Fenómeno de doble pico en simulación de amplificador de transimpedancia

Estoy simulando un circuito amplificador de transimpedancia para replicar un fenómeno que está experimentando mi equipo. El fenómeno se puede ver a continuación en la imagen con un círculo rojo:

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Mi fotomultiplicador aquí en la simulación está siendo activado a 10 ns por la fuente de voltaje V1, y pueden ver en ese gran pico antes del círculo rojo, nuestra señal está siendo amplificada por el amplificador. Sin embargo, también estamos obteniendo un pequeño pico, como se muestra en la parte roja dentro de un círculo. No entiendo por qué sucede esto, pero sé que se vuelve más prominente a medida que reduce la resistencia de retroalimentación, R1. Aquí hay una vista a 50 ohmios:

50

Si aumento demasiado la resistencia de retroalimentación, la señal se corta y estoy tratando de evitar eso. No creo que esto sea necesariamente un problema exclusivo del amplificador operacional, ya que también veo este problema al usar diferentes modelos de amplificadores operacionales, pero ¿por qué ocurre esto y qué puedo hacer al respecto?

EDITAR: en respuesta a una de las respuestas, aquí está la señal de salida cuando la resistencia de retroalimentación es de 100 ohmios:

100 ohmios

Aquí, puede ver el recorte cuando alcanza los 1,13 voltios. Esta es la situación que mi equipo está tratando de evitar; en lugar de recortar la señal, queremos un pulso, como se muestra en las imágenes anteriores (aunque sin ese segundo pico que se muestra en rojo).

EDITAR: como se sugirió, realicé un pequeño análisis de señal de mi circuito inyectando una pequeña fuente de corriente CA de 15 mA (límite máximo de corriente del SiPM) en el circuito:

CA actual

Gracias a un comentario, realicé mal el análisis inicial al usar una fuente de voltaje de CA, así que lo ejecuté nuevamente con la fuente de corriente. Elegí la dirección de la fuente en función de cómo fluiría la corriente a través del SiPM (parece que cambiar la dirección de la fuente solo invierte la fase), y el disparador de CC no pareció tener un efecto notable en el circuito (basado en al ejecutarlo con/sin el gatillo). Veo alrededor de 5 picos en el gráfico, pero ¿qué significa con respecto al circuito?

EDITAR: Lamento no haber mencionado esto antes, pero estoy usando un modelo de SensL MicroFJ-60035-TSV SiPM para mi circuito.

Una simulación de dominio de frecuencia (barrido de CA) de su circuito debería darle una pista de por qué sucede esto. Inyecte una corriente CA en el nodo IN1.
Lo sentimos, pero si no está claro, la fase de LOAD1 es la misma que en OUT1. R2 no afecta la fase.
@JonathanS. Agregué una gráfica de mi barrido de CA en el circuito, aunque tengo problemas para entender los resultados. Tal como está ahora con el AD8014, comienza a -6 dB, ¿eso significa que no hay ganancia? Es lo mismo si comienzo la frecuencia a 1 Hz en lugar de 10 kHz, nunca pasa de 0 dB. ¿Qué significa eso?
Hizo mal el barrido de CA: debe usar una fuente de corriente , no una fuente de voltaje. Desconecte su fotodiodo y reemplace V4 con una fuente de corriente alterna. El valor en dB es irrelevante para esta simulación, hay que buscar picos en la respuesta.
@JonathanS. Gracias. Lo lamento. Fui con una fuente de corriente alterna como dijiste y publiqué los resultados en la publicación.
Ese pico de aproximadamente 150 MHz en la respuesta de frecuencia es el timbre que está viendo, probablemente se deba a que el cambio de fase del OpAmp comienza a aumentar en esa frecuencia, lo que convierte la retroalimentación en la entrada inversora (ligeramente) en positiva. Debería poder compensar esto, tal vez dividiendo R1 en dos resistencias de 12,5 ohmios y agregando un pequeño capacitor a tierra en el medio. Es difícil averiguar por qué ocurre exactamente el pico, por lo que debe jugar un poco y observar la respuesta de frecuencia. (El capacitor debería ser muy pequeño, probablemente 0.47pF más o menos)
@JonathanS. Intenté lo que dijiste, pero no tuvo ningún efecto en la trama. La respuesta siguió siendo la misma. Descubrí que al aumentar la capacitancia de retroalimentación, ese primer pico (en realidad alrededor de 120 MHz) se suaviza más, pero cuando miras hacia atrás en el análisis transitorio, nada ha cambiado desde antes. ¿Qué pasa con los otros picos de frecuencia más alta? También vi este tipo de trama con otros amplificadores operacionales en lugar del AD8014 (específicamente el OPA656), pero con los mismos componentes, no hubo ningún zumbido, aunque hubo diferencias en el lugar donde ocurrieron los picos.

Respuestas (2)

La hoja de datos de AD8014 muestra claramente que obtendrá un pico significativo de la señal de salida cuando tenga una resistencia de retroalimentación tan baja. Estaría considerando una resistencia de al menos 100 ohmios.

Si aumento demasiado la resistencia de retroalimentación, la señal se corta y estoy tratando de evitar eso.

En este momento, con una retroalimentación de 50 ohmios, su señal máxima es de 900 mV. Con 100 ohmios, será más como 1,8 voltios, dado que el AD8014 es capaz de producir ± 3,4 voltios en su salida, debería estar bien. Si la amplitud es demasiado alta para las etapas posteriores y provoca el recorte de esas otras etapas, utilice un atenuador de resistencia después del extremo frontal.

Gracias por la respuesta. Publiqué una imagen de mi simulación cuando la retroalimentación es de 100 ohmios y se recorta a 1,13 voltios. Mi equipo está tratando de evitar esto; estamos tratando de obtener picos como los que muestran las imágenes anteriores en lugar de una señal recortada. Echaré un vistazo a su sugerencia de un atenuador de resistencia, ¿qué quiere decir con después de la parte delantera? Además, ¿agregar más resistencia por medio de un atenuador no ralentizaría la señal?
@ user101402 solo para ver qué sucede, intente también colocar una resistencia en paralelo con el fotodiodo para desviar parte de la corriente de PD. Tal vez de 100 ohm a 1 kohm. Me parece que la corriente de su fotodiodo es bastante grande.
Gracias por la respuesta. La corriente del fotodiodo está clasificada para un máximo de 15 mA según lo establecido en la hoja de datos del fabricante. Estamos usando un SensL MicroFJ-TSV-60035 SiPM.
En respuesta a otro comentario, realicé un pequeño análisis de señal en mi circuito utilizando una fuente de voltaje de CA a 180 mV, el voltaje aproximado del SiPM cuando está activo. Esa pequeña caída al final parece extraña, y no estoy seguro de cómo esto explica el fenómeno.
Perdón por las constantes respuestas. Jonathan S. mencionó que realicé mal mi análisis, que debería usar una fuente de corriente en lugar de una fuente de voltaje. Por lo tanto, volví a realizar mi barrido de CA con una fuente de corriente con la amplitud de corriente basada en la corriente máxima esperada del SiPM.
@ user101402 Le pregunté si podía desviar su fotodiodo usando una resistencia para ver qué pasaba.
El uso de una resistencia de derivación para desviar parte de la corriente a tierra no tuvo ningún impacto en la señal de carga.

Los amplificadores de transimpedancia de alta velocidad son muy sensibles a la diminuta inductancia parásita de la línea de entrada (pocos nanoH de unos pocos mm de cable). Eso provoca 'zumbidos' o incluso oscilaciones.

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