PCB de fotodiodo de 15 MHz, feedback solicitado


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Eu desenvolvi uma placa amplificadora de fotodiodo de 2 camadas e 15 MHz. O primeiro estágio é um amplificador de transimpedância usando o AD8065. O segundo estágio está usando um amplificador de feedback de corrente, THS3091. A energia é alimentada externamente a +/- 12V no J2, a partir de uma fonte semi-regulada, que é então 'purificada' usando alguns LDOs. insira a descrição da imagem aqui

Usando a fórmula da folha de dados do Ad8065, devo conseguir largura de banda de pelo menos 15 MHz usando o loop de feedback mostrado. O PCB:

insira a descrição da imagem aqui

Eu fiz algumas coisas incomuns com este PCB e tenho algumas perguntas;

1) Cortei o plano de terra por sugestão da folha de dados; os nós de entrada de alta impedância desses amplificadores operacionais são particularmente suscetíveis à capacitância perdida. Um projeto semelhante pode ser encontrado na TI, onde eles também cortam o solo dos nós de entrada do amplificador operacional. Essa parece ser uma prática padrão também com amplificadores operacionais com feedback atual, então fiz o mesmo corte para o THS3091.

Observe que eu cortei o chão de forma que não haja um 'loop' feito pelo plano de terra. Isso é correto? Seria sensato costurá-los com um capacitor?

2) Adicionei um traço de proteção em torno da entrada inversora do TIA para protegê-lo das correntes de superfície dispersas. Fiz isso porque a corrente de curto-circuito do meu fotodiodo é de 1uA, então acho que vou usá-la em torno do nível 10-100nA. Como estou usando o OSH-park, terei que remover manualmente a máscara de solda, mas tudo bem?

3) Não tenho certeza de que o R7 deva estar lá (herdei parte desse design de um colega). O R4 / R9 equilibra a corrente de viés de entrada mínima admissível, mas não sei o que o R7 está fazendo. Parece ser para correspondência de impedância, mas os traços aqui são tão curtos que não acho que isso importe?

4) Em relação a C3 e C4, que não possuem valores especificados, acho que devem ser iguais à capacitância observada na entrada do amplificador operacional? Novamente, algo que eu herdei. Caso contrário, o design faz sentido para mim.

Qualquer feedback sobre o design e PCB seria apreciado !!

Edit: mais uma coisa, minha colocação do capacitor de bypass foi um pouco arbitrária; no roteamento, eu realmente não acompanhei qual capacitor é qual. Estou pensando em colocar as menores tampas de derivação mais próximas do chip.


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Em relação ao item 2: você não deve fazer isso manualmente. Para remover a máscara de solda sobre o traço, basta colocar um recurso na camada de máscara de solda em seu design de PCB, diretamente sobre o traço. Como você faz isso depende de qual programa você está usando. Mas deve ser o mesmo, se você usa o OSHPark ou qualquer outra casa de diretoria.
bitsmack

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Pode valer a pena olhar para rasgar os traços, se o software PCB que você usa puder fazer isso. Isso facilitará a transição de traços grossos para finos. Além disso, não sei o que U3 é, mas um dos traços de repente fica muito fina pouco antes que ele atinja o pino 1.
Tom Carpenter

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+1 para uma boa pergunta no mar de tentativas comuns. e por favor, escutem bitsmak, não há necessidade de remover manualmente solda máscara, seu pior opção é editar manualmente os gerbers que é muito melhor do que raspagem manualmente sr
Vladimir Cravero

Verifique se o seu suprimento tem espaço suficiente sob carga para cobrir todas as quedas de voltagem esperadas. Alguns volts seriam bons. Além disso, eu permitiria que o plano de aterramento cruzasse sob os ICs para manter os dois lados conectados; caso contrário, você precisará executar elos de fio robustos de um lado para o outro; tê-los isolados impedirá uma referência de aterramento comum.
KalleMP 16/02

@KalleMP Os motivos são conectados no topo em uma junção contínua, mas eu corto a imagem lá. Além disso, eles estão conectados no J1, um conector BNC que age como um fio (a pegada do conector é metade visível na parte superior). Eu acho que a impedância não será tão perfeita como se estivesse completa, mas me disseram para evitar loops no plano de terra - já que qualquer CEM induzida é proporcional à área do loop.
Paul L

Respostas:


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Meu primeiro pensamento é que você pode se livrar de R7, R9, C3 e C4 completamente. Seu amplificador operacional possui uma corrente de polarização de 1 pA, pelo amor de Deus. As compensações de entrada produzidas pela corrente de polarização e resistência de realimentação chegam a cerca de 25 nV.

No entanto, sou extremamente duvidoso que você possa obter a resposta que deseja. Você está falando apenas de um ganho excessivo de 5 a 15 MHz e isso não é remotamente adequado. Modelando o circuito com capacidade de entrada de 2 pF, é possível obter um desempenho de 15 MHz com um resistor de feedback de 2,5 k, mas é extremamente sensível ao valor do capacitor de feedback, e isso nunca é um bom sinal.

Colocar um anel de proteção no PD parece uma perda de tempo, já que você claramente não está operando em correntes extremamente baixas e isso aumenta um pouco a capacitância de entrada.


@PaulL - acho que falo errado. A frequência de crossover é de apenas 65 MHz. A proporção de 5: 1 é o que eu estava me referindo.
WhatRoughBeast

Obrigado! Percebo que, com a pequena corrente de viés, essas medidas são provavelmente extremas. Retirei o anel de proteção, mas como os resistores e as tampas extras acrescentam um custo insignificante ao volume que estou usando, os manteremos (e posso usar um amplificador operacional TIA diferente posteriormente). Não sei o que você quer dizer com 'ganho excessivo de 5 a 15 MHz'. De acordo com a folha de dados, para uma margem de fase de 45 graus, a largura de banda é de Sqrt [1 / (2 * piRfCi), que assumindo que algo como 4pF fornece 15MHz ... você está certo, é marginal. . Você tem alguma sugestão para uma TIA mais rápida?
18716 Paul

Acabei de ver seu comentário ... Acho que pensei que a frequência de crossover é a 3db @ 145MHz? De onde você obtém 75 MHz?
Paul L

Erro de digitação - São 65 MHz. analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/… Figura 53.
WhatRoughBeast
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