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如何优化高速跨阻放大器的带宽?

ADI的各位老师与论坛的各位同行们,你们好。

之前在@ALee687老师的指导下,我完成了一版较为完善的设计,放大器部分的电路与布线如下:

PCB为4层板,选用的芯片为LTC6268-10,布线中高亮部分为VREF电位的保护环,保护环包裹的即为信号输入路径。

同时在相邻层也有VREF电位的铺铜:

最终该设计在跨阻为20K,反馈电容达到0.15pF时达成稳定。输出噪声频谱如下:

在约50MHz的频率噪声达到一个顶峰。

为了更高的带宽,我在这一版的基础上进行修改:

限制带宽的因素是跨阻与反馈电容,限制反馈电容最小值的是总的输入电容。二极管本身的结电容为确定值,而我能够影响的输入电容部分为反相输入引脚与地的寄生电容Cin-;同相输入引脚也即保护环与地的寄生电容Cvref;两个输入引脚之间的寄生电容Ccm。由于该设计采用两个光电二极管,光电管的物理尺寸导致输入路径不得不具有相当的长度。

修正后的布线如下:

首先挖空了1-3层输入路径附近的地层,同相输入端、反相输入端参考离地平面的距离便由0.2mm提高到了1.6mm;同时减小了VREF铺铜的面积。同时底层的地平面在运放的输入输出引脚即相邻器件焊盘位置挖空。

我的预期是牺牲一部分噪声水平和抗干扰能力,换取更高的带宽,可现实给了我当头一棒,噪声水平确实略有上升,但带宽没有改善,反馈电容加到了足足0.5pF才稳定下来不再振荡,也就是说,经过我的一番操作,输入电容不降反升了?同时由于输入部分移除了大量铺铜,而输入路径又不可避免地具有一定长度,整个放大系统有了很强的天线效应,稍微靠近干扰源,输出就会出现大量毛刺与尖峰。很沮丧,感到不知所措。

此时的噪声频谱如下:

噪声尖峰变得更高了些,同时尖峰频率由50MHz移动到了150MHz。

同时还有一版作为对比的设计:

输入部分全部4层都挖空,结果大差不差,就是具有更夸张的天线效应。

请问真正正确的减小输入电容的布局布线应该是怎样的?

另外,目前设计中的偏压VREF没有采用推荐的低阻抗缓冲器,而是采用电阻分压,这样会有什么负面影响?会很严重吗?