TIA 运放带宽与噪声的计算
TIA 等效电路:
如果只考虑 45°相位裕度的情况下,补偿电容 Cf 的计算公式及 fzf、fpf 的计算公式如下:
对于实际情况,希望设计的相位裕度可能会大于 45°,那么计算公式如下:
首先计算相位裕度为 45°下的 Cf 与 fp ,分别记为
、fp max。
使用一个大于
的电容 代入如下公式计算出 、 、 :
其中 为放大器的零点(反馈环路的极点); 为放大器的极点(反馈环路的零点),也
就是信号的带宽; 为噪声带宽; 为运放的增益带宽积。
接下来计算相位裕度 PM(°):
我们还可以通过相位裕度来计算过冲的大小 overshoot(%):
首先将相位裕度 PM 转换成弧度,然后代入下面公式:
噪声计算:
TIA 放大器的噪声主要分为 3 类:电阻热噪声、输入电流噪声、输入电压噪声
电阻热噪声计算公式:
输入电流噪声计算公式:
为输入电流噪声密度
输入电压噪声计算公式:
将输入电压噪声分为 5 个部分进行分析:
其中 为 1/f 噪声的转折频率, 为运放的输入电压噪声密度。
最后得出总的 RMS 噪声:
峰峰值噪声为 RMS 噪声的 6~6.6 倍。
备注:关于输入电压噪声的分区计算,一些特殊的情况会影响计算结果,比如在区域 4
的位置加入了一个-3db 带宽为 的一阶低通滤波器,那么
和
的计算将改为: