Investigation and design of high-speed transimpedance amplifier circuits using CFOAs
Ivailo M. Pandiev
The paper presents the structure and principle of operation of the basic transimpedance amplifier (TIA) circuits. In particular, high-speed (with bandwidth >1MHz) inverting and non-inverting circuits, employing current-feedback operational amplifier (CFOA) are under consideration. Based on analysis of the operational principle, equations for the frequency and step responses of both circuits are obtained. As well, approximate formulas for the related dynamic electrical parameters at simultaneously operation of the input, transmission and load parasitic capacities are worked out. The formulas for the step responses of the circuits are obtained from the transfer functions by applying the inverse Laplace transformation. Moreover, using these formulas a design procedure, valid for frequencies up to 500MHz, is developed. The efficiency of the proposed procedure is demonstrated by simulation and experimental study of sample electronic circuits of TIAs. The comparative analysis shows that the maximum value of the achieved relative error between the calculated and the simulated results is less than 10 %. Moreover, an error of 10 % is quite acceptable, considering the technological tolerances of the parameters.
Статията представя структурата и принципа на работа на основните трансимпедансни усилвателни схеми (transimpedance amplifier – TIA circuits), По-конкретно, обект на разглеждане са високоскоростните (с честотна лента >1MHz) инвертираща и неинвертираща схеми, използващи операционен усилвател с вътрешна токова обратна връзка. Въз основа анализ на принципа на работа на двете схеми са получени изрази за честотните и преходните характеристики, както и приблизителни формули за свързаните с тях електрически параметри при едновременното действие на входните, преда- вателните и изходните паразитни капацитети. Формулите за преходните характеристики на схемите са получени от предавателните функции чрез прилагане на обратната трансфор- мация на Лаплас. При това, използвайки тези формули е развита методика за проектиране, валидна за честоти до около 500МHz. Ефективността на предложената методика е демонс- трирана чрез симулационно и експериментално изследване на трансимпедансни усилватели. Сравнителният анализ показа добро съвпадение, като постигнатата максимална отно- сителна грешка между изчислените и симулационните резултати не надвишава 10 %. Грешка със стойност, равна на 10 %, е съвсем приемлива, имайки предвид технологичните допуски в параметрите.
Cite this article as:
Pandiev I. M. Investigation and design of high-speed transimpedance amplifier circuits using CFOAs. Journal – Journal – Electrotechnica & Electronica (Е+Е), Vol. 51 (1-2), 2016, pp. 38-46, ISSN: 0861-4717 (Print), 2603-5421 (Online)
