低ノイズトランスインピーダンスアンプ（TIA）-フィードバックコンデンサを追加すると、電圧ノイズのピークが発生するのはなぜですか。

弱い光信号を検出するための低ノイズトランスインピーダンスアンプ（TIA）に取り組んでいます。目標は、10〜20nV / rtHzの白色電圧ノイズフロアで10MHz帯域幅を達成することです。私は、FGA21フォトダイオードとOPA847オペアンプを使用しており、光伝導モードで動作する10kΩフィードバック抵抗を備えています。

主な仕様は次のとおりです。

• ゲイン帯域幅積：GBW = 3.9GHz
• 入力電圧ノイズ：e_n = 0.85nV / rtHz
• 入力電流ノイズ：i_n = 2.5pA / rtHz
• フォトダイオード容量：C_d = 100pF @ 3Vバイアス

PCBの設計は、推奨されるレイアウト手法（トラック長の最小化、オペアンプの下のフィードバックコンポーネントの通過、グランドプレーンからの影響を受けやすいトラックの分離など）の多くに従いました。さらに、電源はデカップリングコンデンサを使用して厳しくフィルタリングされ、OPA820オペアンプは出力をバッファリングするために使用されました。

2つのノイズスペクトルが取得されました。1つはフィードバック容量が開いたままで、もう1つは1.5pFに設定されています。

破線は、対応する理論上のノイズ曲線を表しています。明らかに、コンデンサはノイズのピークを広げて周波数をシフトさせます。これは、フィードバックコンデンサがトランスインピーダンスゲインを減衰させ、高周波ノイズを低減することを示唆する理論と矛盾します。

これをさらにテストするために、フォトダイオードなしで回路を構築しました。代わりに、100pFのコンデンサを追加してダイオードの接合容量を模倣し、ノイズ測定を再度行いました。

この回路では、フィードバックコンデンサを追加すると、理論で予測されているのと同様にノイズが減衰し、接合容量と電流源の単純なフォトダイオードモデルが完全に正確ではない可能性があることを示唆しています。ただし、文献を検索しても、このモデルの制限についての議論はまだ見つかりませんでした。また、この動作の例も確認していません。

それで、誰かがこの問題に遭遇したことがあるのか​​、または単一のコンデンサの追加が理論と実験の間に大きな格差を引き起こしているのかを理解できるのだろうか？

（回路図がないことをお許しください。私は新しいユーザーであり、現時点では質問ごとに2つのリンクしか添付できません）

編集：フォトダイオードを備えたTIAのPCBレイアウトは次のとおりです。

これが回路図です（オペアンプ間のローパスフィルターが使用されておらず、コンデンサーが開いたままになっていることに注意してください）。

編集2：上記の回路図では、フォトダイオードが逆バイアスされていないことに注意してください。正しいバイアスではんだ付けされていることが示されているすべてのノイズスペクトルで

回路のノイズについて具体的にはわかりませんが、TIA回路をレイアウトするためのかなり広範なヘルプガイドを次に示します。

http://www.linear.com/solutions/5633

入力トレースのグランドと電源プレーンをフォトダイオードから無効にしたかどうかはわかりません。ただし、次の方法を試してみてください。入力キャップと抵抗器の端（墓石）を立てます。空中の一端からフォトダイオード出力ピンまでの非常に細いワイヤー（おそらく40AWG）をはんだ付けします。これにより、入力容量が最小化され、最高の高周波応答が得られます。

RfとCfのパッドを可能な限り最小にトリミングしてから、ボードの横にはんだ付けすることも、それほど簡単な方法ではありません。寄生入力容量は高周波での敵であり、これらのアイデアは両方ともそれを最小化することを目的としています。大量生産には費用がかかりますが、パフォーマンスを向上させるためのアイデアが得られる場合があります。

他のいくつかのアイデア-0805または0603の代わりに0402を使用します。これにより、入力容量も減少します。

LTの文献にもあるもう1つのアイデアは、入力抵抗のパッド間にグランドトレースを走らせることでした。これにより、電界強度が0になります。正直に言って、これがどのように役立つかはわかりませんが、上記のリンクでいくつかの単語を囲んでいます。

幸運を！周波数応答のスクリーンショットをいくつか投稿して、何をしたか、何が機能し、何が機能しなかったかをお知らせください。

フォトダイオードの静電容量が大きいほど、フィードバックコンデンサは10pF以上にする必要があります。

コンデンサ自体は、フォトダイオードよりもインピーダンスがはるかに低いため、回路の安定性が低下することが予想されます。10MHzのピークで少し共振しているように見えるので、大きなフィードバックコンデンサが必要になる場合があります。1.5pFが適切な値に近い場合は、実際のトリマーコンデンサを使用すると、パス長などがあまり長くならない場合、チューニングに便利です。

私自身は理論に精通していないので、基本的なアドバイスしかできません。

私の経験では、コンデンサフライバックモードが発生しているようです。それはあなたの電圧があなたのピークとして吸うピークを作成する原因となっています。この問題を解決するには、より大きなコンデンサを使用するか、コンデンサの前にシステムに抵抗を追加することをお勧めします。