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OPA657: TINA仿真例子中100MHz Photodiode Amplifier的结果为何与理论计算的不同

avatar zhimei liu 提问时间: 2023-10-25 13:17:12 / 已解决
Part Number: OPA657

上图为TINA仿真中的例子:路径EXAMPLES\Transimpedance\100MHz Photodiode Amplifier

根据上图,Cd = 5pF为光电二极管并联电容,R1=10k为反馈电阻,C1=250fF为反馈电容,带宽可做到120MHz。

但是这与 “What you need to know about transimpedance amplifiers”中关于跨阻放大器带宽和反馈电容的计算相矛盾,计算公式如下:

OPA657的参数截图如下:

       

此处存在第二个疑问,GBP的取值,请问时取约1GHz(左图中AOL Magnitude 0dB对应的频率点)还是取右图中的1.6GHz?此处暂取大值1.6GHz。

Ctot = Cd+Cdiff+Ccm,其中Cd为光电二极管的等效电容,此处取5pF,Cdiff和Ccm为运放输入端的差模和共模电容,如下图,分别为0.7pF和4.5pF,则总输入端电容Ctot = 10.2 pF

此时,若按照仿真实例中取值,反馈电阻RF取10k,则可实现的带宽f-3dB和反馈电容CF,根据公式2计算或根据“0508.TIA_Calculator.xlsx”计算可得,f-3dB = 49.98MHz,CF = 0.451pF。如下图:

根据理论计算,若输入端10.2pF电容时,要实现100MHz带宽、 10kΩ的反馈电阻增益, 运放的GBP至少需满足6.4GHz。与仿真中取值不一致。我们将Calculator I的反馈电容值代入:仿真结果如下:

可见,仿真带宽确实在理论带宽50MHz附近,但相位冗余为(-58+180)约为120度,并非理论的64度。

 

想请问专家,我的仿真和理论计算的不对应,原因在哪里?如何可以提高仿真和实测的一致性。

大部分情况我们都会基于手册给出的参数进行理论计算,但如上面所描述,当增益带宽积GBP存在疑问时,应该信任图表还是文字说明。

谢谢


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3个回答
  • avatar Amy Luo
    回答时间: 2023-10-25 13:35:41

    您好,

    GBP取值1.6GHz,左图是开环幅频相频曲线,GBP是Gain Bandwidth Product,是闭环参数;

    在仿真文件中右击查看OPA657的宏模型如下截图,可以知道OPA657这个模型是不能预测gain & phase信息的,因为仿真模型中没有构建这部分信息,因此,请按理论计算设计您的电路

  • avatar zhimei liu
    回答时间: 2023-10-25 14:00:35

    谢谢您的回复。

    错在默认GBP是取单位增益时的频率值了,看来有所误解,这个我要再去看看区别。

    我想再请教下,那如果我们想要通过仿真预测幅频响应,我要怎么建模,是否有推荐的相关资料?

    还有如果从TINA里取的OPA657模型不能准确预测,那这些相关参数又是如何默认设置的呢?

    宏模型中提到,这个模型适用于交流小信号分析,这个交流小信号分析是特指什么?

    谢谢。

  • avatar Amy Luo
    回答时间: 2023-10-25 14:33:22

    抱歉,对于产品建模,TI没有公开相关资料,对于TI提供的模型,都可以在其产品主页--->设计与开发--->设计工具和仿真 处下载

    关于OPA657交流小信号分析,应该是指的输出信号幅值小于200mVPP的一些仿真:

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