¿Diseñar un fotodiodo TIA para un determinado ancho de banda?

Estoy trabajando en mi tesis de maestría en estos días y tengo un problema grave. Estoy usando el fotodiodo FDS100 con LT6268-10 Amp para diseñar un circuito. El ancho de banda requerido para mí es de 10MHz, y estoy usando el asistente de diseño de circuito de fotodiodo para ayudarme con mi diseño. Mi problema es que cuando uso las ecuaciones para calcular la resistencia y la capacitancia de retroalimentación y luego uso estos números en el diseño, obtengo una respuesta de frecuencia de alrededor de 23 MHz, que es más alta que el ancho de banda requerido. Digamos que tengo una corriente de alrededor de 30uA del fotodiodo y quiero que el valor de voltaje pico sea de 1V, entonces

1V/30u=33.4KOhm.

Entonces

¡¡Cf=1/(2piRfBW)=0,48pF!!

que es realmente bajo, y no estoy seguro de si podemos lograrlo en la vida real. No estoy seguro de si mis métodos para calcular estos valores son correctos, pero hay muchos y todos deberían dar los mismos resultados al final. ¿Cómo calculo las ecuaciones correctamente?

480fF es valor práctico.
No estoy seguro de eso, porque es demasiado bajo y recibo esta advertencia del sitio web: Advertencia: la capacitancia de retroalimentación, Cf, necesaria para su diseño es solo 479 fF. En este nivel bajo, la capacitancia de la placa tendrá un efecto significativo en el pico (Q) de este diseño. El valor real de Cf debe determinarse empíricamente con su placa PCB específica. Debido a que el valor es tan bajo, la herramienta no ha convertido la capacitancia en un valor estándar. Y lo más importante para mí es el ancho de banda o la respuesta de frecuencia que estoy buscando de 10 MHz, pero estoy superando eso.
el diseño físico, el tamaño de la resistencia, los planos de tierra, el voltaje de polarización, todos afectan la capacitancia real. Verifique cada parte, no asuma.
La hoja de datos muestra 40pF.
que hoja de datos dice que...
La hoja de datos de FDS100 dice eso.

Respuestas (2)

En algún momento, aplica la teoría y usa un componente ajustable para lograr el resultado deseado (especialmente cuando se está quedando sin tiempo). Se requerirá una plantilla de prueba con respuesta de frecuencia de barrido o medición de tiempo de subida transitoria. Pocos condensadores variables pueden adaptarse a su objetivo de 0,5 pf. Las variaciones de capacitancia parásita probablemente dominarán sus esfuerzos de cálculo de todos modos.
Su ancho de banda deseado es menor que el de su circuito, por lo que si desea limitar el ancho de banda con este condensador, su valor será superior a 0,5 pf.
En este tipo de circuito, se puede construir un pequeño condensador variable a partir de dos cables aislados (los cables recubiertos de teflón serían buenos):
condensador variableLa capacitancia se ajusta recortando secciones del extremo abierto, teniendo cuidado de asegurarse de que los extremos abiertos del cable no hagan cortocircuito entre sí. Por supuesto, puede reducir su capacitancia recortando, pero no puede aumentar la capacitancia. A 25 MHz, la longitud torcida debe ser una pequeña fracción de una longitud de onda, por lo que los efectos de la línea de transmisión deben ser insignificantes y, en su mayoría, tiene una reactancia capacitiva entre los extremos del cable. Solo manténgalo alejado de otros componentes.

Todavía tendrá que decidir si la variabilidad de la reactancia parásita o los efectos de la temperatura restarán demasiado al resultado deseado. Y si esto es un producto, ¿vale la pena el costo de una plantilla de prueba y el procedimiento de ajuste?

Para ser honesto, no entendí totalmente lo que me está diciendo, pero mi problema aún está en la simulación, es decir, si mis cálculos son correctos y los métodos que estoy usando son correctos, ¿por qué la simulación no funciona correctamente? porque hasta donde yo sé, el BW = 1/(2pi Rf Cf), y con los valores que tengo, obtengo alrededor de 10 MHz, pero la simulación muestra mucho más que eso.
El producto RfCf es muy crudo: una aproximación muy aproximada, pero un buen lugar para comenzar. Muchas otras capacitancias del circuito y las características del amplificador operacional afectan la respuesta de alta frecuencia (incluso puede oscilar). Su asistente de diseño debería solicitarlos, pero algunas capacitancias solo puede estimarlas.

Si resulta que el ancho de banda es de 23 MHz y requiere un condensador de 0,5 pF, utilice un valor más alto para obtener un ancho de banda de 3 dB de 10 MHz. Intente aumentar la capacitancia a quizás 0.8 pF. Estos son valores bastante fáciles de obtener, pero necesita un montaje en superficie para hacer el trabajo correctamente. Básicamente, la capacitancia de un componente 0603 (ya sea R, C o L) será de aproximadamente 0,1 pF cuando se monte en almohadillas de cobre razonables.

También señalaré que el asistente de fotodiodos de Analog Devices se puede usar con diferentes valores de capacitor y generará la nueva respuesta de frecuencia.

Si realmente tiene problemas para obtener capacitores de valor tan bajo, puede usar un divisor de voltaje resistivo de 10: 1 en la salida del amplificador operacional y usar un capacitor de 5 pF para la retroalimentación.

Intenté hacer eso y sigo rondando los 18 MHz, el principal problema para mí es que necesito verificar las ecuaciones que estoy usando para calcular estos valores, pero como no obtengo los mismos resultados en este asistente de circuito. Sí, puedo usar un AMP de segunda etapa con un filtro de paso bajo, pero mi supervisor me dice que necesito usar solo un AMP de etapa para obtener este BW.
analog.com/media/en/analog-dialogue/volume-47/number-2/articles/… estos son los métodos que estoy usando para hacer mi trabajo por ahora, que son los mismos que usa este asistente de circuitos...
LTSpice (fabricado por las mismas personas que fabrican el amplificador operacional que usa) es una gran opción. Vea lo que se le ocurre y asegúrese de modelar la capacitancia de su fotodiodo con precisión.
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