低噪声跨阻放大器（TIA）-为什么添加反馈电容器会导致电压噪声峰值？

我正在研究一种用于检测弱光信号的低噪声跨阻放大器（TIA）。目的是实现具有10-20nV / rtHz的白噪声本底的10MHz带宽。我将FGA21光电二极管和OPA847运算放大器与以光导模式工作的10kohm反馈电阻一起使用。

关键规格包括：

• 增益带宽乘积：GBW = 3.9GHz
• 输入电压噪声：e_n = 0.85nV / rtHz
• 输入电流噪声：i_n = 2.5pA / rtHz
• 光电二极管电容：C_d = 100pF @ 3V偏置

PCB设计遵循许多建议的布局技术（最小化走线长度，在运算放大器下传递反馈组件，将敏感走线与接地层隔离等）。此外，使用去耦电容器对电源进行了严格滤波，并使用OPA820运算放大器来缓冲输出。

拍摄了两个噪声频谱，一个噪声频谱的反馈电容保持开路，另一个噪声频谱的设置为1.5pF：

虚线表示相应的理论噪声曲线。显然，电容器会导致噪声峰值变宽并频移，这与理论相矛盾，该理论认为反馈电容器会抑制跨阻增益并降低高频噪声。

为了进一步测试这一点，构建了不带光电二极管的电路，而是添加了一个100pF电容器来模拟二极管结电容，并重新测量了噪声：

在该电路中，添加反馈电容器会使噪声衰减，类似于理论预测的那样，这向我暗示了结电容和电流源的简单光电二极管模型可能并不完全准确。但是，通过文献搜索，我还没有找到关于该模型局限性的讨论，也没有看到这种行为的任何例子。

因此，我想知道是否有人曾经遇到过这个问题，或者是否可以理解增加单个电容器如何导致理论和实验之间的巨大差异？

（请原谅缺乏电路图，我是新用户，到目前为止，每个问题只能附加两个链接）

编辑：这是带光电二极管的TIA的PCB布局：

这是电路原理图（值得注意的是，运算放大器之间未使用低通滤波器，电容器保持开路状态）：

编辑2：请注意，在上面的电路图中，光电二极管没有反向偏置，在所示的所有噪声频谱中，它都以正确的偏置焊接

我不确定您电路上的噪声是否具体，但是这里有很多有关放置TIA电路的帮助指南：

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

我无法确定您是否已使光电二极管的输入走线上的地平面和电源平面无效。但是，您可以尝试以下方法。将输入盖和电阻器竖立在一端（墓碑）。从空气传播的一端到光电二极管输出引脚焊接一根非常细的线（也许是40AWG）。这将最小化输入电容，从而为您提供最佳的高频响应。

另一个不太费力的尝试是将Rf和Cf的焊盘修整到最小，然后将它们横向焊接到板上。寄生输入电容在高频时是您的敌人，这两个想法都旨在将其最小化。尽管批量生产价格昂贵，但可能会给您一些使它性能更好的想法。

其他一些想法-使用0402而不是0805或0603。这也将减小输入电容。

LT文献中的另一个想法是在输入电阻器的焊盘之间进行接地走线。这使场强度变为0。老实说，我对此并不怎么好，但是在上面我给出的链接中，他们用一些文字围住了。

祝好运！您应该发布一些频率响应的屏幕截图，并让我们知道您做了什么-什么有用，什么没用。

随着光电二极管电容的增加，您的反馈电容应大于10pF。

电容器本身的阻抗将比光电二极管低得多，因此我认为可以预期电路的稳定性会降低。看起来它甚至在10MHz的峰值处产生一点谐振，因此您可能需要更大的反馈电容器。如果1.5pF在正确的值附近，那么使用实际的微调电容器可能不会很方便，因为它不会增加路径长度或增加太多。

我本人对理论并不熟悉，因此我只能提供基本建议。

根据我的经验，您似乎正在经历电容器反激模式。这导致您的电压产生峰值，就像您的峰值一样。要解决此问题，我建议使用更大的电容器或在电容器之前为系统增加额外的电阻。