如何降低光电二极管带宽和噪声影响

典型的光传感系统电路在前端都有一个光电二极管、运算放大器和反馈电阻器/电容器对。本文将以前文中介绍的电路作为开始。该电路中，光电二极管、放大器和反馈电容元件限制了电路的带宽。

利用一个大寄生电容或者在较远距离，通过光电二极管实施光传感时，放大器输入具有较大的输入电容。这种电容增加会增加电路的噪声增益，除非你增加放大器的反馈电容。如果反馈电容(CF) 增加，则电路的带宽降低。

要解决这一问题，您可以使用一个自举电路(请参见图1)。具有较低二极管电容的光电二极管并不会从该电路中受益。单位增益缓冲器A2 去除了线缆电容以及跨阻抗放大器A1 输入产生的光电二极管寄生电容。

图1 脱离跨阻抗设计问题的自举二极管电容和线缆电容

进行这种电路设计时，A2 放大器类型的选择可以稍微放宽一些。只有四个性能规范较为重要。这些设计原则包括选择一个低输入电容、低噪声、带宽高于A1 且低输出阻抗的放大器。

这种设计中，A2 的输入电容是跨阻抗系统AC 传输函数中起作用的唯一电容。缓冲器输入电容代替A1 输入电容、线缆电容和光电二极管寄生电容三者的和。一个较好的原则是CA2 <<(CA1 + CCA +CPD)，其中，CA1 和CA2 为其输入差动与共模电容的和。

使用这种设计，您可以把一种噪声问题(A1) 与另一种(A2) 互换。单位增益缓冲器消除了A1 的噪声影响。一种较好的原则是让A2 噪声<= A1。

该系统中输入信号和输出信号之差碰到线缆/二极管电容后降低。您可以通过选择比A1 更大带宽的A2 并且让A2 的输出阻抗保持在较低水平来维持这种低信号差。A2 增益滚降给带宽改善设定了上限，从而使这些放大器之间的带宽关系等于A2-BW>> A1-BW。您在平衡CF 和A2 输入电容时，这种电路要求稳定优化。