Amplificador de transimpedancia de conversión de corriente de amplio rango

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Estoy luchando para pensar en una solución para diseñar un amplificador de transimpedancia (TIA) que pueda convertir 100 nA a 10 mA. Esto es de 5 décadas. Quiero poder amplificar estos a 1.5V mínimo. (3V max).

Quiero hacer la mayor parte de la amplificación en el TIA debido a un menor ruido total.

Si tengo una resistencia de valor fijo en el circuito de retroalimentación TIA, puede ser máximo de 300 ohmios para alcanzar una amplitud de 3V para 10 mA. Esto significa que para poder amplificar 100 nA a 3V necesitaría tener una ganancia de 100 000 que es demasiado grande y daría demasiado ruido adicional en las etapas de amplificación en cascada.

Si reduzco mi rango a 1 uA a 1 mA (no deseado ..) que es de 3 décadas. Ahora puedo tener una resistencia fija a 3000 Ohm. Y es necesario tener una ganancia de 1000, que es más factible.

Mi primera solución fue usar un potenciómetro digital en el circuito de retroalimentación TIA. Esto resolvería la mayoría de mis problemas, pero crea algunos nuevos. El gráfico de ganancia frente a frecuencia frente al código que se muestra en algunas hojas de datos AD5260 / AD5262 (página 11 y 12) muestra un rendimiento deficiente para frecuencias superiores a 100 kHz y necesito 500 kHz como mínimo. Así que podría usar este potenciómetro digital y tener una resistencia variable estable con valores tan bajos como 200-800 Ohm (versión 50k o 200k del potenciómetro digital) y tan alto como 200 kOhm, pero necesitaría calibrar mi sistema para esto. Además de esto, también se necesitan etapas de ganancia adicionales, pero el rendimiento de ruido sería mucho mejor.

Other:

También observé los amplificadores de transimpedancia logarítmica (que pueden convertir muchas décadas más), pero quiero investigar la posibilidad de usar primero un amplificador de transimpedancia lineal.

Se han considerado múltiples bucles de realimentación con diferentes valores de resistencia e interruptores analógicos y, si se muestran, pueden aceptarse. Esto eliminaría las preguntas / problemas 1 y 2 a continuación, pero introduciría un ruido de interruptor analógico.

Preguntas :

  1. ¿El potenciómetro digital agregará algún ruido adicional?

  2. ¿Podré usar un condensador fijo en el circuito de retroalimentación para evitar la oscilación / timbre cuando la resistencia tiene un rango tan amplio?

  3. ¿Hay alguna otra forma de lograrlo?

pregunta iQt

2 respuestas

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Simplemente me estoy concentrando en el lado del control no lineal.

  

¿Hay alguna otra forma de lograrlo?

Creo que usar un multiplicador analógico de banda ancha es probablemente una mejor opción: -

Laimagendelaizquierdamuestracómoloveofuncionando.Deberásuministrarunatensióndecontrol(comoladeunDAC)yestopuedefiltrarseconunpasobajoparaeliminarlasseñalesdelrelojdelasalidadelDACquecausaruidoenlasalidadelmultiplicador.

SitienesunDACde12bits,obtienesunaresolucióndecontrolde12bits.Probablementeseamejorqueunpotdigital.CreoquetambiénpodríahaberunaposibilidadrazonabledeusarelmultiplicadorenelcicloderetroalimentacióndelTIA.Estosignificaqueprobablementeaúnpodríamantenerlaresistenciade300ohmiosperoatenuarelvoltajedelamplificadoroperacionalqueloalimentaatravésdelmultiplicador.Siloatenúapor(digamos)1000,entoncessuresistenciaderealimentacióncomienzaacomportarsecomoun300kohm.Estorequierepensarparavercómofuncionaría,perotalvezsitienesunsimulador,estoayudaría.

OtraideaesutilizarunDACmultiplicadorcomoel LTC1590 . Multiplicando DACs haga lo que dicen en la lata. Puede aplicar una señal de CA a la entrada de referencia y obtener esa señal de CA, pero atenuada por la palabra digital presentada al dispositivo desde su MCU. El LTC es un DAC dual, por lo que probablemente sea una exageración, pero hay muchos DAC que harán el trabajo. Buscar por "DAC multiplicando". Aquí hay una foto: -

Tendrás que elegir un dispositivo que no tenga alimentación de reloj (o al menos cuando tengas un número de control constante, detienes el reloj).

    
respondido por el Andy aka
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Sugiero cambiar de rango las resistencias de realimentación en el TIA. Si puede usar relés, sería más fácil, pero es posible usar interruptores analógicos.

Si está haciendo un amplificador de PD, habrá muchos problemas interesantes de estabilidad y velocidad, una solución que he visto es el de los relés de arranque para que pueda usar resistores de muy alto valor. Obtener 3V de 100 nA significa una resistencia de 30 M, por lo que cualquier tipo de acoplamiento capacitivo lo saturará.

Si el cambio de rango no es aceptable, se reduce al rango dinámico que necesita. Cinco décadas de rango dinámico no son imposibles, pero si realmente desea una precisión del 1% de una entrada de 100 nA y poder manejar 1 mA, eso es 7 décadas de rango dinámico, lo que probablemente no es factible.

    
respondido por el Spehro Pefhany

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