带宽

奎芯科技联合创始人兼副总裁唐睿博士出席了2024年第二届上海新质生产力集成电路产教融合大会，并发表了演讲《奎芯科技M2LINK助力突破内存带宽瓶颈》

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在上一篇文章<a href="http://mouser.eetrend.com/content/2019/100043888.html"&gt;“如何在实现高带宽和低噪声的同时确保稳定性？（一）”</a>中，我们介绍了如何选择外部元件以保证稳定性和计算TIA噪声。本文，我们将介绍单增益级的噪声优势。

<strong>可编程增益级贡献的噪声</strong>

<strong>概述</strong>

利用光电二极管或其他电流输出传感器测量物理性质的精密仪器系统，常常包括跨阻放大器（TIA）和可编增益器级以便最大程度地提高动态范围。本文通过实际例子说明实现单级可编程增益TIA以降低噪声并保持高带宽和高精度的优势与挑战。

跨阻放大器是所有光线测量系统的基本构建模块。许多化学分析仪器，如紫外可见（UV-VIS）或傅里叶变换红外（FT-IR）光谱仪等，要依赖光电二极管来精确识别化学成分。这些系统必须能测量广泛的光强度范围。例如，UV-VIS光谱仪可测量不透明的样品（例如使用过的机油）或透明物质（例如乙醇）。另外，有些物质在某些波长具有很强的吸收带，而在其他波长则几乎透明。仪器设计工程师常常给信号路径增加多个可编程增益以提高动态范围。

<strong>光电二极管和光电二极管放大器</strong>

讨论光电二极管放大器之前，快速回顾一下光电二极管。当光线照射其PN结面时，光电二极管会产生电压或电流。图1显示的是等效电路。该模型表示光谱仪所用的典型器件，包括一个光线相关的电流源，它与一个大分流电阻和一个分流电容并联，该电容的容值范围是50pF以下（用于小型器件）到5000pF以上（用于超大型器件）。

在信号链中运用采样保持放大器（THA），可以从根本上扩展带宽，使其远远超出 ADC 采样带宽，满足苛刻高带宽的应用的需求。本文将证明，针对 RF 市场开发的最新转换器前增加一个 THA，便可实现超过 10 GHz 带宽。ps.本文定义的宽带是指使用大于数百MHz的信号带宽，其频率范围为 DC 附近至 5 GHz-10 GHz 区域。

<strong>打好基础</strong>

对于雷达、仪器仪表和通信应用，高GSPS转换器应用得非常广泛，因为它能提供更宽的频谱以扩展系统频率范围。然而，更宽的频谱对ADC本身的内部采样保持器提出了更多挑战，因为它通常未针对超宽带操作进行优化，而且ADC一般带宽有限，在这些更高模拟带宽区域中其高频线性度/SFDR会下降。

因此，在ADC前面使用单独的THA来拓展模拟带宽成为了一个理想的解决方案，如此便可在某一精确时刻对频率非常高的模拟/RF输入信号进行采样。该过程通过一个低抖动采样器实现信号采样，并在更宽带宽范围内降低了ADC的动态线性度要求，因为采样率RF模数转换过程中保持不变。

这种方案带来的好处显而易见：模拟输入带宽从根本上得以扩展，高频线性度显著改善，并且与单独的RF ADC性能相比，THA-ADC组件的高频SNR得到改进。