Limitación del voltaje de salida del Opamp para evitar la saturación

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Problema :

mi fotodiodo recibe impulsos de ancho 10ns-150ns y se repite a una velocidad de 1Hz-50KHz

la corriente del diodo fotográfico en función de la luz incidente puede ir desde 10nA-100mA,

en pocas palabras, mi aplicación intenta digitalizar los pulsos analógicos para medir el ancho de pulso

así que tengo 'solo' dos diodos fotográficos para cubrir el rango dinámico, después de dividir el rango dinámico en múltiples canales como 1uA-5mA (menos de 1uA es difícil para mí medir los pulsos de 10 ns por varias razones, encuentre aquí , here ) y 500uA-100mA, allí Hay algunas razones especiales, como la atenuación óptica antes de que un sensor creado para romper los diodos fotográficos se superponga a uno.

así que para mi primer canal 1uA-1mA que es donde quiero hacer la conversión IV utilizando un TIA en lugar de usar una resistencia, así que para una ganancia de 1K pude lograr una ganancia adecuada de 60 dB a 100 MHz, por lo que no cambia la ganancia ahora,

a través de este 1uA será 1mV y 5mA será 5V, ahora eso no es suficiente. Tengo que poner una etapa de ganancia más de 20V / V para leer mi 1mV, por lo que la segunda etapa se saturará con una entrada de 500uA. que es un retroceso a mi enfoque (para mantener el problema no publiqué la segunda etapa)

Enfoque 1:

así que usé esta técnica de usar diodos en mi bucle para que la salida fuera limitado al corte del diodo, pero esto conduce a oscilaciones en otras palabras, inestabilidad del opamp

Resultados:

paraunacorrienteporencimade450uA,elopampcomienzaaoscilarligeramente,paraunacorrientedadade1mAaladerechasepuedevercompletamenteinestable,penséqueelproblemasedebeaqueeltiempodeconmutacióndeldiodoessolode5ns,asíquelocambiéaschottkyqueresultóenunainestabilidadcompleta,porloquedebehaberalgúnproblemaconopampolaconfiguración,porfavorguíe

Enfoque2:

¿limitandolacorrientedesalidadeldiodofotográficoa500uA?Alutilizarunlimitadordecorriente,quenofuncionócorrectamente,yaqueelenfoqueensíafectalarespuestadefrecuenciaytambiénagregadistorsiónalaseñal,lapreguntacitadaintentalimitarlacorrientea5mA.Tambiénsepuedeaplicara500uA,encuéntrela here , as ha fallado, no quiero traerlo aquí.

Por favor, sugiérame un enfoque alternativo para abordar esto, o cualquier modificación al diseño existente para eliminar el problema, para abreviar, quiero cubrir el rango de 1uA-5mA

    
pregunta kakeh

2 respuestas

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Tienes un par de problemas con tu circuito. Primero, LTC6268-10 es una parte de 5V. No puedes ir y alimentarlo +/- 5V! A +/- 2.5V el circuito funciona más como lo anunciado.

Segundo, su circuito de diodo está oscilando porque la retroalimentación opamp se sale de control. Muy científico, lo sé, pero sin molestarse en hacer las matemáticas difíciles, puede solucionar esto agregando una resistencia de serie al sensor de luz que coincida con el TC de su resistencia de derivación. También necesita una resistencia en serie en el diodo. Vamos a usar 100R para eso.

Para el sensor de luz, la resistencia de la serie 1k + 1p es aproximadamente 12p y 82R. Si experimentamos un poco, encontraremos que 22R da una respuesta más rápida pero más timbres y 1k es inestable.

Tercero, ahora tienes un circuito limitador de voltaje, ¡felicitaciones! Por desgracia, MMSD4148 no es un diodo de recuperación rápida, se tarda 5ns en desconectarse. Eso no es bueno para pulsos 10ns!

VamosareemplazarloconunBAS70E6327vishaymuchomásrazonablecon100psTrr.

Cuarto,yay,ahoratenemosunafijacióndevoltajequefuncionademanerabastanterazonable.Sinembargo...noesexactamenteequilibrado.Bajando,esaresistenciadediodo+100Rbajarálasalidamuchomásrápidoque1kpuedecargarelcondensadorde12pFenlaotradirección.Paraagregarinsultoalalesión,el100RsujetaelvoltajebastantecercadelaVf,porloquevemosunabuenatransiciónbruscaenunadirecciónyunacaídaRCenlaotra.

Podemoshacerqueesteaspectoseamásbonitocambiandolaresistenciadelaseriea330R,peroprincipalmentelohacevermejor,yaqueahoraelaplausodelvoltajeestáenunvoltajemásaltoyseeliminaeltimbre,peroenrealidadnohacenadaparavolveracero.

Esacaídaescausadaporlacapacitanciaparásita~2pFdeesediodo.Asíque,básicamente,usteddeseaunarecuperaciónultrarrápida,unacorrienteinversaultraaltayunacapacitanciaultrapequeña.Notodos.

Suproblemabásicoaquíengeneralesquesurangodemediciónesbastanteirrazonable.Porotrolado,ustedquieremedirlaseñal1uA/1mV(¿cómo?)Yluegoregresayquieremanejarlaseñal1mA/1Vtambiénconelmismocircuito.ObtienesesareduccióndelretrasoRCqueredondearálascosascadavezmáscuantomásfuertesealaseñal.A1mAes+14nsparacruzar1mV.A100uAsonlas11ns.a10uAsetratade8ns.En1uAtieneelproblemaopuestoyaquelaseñalnollegaa1mV,peroseacercainfinitamente.

Definitivamente,paracualquiertipodefidelidad,estorequierealgúnotrotipodecircuitoounrangodeseñalmáslimitadoopulsosmáslargos.Tambiénseríaútilhacerelanálisisdeestabilidaddelbuclederetroalimentaciónyaqueobviamenteesmarginalaquí.Creoqueusarunamplificadordealtavelocidadde500MHzfuncionaríamejorqueunamplificadorde4GHz,puedeobtenerlamismavelocidaddegirode3kV/usdesdelaspartesde300-500MHzysonmuchomásestables.Tambiénayudaríasipudierasencontrareldiodoperfecto,perolodejarécomounejercicioparati,yapasémuchotiempoenesto...

Aquíestáelcircuitomodificado.

    
respondido por el Barleyman
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Primero, puedes intentar reemplazar los diodos con dispositivos de ley cuadrada vinculados con BJT. Como se menciona en la imagen, la estabilidad mejora.

Enlugardereinventarlarueda,puedeserútilconsultar Guía de TI para amplificadores logarítmicos . En particular, la figura 1 con I_in como entrada actual.

Paracitarelpdfunpocomás..."Esto confirma que la tensión de salida del circuito está relacionada logarítmicamente con la entrada del circuito".

    
respondido por el jbord39

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