ich SOL beim Hinzufügen einer Feedback-Obergrenze, wenn ich mich darauf beschränke, die oben erwähnte Standard-TIA zu verwenden, richtig?
Wie viel Serienwiderstand können Sie dann am Eingang erleiden?
Nicht ganz sicher, vielleicht 50
Nun, das sollte das Rauschen reduzieren, aber um wie viel weiß ich nicht.
Andy, was halten Sie vom Bootstrapping der Kapazität am Eingang des TIA mit einem JFET-Frontend ähnlich einer aktiven Sonde? Dies sollte das Problem mindern, nein?
@LukeGary sicher, dass Sie das tun können, aber nicht für das OP. Es hört sich so an, als ob das OP nichts einfach ändern kann, und die Signalquelle benötigt ihre 0-Volt-Referenz, die vom FET "gebootet" wird, und es ist unklar, ob dies einfach möglich ist.

Gibt es einen offensichtlichen Fehler, den ich bei der Konfiguration der Instrumentierung mache? Gibt es Best Practices, um Rauschen dieser Art zu reduzieren?

JA!

In der Bedienungsanleitung des Verstärkers steht folgendes:

Die in dieser Tabelle angegebenen oberen Grenzfrequenzen und äquivalenten Eingangsrauschströme sind nur typische Werte, die von der Quellenkapazität abhängen. Halten Sie die Quellenkapazität so gering wie möglich, indem Sie kurze Kabel am Eingang verwenden, um die bestmögliche Bandbreite und Rauschleistung zu erzielen.

Bei einem Transimpedanzverstärker ist es unbedingt erforderlich, dass Sie das Kabel so kurz wie möglich halten. Einige Anbieter geben eine maximale Länge an (häufig in Zoll). Sie führen es durch mehrere Meter Kabel. Das wird nicht funktionieren.

Reduzieren des Rauschens von Transimpedanzverstärkern
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