跨阻放大器的选择与电路设计

放大器是模拟电子学中使用的经典元件之一，它们的用途不仅仅是提高或降低电压。运算放大器(运算放大器)是用于波形操作、滤波、放大/衰减和缓冲的非常常见的组件。对电路中的某些源同样重要的一种放大器是跨阻放大器。

在跨阻放大器中，元件的功能是提供从低电平电流到下游放大电路容易测量的电压的转换。来自某些传感器或调节电流源的信号只能用这种类型的放大器精确采样。作为可达增益和频率的函数，这些组件的能力存在局限性，因此我们将在本文中研究其中的一些问题。

跨阻放大电路

跨阻放大器(TIAs)是将信号从电流源转换为电压的电子电路。转换因子由欧姆定律给出，其中修正因子称为跨阻。这个值通常是根据外部电阻或无源组件网络选择的。实际上，输出电压的数量级为:

TIAs通常用于被测信号来自受控电流源的应用，如光通信系统、生物传感器和一些精密测试和测量设备。通常设计一个TIA电路使用运算放大器．

这些电路由一个直接的反相放大器和通过一个反馈电阻的负反馈组成。运算放大器具有高输入阻抗，这意味着电流源的所有电流都将通过反馈电阻，并将转换为成比例的电压信号。抵消…的影响反馈回路中的振荡由杂散电容/电感引起的电容通常与反馈电阻并联。

可以使用这些组件的最常见的实例之一是从电源收集电流光电二极管．这些组件在照明时就像电流源一样，而且电流可以非常小，以至于很难用ADC测量。不是直接测量输出，而是使用带有大反馈电阻的TIA电路将输出转换为电压。

运算放大器还是集成电路?

不需要使用传统运放设计TIA电路，TIA电路可以围绕具有通用封装的IC设计。以下是在选择跨阻放大器时需要考虑的重要规格:

• 传输阻抗/增益:如上所述，传输阻抗(或跨阻抗)决定输出电压。对于TIA IC，这可以称为增益。
• 带宽:所有放大器都有带宽限制;作为增益的函数，TIA应具有足够的带宽，但请记住，增加带宽将降低增益。
• 线性:饱和发生时，TIA试图输出电压超过其轨道电压。在这种情况下，降低输入信号，增加轨道电压，或降低跨阻。
• 直流或交流耦合:如果输入有一个稳定的电平或非常慢的调制，可能需要一个直流耦合放大器。如果信号是交流脉冲，如果需要，可以使用耦合来消除直流偏移。
• 输入电容:要求低输入电容;这与带宽有关，低输入电容对应较高的输入带宽。
• 内部补偿:有时，将输入信号发送到TIA的电流传感器具有寄生电容(例如光电二极管)。这可能导致TIA的传递函数发生共振，使电路不稳定。具有较高寄生电容的源元件可以与具有内部补偿的放大器一起使用。
• 功耗:TIAs应具有较低的功耗，这与放大器在空载状态下的静态电流成正比。低值的静态电流是首选，这样设备将不会泄漏过多的电力。

PCB中的TIA电路

最后，如果您打算使用由离散运算放大器构建的TIA，或者您想使用TIA IC，则需要将电路组装在PCB上。电路的布局将出现在模拟信号链的某处，通常是在提供给ADC进行测量之前。因此，PCB上TIA电路通常遵循混合信号布局准则。

由于TIA的输入通常是非常低的水平，该信号源应放置在TIA附近，以使其可以接收噪声的耦合区域最小化。还有另外两个简单的规则，将有助于防止或减少来自外部来源和其他电路的噪音:

• 始终使用接地平面:TIAs应放置在接地平面上，以帮助最小化串扰和接收外部噪声。
• 去耦:去耦电容器应放置在电源轨道上，靠近TIA的输入电源引脚，因为这将防止输出上出现电压波动。

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