1、用于寬范圍光電二極管的跨阻抗放大器具有苛刻的要求光電二極管廣泛見諸于眾多的應用，其用于把光轉換 為可在電子電路中使用的電流或電壓。從太陽能電池到光數 據網絡、從高精度儀器到色層分析再到醫療成像等均在此類 應用之列。所有這些應用都需要用于對光電二極管輸出進行 緩沖和調節的電路。對于那些需要高速和高動態范圍的應用， 通常采用如圖1所示的跨阻抗放大器（TIA）電路。在圖1中， 反饋電容顯示為一個寄生電容。對于許多應用來說，這是一 個為確保穩定性而有意布設的電容器。該電路讓光電二極管處于“光電導模式” ，并在其負極 上施加了一個偏置電壓。兩個運放輸入之間的虛擬連接把正 極保持在地電位，從而在該光電二極

2、管的兩端施加了一個恒 定的反向偏置電壓?？梢园压怆姸O管看作是一個電流源 （與光強成比例） 、一個電容器、一個大的電阻器和一個所 謂暗電流的全并聯連接。二極管兩端的偏置電壓越大，光電 二極管電容往往會變得越小。雖然這對速度有益，但在實際 中則受限于光電二極管承受大反向電壓的能力。由光電二極管產生的電流（IPD）被TIA電路放大，并通 過跨阻抗增益電阻器（這里也稱為反饋電阻器，即RF轉換為一個電壓。理想的情況是，該電流全部流過 RF（ 即: IFB=IPD）， 然而實際上，放大器會以運放輸入偏置電流的形式“竊取” 部分電流。此偏置電流在輸出端上產生一個誤差電壓并限制 了動態范圍。增益電阻器越大，

3、這種影響就越厲害。應選擇 具有足夠低偏置電流（以及輸入失調電壓和輸入失調電壓漂 移）的放大器以實現所需的動態范圍和總體準確度，這一點 很重要。另一個考慮因素是運放輸入電流隨溫度變化的影響。采 用雙極性輸入級的運放具有相當恒定的輸入電流。但是該電 流即使在室溫條件下也非常高（達到nA甚至卩A級），因而導致無緩沖雙極放大器不適合很多高跨阻抗增益應用。為此， 相比于雙極放大器，人們通常優先選擇具有一個FET輸入級的運放，因為它們天生具有較低的輸入電流，在室溫條件下 常常為幾個pA或更低。但是，輸入 ESD保護二極管在變熱 時會發生泄漏，從而造成輸入電流隨溫度呈指數性上升。一 個在室溫下具有pA級偏置

4、電流的運放在 125 C時輸入電流 達到 nA 級的情況并不少見。本文稍后將介紹一款通過 ESD 二極管的自舉來解決該問題的運放。另一種可選方案是使用 一個分立的FET在放大器輸入端上對光電二極管進行緩沖， 但這需要一個額外的組件（相應地需要占用電路板空間） ， 而且具有相對較高的輸入電容。由于動態范圍是最大輸出信號與噪聲之比，因此應選擇 具有足夠低噪聲的運放，這一點很重要。運放的電流噪聲和電壓噪聲均至關緊要，其影響程度的高低取決于RF 和 CIN的數值。輸入電容 CIN（見圖2）是光電二極管電容、 放大器 輸入電容和電路板雜散電容的組合。在跨阻抗放大器電路中， 電流噪聲與RF相乘，從而使噪聲

5、表現為一個輸出電壓誤差。 另外，放大器的電壓噪聲與噪聲增益相乘。因此，對于較高 的RF值，電流噪聲（in）變得更具支配作用，而對于采用高 CIN的電路，電壓噪聲（en）屆主導地位。想找到一款兼具 低電流噪聲和低電壓噪聲的運放會是一件十分棘手的事。此外，輸入電容還限制了帶寬。有關于此的一種思考方 法是：把輸入電容器的阻抗看作是傳統負輸出運放配置中的 增益電阻器（RG）。該電容器越大，則阻抗越小，而且運放“承受”的有效增益（1+ RF/RG常被稱為噪聲增益）越大。 由于放大器的帶寬與增益之間成反比關系（因增益帶寬乘積 的恒定特性之故） ，因此這意味著大的輸入電容將限制電路 帶寬。對此也可以從穩定性的角度來思考。運放輸入端上的 電容會在頻域中產生一個極點，或在時域中產生一個延遲。 通過增設一個 （有意的， 而不是寄生的） 反饋電容器 （ CF）， 可對該極點進行補償