跨阻抗放大器(TIA) 最常使用運算放大器(op amps) 構建。而且，越來越多的(如果不是全部的話)模數轉換器(ADC) 是全差分系統，需要具有單端差分機制。對于需要直流耦合的應用，這主要是通過使用全差分放大器(FDA) 來實現的。

有沒有辦法使用 FDA 進行 I-to-V 轉換，以及直接與 ADC 接口?簡而言之，答案是肯定的，在這里我們將回顧實施和限制。

在進一步開發(fā)之前，我需要警告您使用 FDA 作為 TIA 的增益限制。雙極輸入級的輸入偏置電流實際上會限制跨阻級可實現的最大增益。您可以預期輸入偏置電流為幾微安。在運算放大器中，如果輸入偏置電流和反饋電阻都很大，則會在輸出上產生偏移。在 FDA 中，輸入偏置電流會產生共模偏移。這不是一個問題，因為輸出電壓擺幅是具有 FDA 輸出級的運算放大器的兩倍，但需要對其進行檢查以獲得更高的跨阻增益。

讓我們從OPA843開始，它是一款具有出色噪聲和增益帶寬的雙極放大器，增益設置為 20kW，光電二極管使用 1.5pF 輸入電容。

OPA843提供了一個以前無法達到的速度和動態(tài)范圍。使用高增益帶寬(GBW)，兩個增益級設計，OPA843提供了一個具有特殊動態(tài)范圍的中等增益范圍裝置。“經典”差分輸入補充了這種高動態(tài)范圍與直流精度超過大多數高速放大器產品。極低的輸入偏置電壓和電流、高共模排斥比(CMRR)和電源排斥比(PSRR)以及高開環(huán)增益相結合，具有高直流精度放大器、低噪聲和高三階攔截。

12-16位轉換器接口將受益于這種特性的組合。高速跨阻抗應用也可以以特殊的直流精度來實現。使用兩個OPA843s的差分配置可以提供非常低的失真到高輸出電壓。

高帶寬：260MHz(G=+5)

GAIN帶寬產品：800MHz

低輸入電壓噪聲：2.0nV/√Hz

非常低的失真：-96dBc(5MHz)

高度開放-LOOPGAIN：110dB

快速12位沉降：10.5ns(0.01%)

低輸入偏移電壓：300μV

輸出電流：±100mA

應用程序

ADC/DAC緩沖放大器

低失真“if”放大器

有源過濾器

低噪聲接收機

寬帶跨步

在這些條件下，OPA843 可以實現約 57MHz 的平坦頻率響應。見下圖 1。

圖 1：OPA843 TIA 配置

我們將監(jiān)控的感興趣的性能是：

1- 小信號頻率響應及其相關的平坦度，以確保脈沖響應中沒有振鈴以及表現良好的相位變化。

2- 輸出上的綜合噪聲。

3- 解決方案的功耗。

圖 2 和圖 3 顯示了此處監(jiān)控的 OPA843 性能。

圖 2：OPA843 頻率響應

圖 3：OPA843 集成輸出噪聲

在 ±5V 電源下運行時，OPA843 的功耗約為 200mW。

查看 +5V 電源 FDA (70mW) THS4520 上的 14mA，我們可以通過在反饋路徑中使用 10kΩ 電阻器來實現相同的 20kΩ 跨阻抗增益。要使該增益為 20kΩ，需要存在 C4。請注意，對于低于 R2 和 C4 形成的極點的頻率(此處為 16Hz)，增益降低了 6dB。

圖 4：THS4520 TIA 配置

盡管帶寬有所增加，但THS4520實現了約 74MHz 的帶寬，但集成噪聲遠低于 OPA843。這種降低的噪聲部分是由于 THS4520 的電流噪聲密度較低(相同的電壓噪聲密度)，但也由于用于實現相同增益的較低反饋電阻器和較高的補償反饋電容器導致較低的噪聲增益。降噪的兩個主要術語是較低的噪聲增益與頻率和較低的反饋電阻及其相關的熱噪聲。結果繪制在圖 5 和圖 6 中。

圖 5：THS4520 頻率響應

圖 6：THS4520 集成輸出噪聲