PCB fotodiodo de 15MHz, comentarios solicitados

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He desarrollado una placa amplificadora de fotodiodo de 2 capas de 15MHz. La primera etapa es un amplificador de transimpedancia con AD8065. La segunda etapa está utilizando un amplificador de retroalimentación de corriente, THS3091. La potencia es de +/- 12V alimentada fuera de placa, a J2, desde una fuente semi-regulada, que luego se hace 'pura' usando algunos LDO. ingrese la descripción de la imagen aquí

Usando la fórmula de la hoja de datos Ad8065, debería poder obtener al menos un ancho de banda de 15MHz usando el bucle de retroalimentación que se muestra. El PCB:

ingrese la descripción de la imagen aquí

He hecho algunas cosas inusuales con este PCB, y tengo algunas preguntas;

1) Corté el plano de tierra a sugerencia de la hoja de datos; Los nodos de entrada de alta impedancia de estos amplificadores operacionales son particularmente susceptibles a la capacitancia parásita. Se puede encontrar un diseño similar en TI, donde también cortan el suelo de los nodos de entrada del amplificador operacional. Esto parece ser una práctica estándar con amplificadores operacionales de retroalimentación actual, así que he hecho el mismo corte para el THS3091.

Tenga en cuenta que he cortado el suelo de modo que no haya un 'bucle' hecho por el plano de tierra. ¿Es correcto hacer esto? ¿Sería prudente coserlos con un condensador?

2) Agregué un rastro de protección alrededor de la entrada inversora del TIA para protegerlo de las corrientes de superficie dispersas. He hecho esto porque la corriente de cortocircuito de mi fotodiodo es de 1uA, así que creo que lo usaré alrededor del nivel de 10-100nA. Como estoy usando OSH-park, tendré que eliminar manualmente la máscara de soldadura, pero ¿está bien?

3) No estoy seguro de que R7 deba estar allí (heredé parte de este diseño de un colega). R4 / R9 equilibra la corriente de polarización de entrada mínimamente admitida, pero no sé qué está haciendo R7 en absoluto. Parece ser para la correspondencia de impedancias, pero las huellas aquí son tan cortas que no creo que importen.

4) Con respecto a C3 y C4, que no tienen valores específicos, creo que estos deberían ser iguales a la capacitancia vista en la entrada - del amplificador operacional. Otra vez algo que heredé. De lo contrario, el diseño tiene sentido para mí.

¡Cualquier comentario sobre el diseño y PCB será apreciado!

Editar: una cosa más, mi ubicación de los condensadores de derivación fue algo arbitraria; Al enrutar, realmente no hice un seguimiento de qué condensador es cuál. Estoy planeando colocar las tapas de derivación más pequeñas más cercanas al chip.

Paul L
fuente
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Con respecto al n. ° 2: no debería tener que hacer esto manualmente. Para eliminar la máscara de soldadura sobre la traza, simplemente tiene que colocar una función en la capa de máscara de soldadura en su diseño de PCB, directamente sobre la traza. Cómo lo haga depende del programa que esté usando. Pero debería ser lo mismo si usa OSHPark o cualquier otra casa de juntas.
bitsmack
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Podría valer la pena mirar las lágrimas si el software de PCB que usa puede hacerlo. Esto facilitará la transición de trazas gruesas a finas. Además, no estoy seguro de qué es U3, pero uno de los rastros de repente se vuelve bastante delgado justo antes de llegar al pin 1.
Tom Carpenter
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+1 para una buena pregunta en el mar habitual de intentos de preguntas. y escuche bitsmak, no es necesario quitar manualmente la máscara de soldadura, su peor opción es editar manualmente los gerbers, que es mucho mejor que raspar sr manualmente
Vladimir Cravero
Asegúrese de que su suministro tenga suficiente espacio libre bajo carga para cubrir todas las caídas de voltios esperadas. Algunos voltios estarían bien. También permitiría que el plano de tierra se cruzara debajo de los circuitos integrados para mantener ambos lados conectados, de lo contrario, deberá ejecutar enlaces de cables resistentes de un lado al otro, tenerlos aislados evitará una referencia de tierra común.
KalleMP
@KalleMP Los motivos están conectados en la parte superior en una unión continua, pero corté la imagen allí. También están conectados en J1, un conector BNC que actúa como un cable (la huella del conector es medio visible en la parte superior). Supongo que la impedancia no será tan perfecta como si estuviera completa, pero me dijeron que evitara los bucles del plano de tierra, ya que cualquier EMF inducido es proporcional al área del bucle.
Paul L

Respuestas:

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Mi primer pensamiento es que puedes deshacerte de R7, R9, C3 y C4 por completo. Su amplificador operacional tiene corrientes de polarización 1 pA, por el amor de Dios. Las compensaciones de entrada producidas por la corriente de polarización y la resistencia de retroalimentación ascienden a aproximadamente 25 nV.

Sin embargo, dudo mucho de que pueda obtener la respuesta que desea. Solo está hablando de un exceso de ganancia de 5 a 15 MHz, y eso no es ni remotamente adecuado. Al modelar el circuito con una capacidad de entrada de 2 pF, es posible obtener un rendimiento de 15 MHz con una resistencia de retroalimentación de 2.5 k, pero es extremadamente sensible al valor del condensador de retroalimentación, y eso nunca es una buena señal.

Poner un anillo de protección en el PD parece una pérdida de tiempo, ya que claramente no está funcionando a corrientes extremadamente bajas, y aumenta un poco la capacitancia de entrada.

WhatBoughBeast
fuente
@PaulL - Creo que hablé mal. La frecuencia de cruce es de solo 65 MHz. La relación de 5: 1 es a lo que me refería.
WhatRoughBeast
¡Gracias! Me doy cuenta de que con el pequeño sesgo actual, estas medidas son probablemente extremas. Retiraré el anillo de protección, pero como las resistencias y tapas adicionales agregan un costo insignificante para el volumen que estoy usando, los guardaré (y más tarde puedo usar un amplificador operacional TIA diferente). No estoy seguro de lo que quieres decir con 'ganancia excesiva de 5 a 15 MHz'. De acuerdo con la hoja de datos, para un margen de fase de 45 grados, el ancho de banda es Sqrt [1 / (2 * piRfCi), lo que supone que algo como 4pF da 15MHz ... tiene razón, es marginal. Cualquier exceso de capacidad probablemente descarrilará este número . ¿Tienes alguna sugerencia para un TIA más rápido?
Paul L
Acabo de ver tu comentario ... Supongo que pensé que la frecuencia de cruce es 3db @ 145MHz. ¿De dónde obtienes 75MHz?
Paul L
Error tipográfico: es 65 MHz. analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/… Figura 53.
WhatRoughBeast