PCB fotodiodo 15MHz, richiesta retroazione


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Ho sviluppato una scheda amplificatore fotodiodo a 2 strati da 15 MHz. Il primo stadio è un amplificatore di transimpedenza che utilizza AD8065. Il secondo stadio utilizza un amplificatore a retroazione di corrente, THS3091. L'alimentazione è +/- 12 V alimentata off-board, in J2, da una fonte semi-regolata, che viene poi resa "pura" usando alcuni LDO. inserisci qui la descrizione dell'immagine

Usando la formula dal foglio dati Ad8065, dovrei essere in grado di ottenere una larghezza di banda di almeno 15 MHz usando il circuito di feedback mostrato. Il PCB:

inserisci qui la descrizione dell'immagine

Ho fatto alcune cose insolite con questo PCB e ho alcune domande;

1) Ho tagliato il piano di massa su suggerimento del foglio dati; i nodi di ingresso ad alta impedenza di questi amplificatori operazionali sono particolarmente sensibili alla capacità parassita. Un design simile può essere trovato da TI, in cui tagliano anche il terreno lontano dai nodi di ingresso dell'op-amp. Questa sembra essere una pratica standard anche con gli op-amp con feedback di corrente, quindi ho fatto lo stesso taglio per il THS3091.

Si noti che ho tagliato il terreno in modo tale che non vi sia alcun "loop" creato dal piano di massa. È corretto farlo? Sarebbe saggio cucirli con un condensatore?

2) Ho aggiunto una traccia di guardia attorno all'ingresso invertente del TIA per proteggerlo dalle correnti vaganti della superficie. L'ho fatto perché la corrente di corto circuito del mio fotodiodo è 1uA, quindi immagino che lo userò intorno al livello 10-100nA. Dal momento che sto usando OSH-park dovrò rimuovere manualmente la maschera di saldatura, ma va bene?

3) Non sono sicuro che R7 dovrebbe essere lì (ho ereditato parte di questo progetto da un collega). R4 / R9 bilancia la corrente di polarizzazione in ingresso minima, ma non so affatto cosa stia facendo R7. Sembra essere per la corrispondenza dell'impedenza, ma le tracce qui sono così brevi che non penso che importi?

4) Per quanto riguarda C3 e C4, che non hanno valori specificati, penso che dovrebbero essere uguali alla capacità vista sull'ingresso - dell'amplificatore operazionale? Ancora una volta qualcosa che ho ereditato .. Altrimenti il ​​design ha senso per me.

Qualsiasi feedback sul design e PCB sarebbe apprezzato !!

Modifica: un'altra cosa, il mio posizionamento del condensatore di bypass era in qualche modo arbitrario; durante il routing non ho davvero tenuto traccia di quale condensatore è quale. Sto pensando di posizionare i più piccoli cappucci di bypass più vicini al chip.


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Riguardo al n. 2: non dovresti farlo manualmente. Per rimuovere la maschera di saldatura sopra la traccia, è sufficiente posizionare una funzione sullo strato soldermask nel design del PCB, direttamente sopra la traccia. Il modo in cui lo fai dipende dal programma che stai utilizzando. Ma dovrebbe essere lo stesso se si utilizza OSHPark o qualsiasi altra board house.
Bitmap

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Potrebbe valere la pena cercare di far cadere le tracce se il software PCB utilizzato può farlo. Ciò faciliterà il passaggio da tracce spesse a sottili. Inoltre, non sono sicuro di cosa sia l'U3, ma una delle tracce diventa improvvisamente piuttosto sottile appena prima che raggiunga il pin 1.
Tom Carpenter,

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+1 per una bella domanda nei soliti tentativi di mare di domande. e per favore ascolta bitsmak, non c'è bisogno di rimuovere manualmente la maschera di saldatura, la tua peggior opzione è quella di modificare manualmente i gerber che è molto meglio che raschiare sr manualmente
Vladimir Cravero,

Assicurati che la tua riserva abbia abbastanza spazio sotto carico per coprire tutte le cadute di tensione previste. Alcuni volt sarebbero carini. Inoltre consentirei al piano di massa di attraversare sotto i circuiti integrati per mantenere entrambi i lati collegati, altrimenti sarà necessario eseguire robusti collegamenti di filo da un lato all'altro, isolandoli si eviterà un riferimento di terra comune.
KalleMP,

@KalleMP I motivi sono collegati in alto in un join continuo, ma ho tagliato l'immagine lì. Inoltre sono collegati a J1, un connettore BNC che si comporta come un filo (l'impronta del connettore è metà visibile in alto). Immagino che l'impedenza non sarà perfetta come se fosse completa, ma mi è stato detto di evitare i loop del piano di massa, poiché qualsiasi EMF indotto è proporzionale all'area del loop.
Paul L,

Risposte:


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Il mio primo pensiero è che puoi sbarazzarti di R7, R9, C3 e C4 del tutto. Il tuo amplificatore operazionale ha 1 corrente di polarizzazione pA, per l'amor del cielo. Gli offset di input prodotti dalla corrente di polarizzazione e dalla resistenza di feedback ammontano a circa 25 nV.

Tuttavia, sono estremamente dubbioso che tu possa ottenere la risposta che desideri. Stai solo parlando di un guadagno in eccesso di 5 a 15 MHz, e questo non è abbastanza remoto. Modellando il circuito con una capacità di ingresso di 2 pF, è possibile ottenere prestazioni a 15 MHz con un resistore di feedback da 2,5 k, ma è estremamente sensibile al valore del condensatore di feedback e questo non è mai un buon segno.

Mettere un anello di guardia sul PD sembra una perdita di tempo, dal momento che chiaramente non si sta operando a correnti estremamente basse, e in qualche modo aumenta la capacità di ingresso.


@PaulL - Penso di aver sbagliato a parlare. La frequenza di crossover è di soli 65 MHz. Il rapporto di 5: 1 è quello a cui mi riferivo.
WhatRoughBeast,

Grazie! Mi rendo conto che con la piccola corrente di polarizzazione, queste misure sono probabilmente estreme. Rimuoverò l'anello di protezione, ma poiché i resistori e i tappi extra aggiungono un costo trascurabile per il volume che sto usando, li terrò (e potrei usare un altro op amp TIA in seguito). Non sono sicuro di cosa significhi "guadagno in eccesso di 5 a 15 MHz". Secondo il foglio dati, per un margine di fase di 45 gradi la larghezza di banda è Sqrt [1 / (2 * piRfCi) che supponendo che qualcosa come 4pF dia 15MHz ... hai ragione, è marginale. Qualsiasi eccesso di capacità probabilmente farà deragliare questo numero . Hai qualche suggerimento per un TIA più veloce?
Paul L,

Ho appena visto il tuo commento ... Immagino di aver pensato che la frequenza di crossover sia 3db @ 145MHz? Da dove prendi 75MHz?
Paul L,

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