The use of opamps as transimpedance amplifiers is well known and a good analysis of the noise behavior of them is in the old Burr Brown Application Bulletin AB-076 from 1994. This is still available from Texas Instruments’ web site as sboa060 – simply search for that on their web site (Texas Instruments acquired Burr Brown in 2000). Improving the signal to noise and speed of such transimpedance amplifiers has also been discussed by Dr. Philip C. D. Hobbs in his books, papers and articles such as http://electrooptical.net/www/frontends/frontends.pdf and http://electrooptical.net/www/canceller/klugesandhacks6c.pdf This blog looks at some of these potential improvements.
您将使用跨阻抗放大器面对的噪声问题之一是由光电二极管电容的影响引起的，特别是如果光电二极管大，因此即使在反向偏置时也具有高电容。这导致由光电二极管电容（PLUAMP输入电容）和跨阻抗反馈电阻确定的角频率的电压“噪声增益”。用于说明这一点的电路如下所示：
其中电流源和100pf电容代表一个大面积光电二极管，带宽和噪声模拟如下:
输出噪声的增加在很大程度上是由光电二极管电容的组合结合的，随着频率的增加而加剧了所欠噪声电压的放大。如在跨阻抗放大器的各种分析中所提到的，opamp的电压噪声乘以配置的非反相增益。在获得统一的低频下，这不是一个问题，但一旦光电二极管电容和反馈电阻的组合效果开始生效，增益增加并且噪声在每十年20dB时升高。通过模拟完全相同电路的电压增益，例如在没有电流源的非反相输入上使用电压源，可以更好地看到这一点。
在这里，您可以在低频下看到增益为0dB，然后升起，在达到闭环带宽时再次下降，达到超过40dB的峰值。3DB的上升点是15.6kHz。光电二极管电容为100pf和100kW反馈电阻的产品是15.9kHz，这不是巧合。这种噪声增益的灾难性如何取决于所opamp的电压噪声和配置的闭环带宽。较低电容光电二极管将有所帮助，但可能不是一个选项。而且，还必须将opamp输入电容添加到光电二极管电容中，在执行计算时尽管在这种情况下，与光电二极管电容相比，它很小。
Hobbs博士提出的一种设计改进是添加公共基础晶体管（Cascode），以将Opamp与光电二极管电容隔离。这在一定程度上如下所示，但在过程中丢失了一些带宽：
总的噪声提高了3倍以上，但带宽从2.2MHz降低到842kHz，因为现在的带宽有晶体管作为额外的限制成分。使用原来的放大器并将带宽限制在842kHz，无论如何都会将噪声降低到590µV，所以“真正的”改进不到2倍，而不是3倍。
额外的问题是为CASCODE产生电流。光电二极管中可能很少或没有静态电流，因此在该示例中添加了额外的100K以偏置晶体管（R2）并提供一致的晶体管偏置。这为CASCODE提供了偏置电流，但也将OPAMP输出移为1.75V之前。这不一定是期望的，因此需要一种替代的偏置方法来避免饱和opamp输出。以下电路提供：
额外的电阻R3为级编码电流提供了一条路径，而不需要它来自opamp反馈电阻，Q2提供了相当于Q1的电压降，所以R2和R3的电压降大致相同。请注意，每次添加东西都会有某种惩罚，即使也有好处。我们增加的额外电阻和晶体管增加了噪声(除了Q2，它在连接到R3的地方可能被解耦)。这可以在下面看到，比较有和没有额外的偏置组件的cascode。
随着额外的电阻器，噪声增加，尽管它对总噪声没有重大影响。增加的噪声不是电阻噪声，而是因为从非反相输入看的增益现在不是统一的，由于额外的电阻。这放大了放大器电压噪声，即使在低频率。减少的带宽仍然存在，所以为了减少噪声，你必须接受它。减小电阻以增加晶体管中的电流和增加带宽实际上会使噪声更糟，你将永远无法使带宽回到没有级编码晶体管存在的地方，至少在opamp显示的情况下。使用级编码晶体管的好处和选择的元件值将取决于设计目标和选择光电二极管电容和系统带宽的灵活性(如果有的话)。
帖子跨阻抗放大器信号噪声首先出现了模拟集成电路提示．
了下:模拟集成电路提示，技术+产品，TIPS网站(设计世界+流体动力世界)
