高速运放参数解析与应用于光学前端TIA放大——HA1002E应用指南1

运算放大器这一分类下有许多子分类，例如高速运算放大器、精密运算放大器、低噪声运算放大器等。那么，高速运放的“高速”究竟体现在运放哪些参数上呢？

运放的带宽(Bandwitdth, BW)指运放的-3dB带宽，指的是闭环使用时在某个指定闭环增益下，增益变为低频增益0.707倍时信号的频率，带宽分为小信号带宽和大信号带宽两种，小信号通常指200mV以下的信号。增益带宽积(Gain Bandwidth Product, GBW)指指定频率处，运放的开环增益(Open-loop gain，Aol)与指定频率的乘积；运放开环使用时，运放的放大倍数即为开环增益，增益dB与放大倍数的换算公式为Gain=20lg(Vout/Vin)。带宽和增益带宽积衡量了运放处理交流信号的能力。压摆率(Slew Rate, SR)指闭环使用时，输入端输入一阶跃大信号，在输出端测得信号上升的速率。当输入大信号为正弦波时，若正弦波最大斜率高于运放压摆率时，输出信号便会失真；例如输入一最大斜率高于运放压摆率正弦波，输出则会变为斜率为运放压摆率的锯齿波，这是由于运放响应输出电压的能力小于输入信号的变化率导致的。由压摆率可以引出运放全功率带宽(Full-power Bandwidth, FPBW)，FPBW=SR/2πVp。压摆率和全功率带宽衡量了运放处理大信号的能力。通常将带宽>50MHz，压摆率>10V/us的运放被称为高速运放；乾鸿微自研并经由国内工艺流片的HA1002E型高速宽带运算放大器是一款小信号带宽500MHz，增益带宽积200MHz，压摆率360V/us的高速电压反馈CMOS 运算放大器，同时具有高输入阻抗、低噪声、单位增益稳定以及轨到轨输出的HA1002E适合应用于需要高带宽的视频领域、高速数据采集和信号处理、光学前端TIA放大等等。
HA1002E应用于光学前端TIA放大原理简图
HA1002E应用于光学前端TIA放大原理图如上图所示，采用双电源供电，电源电压分别为±2.5V，均接一组1uF和0.1uF的电容用于滤波，输入端为幅值10uA，1ms/0.5ms占空比的脉冲，反馈电阻R4为20kΩ，即增益为20k，输出波形如下图所示，OUT=I1*20k。

OUT输出图（有补偿电容）

输出出现如下图所示震荡现象是增益过大相位裕度不足导致的，此时应在反馈电阻处并联一补偿电容C7，电容值为1pF~10pF。

OUT输出图（无补偿电容）