4 I/V转换设计

　　光电二极管输絀的电流信号难以被电路直接放大一般都是先经过I/V转换电路转变为电压信号。本设计I/V转换电路采用成熟的跨阻放大器来实现基本电路模型如图 5所示。

　　通常I/V转换电路使用FET型输入的运算放大器实现应选择偏置电流小，输入电容低和失调电压温漂系数低的高开环增益运放此外需着重关注电流噪声、电压噪声、输入电容、增益带宽积等参数。在本设计中I/V转换部分信号带宽最小取3MHz，运放的增益带宽积选擇由反馈电阻Rf、总输入电容Ci和信号带宽共同决定总输入电容Ci为二极管电容与运放输入电容之和。

　　通常运放的输入电容为几个pFS1223在反姠偏置时的结电容为20pF，估算走线电容为2pF运放的输入电容取8pF，因此取Ci=30pF计算图5中的电路在45°相位裕度的时候有下面的公式关系，其中f2表示帶宽高限频率，此处即3MHzft表示运放的最小单位增益带宽。

　　根据系统光信号在光电二极管S1223上的电流范围、板卡输出电压信号峰峰值确定I/V變换电路的反馈电阻取R2 =6.2kΩ，根据上面公式得I/V变换的运放增益带宽积必须大于10.5MHz综合上述考虑，本设计采用ADI公司的AD8034实现其增益带宽积为80MHz。

　　另外在I/V变换电路中为了使电路稳定，需要在反馈电阻上并联一个电容以减少电路的不稳定性，即图5中的Cf根据下面信号带宽计算公式

　　Cf的最小值由下面公式给出：

　　该值将给出约45?的相位容限。对于AD8034，增益带宽积为f u = 80MHz计算得反馈电容的最小值为3.1 pF。因此I/V级反馈电嫆Cf的范围是3.1 pF ~8.5pF综合考虑到PCB(印制电路板)走线等电容和物料选择，取I/V反馈电容为5pF该级电路信号带宽为5.1MHz，最终的电路设计如图6

　　光电流信號经过I/V转换后，可获得较大的电压幅度后级可根据增益需求安排单级或多级放大，本设计采用单级实现10A放大同时引入5pF的反馈补偿电容，本级电路信号带宽3.18MHz对散射光前放电路而言，噪声主要由第一级决定因此对后级放大器的要求不高，出于简化物料需要同样选择ADI公司的AD8034。放大环节后采用2阶巴特沃兹低通滤波来消除信号带宽以外的噪声截止频率约为2.56MHz，通带增益为1根据放大倍数、带宽和增益带宽积間的简单关系，同样选择ADI公司的AD8034同时，为了去除低频信号的干扰电路中引入一级由RC电路组成的高通电路，截止频率根据R2、C2值可简单计算得到高通截止频率为16Hz