JAJSFS3D July   2018  – May 2025 OPA855

PRODUCTION DATA  

  1.   1
  2. 1 特長
  3. 2 アプリケーション
  4. 3 説明
  5. 4 デバイス比較表
  6. 5 ピン構成および機能
  7. 6 仕様
    1. 6.1 絶対最大定格
    2. 6.2 ESD 定格
    3. 6.3 推奨動作条件
    4. 6.4 熱に関する情報
    5. 6.5 電気的特性
    6. 6.6 代表的特性
  8. 7 パラメータ測定情報
  9. 8 詳細説明
    1. 8.1 概要
    2. 8.2 機能ブロック図
    3. 8.3 機能説明
      1. 8.3.1 入力および ESD 保護
      2. 8.3.2 フィードバック ピン
      3. 8.3.3 広いゲイン帯域幅積
      4. 8.3.4 スルーレートと出力段
    4. 8.4 デバイスの機能モード
      1. 8.4.1 分割電源と単一電源動作
      2. 8.4.2 パワーダウン モード
  10. 9 アプリケーションと実装
    1. 9.1 アプリケーション情報
    2. 9.2 代表的なアプリケーション
      1. 9.2.1 光学フロント エンド システム内の TIA を使用したものです
        1. 9.2.1.1 設計要件
        2. 9.2.1.2 詳細な設計手順
        3. 9.2.1.3 アプリケーション曲線
      2. 9.2.2 光センサ インターフェイス
        1. 9.2.2.1 設計要件
        2. 9.2.2.2 詳細な設計手順
        3. 9.2.2.3 アプリケーション曲線
    3. 9.3 電源に関する推奨事項
    4. 9.4 レイアウト
      1. 9.4.1 レイアウトのガイドライン
      2. 9.4.2 レイアウト例
  11. 10デバイスおよびドキュメントのサポート
    1. 10.1 デバイス サポート
      1. 10.1.1 開発サポート
    2. 10.2 ドキュメントのサポート
      1. 10.2.1 関連資料
    3. 10.3 ドキュメントの更新通知を受け取る方法
    4. 10.4 サポート・リソース
    5. 10.5 商標
    6. 10.6 静電気放電に関する注意事項
    7. 10.7 用語集
  12. 11改訂履歴
  13. 12メカニカル、パッケージ、および注文情報

9.2.1.2 詳細な設計手順

トランスインピーダンス アンプの閉ループ帯域幅は、以下の関数です。

  1. 全出力キャパシタンス (CIN)。この合計には、フォトダイオード容量、アンプの入力容量 (同相容量および差動容量)、PCB からの浮遊容量が含まれます。
  2. オペアンプのゲイン帯域幅積 (GBWP)。
  3. トランスインピーダンス ゲイン (RF)。

図 9-1 に、アバランシェ フォトダイオード (APD) 逆バイアスにより APD のカソードが大きな正バイアス電圧に接続される TIA として構成された OPA855 を示します。この構成では、APD は入力同相電圧に対して出力が負方向にスイングするように、オペアンプの帰還ループに電流を供給します。出力スイングを負方向に最大化するため、OPA855 の同相電圧は正の制限値に近く設定し、正の電源レールからは 1.2V のみに設定します。帰還抵抗 (RF) と入力容量 (CIN) はノイズ ゲインでゼロを形成し、未チェックの場合は不安定性が生じます。ゼロの影響を打ち消すため、帰還コンデンサ (CF) を追加して、ノイズ ゲイン伝達関数に極を挿入します。

『高速アンプのトランスインピーダンスに関する考慮事項アプリケーション レポート』 では、特定のトランスインピーダンス ゲインと入力容量についてトランスインピーダンス アンプを補償する方法を示す理論と式について説明しています。アプリケーション レポートに掲載されている帯域幅と補償の式は 、Excel® カリキュレータで利用できます。『トランスインピーダンス アンプについて知っておくべきこと―第 1 部』 では、カリキュレータへのリンクを提供しています。

参照するアプリケーション レポートとブログ投稿に掲載されている式と計算ツールを使用して、TIA として構成されている OPA855 の帯域幅 (f3dB) とノイズ (IRN) 性能をモデル化します。結果のパフォーマンスを 図 9-2 と 図 9-3 に示します。左側の Y 軸は閉ループ帯域幅性能を示し、グラフの右側には積分入力換算ノイズが示されています。固定 RF と CPD について、IRN を計算するためのノイズ帯域幅は、f–3dB の周波数に設定されます。図 9-2 に、RF = 6kΩ および 12kΩ のフォトダイオード容量 (CPD) の関数としてのアンプ性能を示します。CPD を大きくすると、閉ループ帯域幅が狭くなります。帯域幅を最大化するため、PCB の浮遊寄生容量を必ず低減してください。OPA855 は、システム性能への浮遊容量の影響を最小限に抑えるように、合計入力容量 0.8pF で設計されています。図 9-3 に、CPD = 1.5pF および 2.5pF について、RF の関数としてアンプ性能を示します。RF を大きくすると、帯域幅は狭くなります。光学フロントエンドシステムで信号対雑音比 (SNR) を最大化するには、TIA 段のゲインを最大化します。RF を X の係数に増やすと信号レベルがXだけ増加しますが、抵抗ノイズの寄与は √X だけ増大するだけで、SNR が向上します。OPA855 はバイポーラ入力アンプであるため、帰還抵抗を増やすと、バイアス電流による電圧オフセットが増加し、アンプの電流ノイズによるノイズの寄与が増加するため総出力ノイズも増加します。

OPA859-Q1 はユニティ ゲイン バッファとして構成されており、3.25V の DC オフセット電圧を THS4520 の下側半分に駆動します。ADC のダイナミック レンジを最大化するため、OPA855-Q1 および OPA859-Q1 は THS4520 にそれぞれ 3.8V および 3.25V の差動同相を駆動します。バッファ アンプの dc オフセット電圧は、式 1 を使用して求めることができます。

式 1. V B U F _ D C   =   V T I A _ C M   –   ( 1 2   ×   V A D C _ D I F F _ I N ( R F R G ) )

ここで、

  • VTIA_CM は TIA の同相電圧 (3.8V) です。
  • VADC_DIFF_IN は ADC の差動入力電圧範囲 (1.1VPP) です。
  • RF と RG は THS4520 差動アンプの帰還抵抗 (499Ω) とゲイン抵抗 (499Ω) です

THS4520 と ADC54J64 との間のローパス フィルタは、高周波ノイズを最小限に抑え、SNR を最大化します。ADC54J64 には内部バッファがあり、THS4520 の出力を ADC サンプリング コンデンサの入力から絶縁するため、従来の充電バケット フィルタは不要です。