Strano comportamento OPA380?

[Sedra]

Buongiorno a tutti, cercavo un OPAMP da connettere a transimpedenza per un fotodiodo che potesse garantirmi un guadagno costante per almeno 29 MHz e leggendo qua e la mi sono orientato verso l'OPA380.
In pratica poi andando a simulare con pSpice Ac Sweep con un generatore di corrente AC settato su 1 microA e una resistenza di feedback di 10K OHm, esce fuori che il guadagno rimane (circa) costante fino a verso i 3 MHz, poi dopo si impenna tra i 10 e i 30 MHz per poi riscendere

A riguardo avrei le seguenti domandedomande:

1) E' un comportamento normale o sbaglio qualcosa io? (Riporto in allegato lo schema circuitale pPsice e il probe della simulazione)

2) Leggendo sul data sheet ho trovato questo "The 90MHz GBW of the OPA380 enables a transimpedance bandwidth of > 1MHz in most configurations". Questo significa che il guadagno rimane costante fino a 1 MHz in transimpedenza?

3) Se il comportamento in frequenza da me riscontrato dell'OPA380 è normale, c'è qualcuno che saprebbe consigliarmi qualcosa che possa garantirmi almeno 29MHz di guadagno costante? Il valore del guadagno non è importante G=100 andrebbe più che bene per esempio

[IsidoroKZ]

Direi che l'errore base sia di voler fare un circuito complicato senza aver studiato bene gli operazionali e l'elettronica.

Gli amplificatori per fotodiodi sono circuiti complicati da progettare, ci sono dei libri interi in proposito ad esempio questo e questo e tanti altri.

Se non hai mai studiato bene i problemi di compensazione in frequenza degli operazionali, direi che ottenere 30MHz di banda da un ampli di transresistenza, con un buon rapporto segnale rumore sia una impresa impossibile.

Altre cose che non vanno sono l'uso di un simulatore senza avere ben chiare le basi sia del circuito che del simulatore, anche se in questo caso spice ha quasi ragione!

Infine come fai a specificare un guadagno di 100 per un ampli di transresistenza? Forse sarebbe opportuno che studiassi bene gli amplificatori :)

[Flamber]

è il prodotto banda guadagno. Se guardi il Datasheet della Texas, a pagina 7, trovi esattamente la stessa risposta che hai plottato, dovuta alle capacità parassite, che ti alzano il fattore Q del sistema.

guarda qui

[Sedra]

Hai ragione IsidoroKZ, in effetti mi è stato commissionato un compito che va ben oltre le mie competenze. Mi trovavo appunto in difficoltà e per questo avevo chiesto... grazie comunque per le dritte. Il Graeme l'avevo da poco acquistato ma pensando che fosse per cose ultraraffinate lo avevo accantonato

Molte grazie anche a Flamber per l'utilissima delucidazione Quindi da come ho capito è un problema di compensazione... cercherò di documentarmi e approfondire l'argomento per vedere se riuscirò ad ottenere un risultato almento accettabile

[boiler]

Senza vedere l'applicazione è difficile consigliarti, ma quello che è stato detto è corretto. Tieni presente che piú banda hai, piú rumore ti troverai all'uscita.

Il Graeme usalo, ha un ottimo capitolo in merito. Non posso darti il riferimento perché ce l'ho in ufficio.

29 MHz con un guadagno di 10000 non è una cosa evidente. Che fotodiodo usi? Se ne prendi uno piccolo hai una minore capacità parassita e ottieni piú facilmente la banda che ti serve.

Lo schema che hai disegnato fa lavorare il fotodiodo in cortocircuito. È necessario (problemi di dark current)? Hai considerato un reverse bias?

Boiler

[Sedra]

Grazie per il tuo intervento Boiler. Ti allego lo schema circuitale.

Si in realtà l'idea era quella di far lavorare il fotodiodo polarizzato inversamente (se è quello che intendevi tu per reverse bias). Polarizzato inversamente a (circa) 3V il BPX65, stando al data sheet (visibile sull'allegato), dovrebbe avere una capacità di 3,... pF se non erro.

Non ho delle specifiche di porgetto ben precise da rispettare, mi è stato solo chiesto di simulare con diverse configurazioni di Rf mostrarne pregie difetti e adeguare di conseguenza il circuito in termini di Cr e quanto altro riesca a fare per cercare di aumentare la BW, ma non devo arrivare per forza ai 29 MHz. In teoria potrei anche cambiare il tipo di fotodiodo per avere una più bassa capacità parassita come suggerito da te (scegliendone magari anche uno più lento in modo da facilitarmi il compito in termini di BW?), ma non saprei dove e quale andare a cercare.

Per ora come vedi ho applicato delle compensazioni abbastanza standard anche basandomi sugli schemi (postati sopra) sul data sheet dell'OPA380. Ci sono due capitoli sul Graeme che parlano di questo e sicuramente ameno uno dei due era quello a cui ti riferivi "Bandwidth and stability" e "Wideband Photodieode Amplifiers". Nel frattempo se hai delle osservazioni/suggerimenti sarebbero molto bene accetti
Per esempio adesso sto lavorando sul questo quesito: appurato dai data sheet dell'OPA380 che con una capacità parassita del fotodiodo Cd=20 pF e una Rf=10 kohm va applicata una Cr di 2.5 pF, quale capacità Cr va applicata se Cd=3.3 pF(circa) e Rf=10 kohm?

[boiler]

In teoria potrei anche cambiare il tipo di fotodiodo per avere una più bassa capacità parassita come suggerito da te (scegliendone magari anche uno più lento in modo da facilitarmi il compito in termini di BW?), ma non saprei dove e quale andare a cercare.

Quando il gioco si fa duro, Hamamatsu, Advanced Photonix oppure Kiosemi (questi ultimi però fanno semi-custom e devi comprarne parecchi).
Vedi per esempio http://www.hamamatsu.com/resources/pdf/ ... n1065e.pdf che ha un package simile a quello che stai già usando.

Per esempio adesso sto lavorando sul questo quesito: appurato dai data sheet dell'OPA380 che con una capacità parassita del fotodiodo Cd=20 pF e una Rf=10 kohm va applicata una Cr di 2.5 pF, quale capacità Cr va applicata se Cd=3.3 pF(circa) e Rf=10 kohm?

Nel capitolo 3.1 del Graeme trovi la risposta alla tua domanda

Boiler

[Sedra]

Ciao Boiler, molte grazie per la tua utilissima risposta! Wow effettivamente questo s9055 potrebbe fare veramente al caso mio... peccato non riesca ancora a trovare lo spice model, ma forse riesco attraverso il data sheet a crearne uno simile.
Hai ragione, sul 3.1 del Graeme c'è esattamente quello che andavo cercando

[boiler]

peccato non riesca ancora a trovare lo spice model

Un fotodiodo non è difficile da modellare. Guarda qui:
https://www.hamamatsu.com/resources/pdf ... odiode.pdf

Un'altra cosa che volevo dire, ma me ne sono dimenticato è che se devi rilevare un segnale modulato, della dark current poco te ne importa (fino a quando stai lontano dalla saturazione, e quindi devi considerare l'offset dell'opamp, ma con l'OPA380 non dovrebbe essere un problema)

Boiler

[Sedra]

Ciao e ancora molte grazie per le ulteriori deucidazioni! Si in effetti nel link che mi hai postato c'è tutto "l'occorrente" Avevo fatto quella considerazione solo perché finora per un dato dispositivo avevo sempre scaricato il file dalla casa costruttrice da inserire nel model editor di spice e poi faceva tutto lui..

Sulla tua seconda osservazione sono assolutamente d'accordo con te