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LMH34400 240MHz跨阻抗放大器技术解析与应用指南

科技观察员 2025-08-22 10:41 次阅读
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Texas Instruments LMH34400跨阻抗放大器是一款固定增益、单端跨阻抗放大器,用于光检测和测距(LIDAR)应用以及激光距离测量系统。LMH34400可产生1.0VPP 的输出摆动,并具有50nARMS 的输入参考噪声。

数据手册:*附件:Texas Instruments LMH34400跨阻抗放大器数据手册.pdf

LMH34400具有集成的100mA箝位,可保护放大器并使该器件能够在过载输入情况下快速恢复。LMH34400还具有集成的环境光抵消(ALC)电路,可用于替代光电二极管和放大器之间的交流耦合,以节省电路板空间和降低系统成本。在需要测量频率信号内容低于400kHz的情况下,应禁用ALC环路。

Texas Instruments LMH34400可以使用EN引脚置于低功耗模式,以在放大器未使用时节省功耗。该功能允许将几个LMH34400放大器多路复用到接收信号链的下一级输入,将EN控制引脚用作多路复用器选择功能。LMH34400提供单端输出,并针对基于时间-数字转换器(TDC)的LIDAR系统进行了优化。

特性

  • 集成增益:40kΩ
  • 性能,CPD = 1pF
    • 带宽:240MHz
    • 输入参考噪声:50nARMS
    • 上升和下降时间:1.5ns
  • 集成的环境光抵消
  • 集成100mA保护钳位
  • 静态电流:20mA
  • 低功耗模式电流:1.5mA
  • 温度范围:–40°C至+125°C

功能框图

1.png

LMH34400 240MHz跨阻抗放大器技术解析与应用指南

一、产品概述

LMH34400是德州仪器(TI)推出的单端输出跨阻抗放大器(TIA),专为激光雷达(LIDAR)和激光测距系统设计,具有以下核心特性:

  • 固定增益‌:40kΩ(驱动100Ω负载时)
  • 超宽带宽‌:240MHz(CPD=1pF时)
  • 超低噪声‌:输入参考噪声50nARMS
  • 集成功能‌:100mA保护钳位和背景光消除电路
  • 工作温度‌:-40°C至+125°C

二、关键特性与技术优势

1. 核心性能参数

  • 增益带宽积‌:9.6THz·Ω
  • 瞬态响应‌:
    • 上升/下降时间:1.5ns
    • 过载恢复时间:18ns
  • 输出特性‌:
    • 电压摆幅:1VPP
    • 驱动能力:±19mA(线性范围)
  • 功耗‌:
    • 工作模式:20mA(典型)
    • 低功耗模式:1.5mA

2. 创新功能

  • 集成100mA钳位‌:可将大输入电流(≤100mA)分流至VDD,防止放大器饱和
  • 背景光消除(ALC) ‌:消除400kHz以下低频干扰,节省AC耦合元件
  • 使能控制‌:支持多器件复用,EN引脚可作多路选择信号

3. 封装信息

  • DRL封装‌:SOT5X3(1.6mm×1.6mm)
  • 引脚配置‌:
    1. IN:TIA输入
    2. VDD:3.3V供电
    3. EN:使能控制
    4. OUT:放大器输出
    5. GND:地
    6. IDC_EN:ALC使能

三、应用设计要点

1. 光电检测前端设计

关键参数计算‌:

  • 跨阻增益:40kΩ(RL=100Ω)
  • 带宽限制公式:BW ≈ 1/(2π·RT·CPD)
  • 噪声优化:CPD每增加1pF,噪声增加约15nARMS

布局建议‌:

  • 输入引脚下方去除地平面,减少寄生电容
  • 电源去耦:0.1μF陶瓷电容+1μF钽电容组合
  • 输出走线长度<25mm,避免90°拐角

2. 激光雷达信号链

典型配置方案:

  1. 光电二极管阴极接IN,阳极接负压(-12V)
  2. LMH34400输出接TLV3601比较器
  3. 比较器输出接TDC或FPGA

时序设计‌:

  • 脉冲宽度≥10ns时可获得完整响应
  • 采用低色散比较器(如TLV3601)减少walk误差
  • 阈值电压设置:VREF = 1V + (40kΩ×Imin)

四、典型应用电路

1. 电压源测试电路

![测试电路框图]

  • 输入偏置电压:2.5V
  • 50Ω阻抗匹配网络
  • 输出分压比:1/2(需在计算中补偿)

2. 多器件复用方案

![复用方案框图]

  • 使能引脚作为片选信号
  • 最多支持4路并联
  • 建议增加隔离电阻(RISO)抑制反射

五、性能优化指南

1. 带宽提升方法

  • 选择低电容光电二极管(CPD<1pF)
  • 优化PCB布局,减少寄生参数
  • 禁用ALC环路(当f>400kHz时)

2. 噪声抑制技巧

  • 电源去耦电容尽量靠近VDD引脚
  • 采用星型接地拓扑
  • 敏感信号用地平面屏蔽

六、应用领域

  1. 自动驾驶‌:固态激光雷达接收通道
  2. 工业机器人‌:避障与定位系统
  3. 无人机‌:地形测绘与避障
  4. 消费电子‌:扫地机器人导航
  5. 安防监控‌:人员检测与跟踪
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