Blog về công ty TI LMH32401IRGTR Bộ khuếch đại Transimpedance đầu ra khác biệt một đầu có thể lập trình được

TILMH32401IRGTRBộ khuếch đại Transimpedance Output Differential Single-Ended có thể lập trình

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd.Đồ cung cấp/Tái chế TILMH32401IRGTRMột bộ khuếch đại chuyển tần gia tăng có thể lập trình hiệu suất cao (PGA) được thiết kế để chuyển đổi đầu vào đầu vào đầu ra khác biệt.Được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng phát hiện quang học tốc độ cao và xử lý tín hiệu, nó tận dụng lợi ích có thể lập trình, băng thông rộng, tiếng ồn thấp và tích hợp cao để cung cấp hiệu suất đặc biệt.và truyền thông quang tốc độ cao, nơi độ chính xác tín hiệu và tốc độ phản hồi là rất quan trọng, nó phục vụ như một giải pháp khuếch đại đầu tiên lý tưởng cho các hệ thống máy thu quang điện tử hiện đại.

I. Tổng quan cơ bản vềLMH32401IRGTRThiết bị

LMH32401IRGTR về cơ bản là một bộ khuếch đại transimpedance một kênh.Chức năng cốt lõi của nó là chuyển đổi các tín hiệu dòng điện yếu được tạo ra bởi các cảm biến đầu ra dòng điện như photodiodes thành tín hiệu điện áp với tốc độ cao và biến dạng thấpCấu trúc đầu ra khác biệt của nó tăng cường khả năng chống nhiễu, đồng thời hỗ trợ chuyển đổi gia tăng có thể lập trình để thích nghi với các ứng dụng có cường độ ánh sáng hoặc kích thước tín hiệu khác nhau.Nằm trong một gói VQFN 16 chân nhỏ gọn 3mm × 3mm, thiết bị tạo điều kiện cho bố trí PCB mật độ cao.đáp ứng các yêu cầu môi trường cho các ứng dụng công nghiệp và các ứng dụng ô tô được chọn.

Là một sản phẩm quan trọng trong loạt bộ khuếch đại tốc độ cao của TI,LMH32401IRGTRưu tiên tối ưu hóa phản ứng tần số cao, hiệu suất tiếng ồn và tích hợp. Nó kết hợp nhiều mô-đun chức năng thực tế, cho phép hoạt động ổn định mà không cần mạch ngoại vi phức tạp.Điều này làm giảm đáng kể sự phức tạp và chi phí thiết kế hệ thống trong khi duy trì điều khiển năng lượng thấp, làm cho nó phù hợp với các ứng dụng thiết bị di động và năng lượng thấp.

II. Các thông số kỹ thuật cốt lõi và lợi thế hiệu suất củaLMH32401IRGTR

(1) Các thông số kỹ thuật cơ bản

Các thông số hiệu suất của LMH32401IRGTR xoay quanh ba khả năng cốt lõi: tốc độ cao, tiếng ồn thấp và tăng có thể lập trình.CPD=1pF, RL=100Ω, TA=25°C) phù hợp chính xác với các yêu cầu ứng dụng thực tế:

- Tăng độ truyền trở có thể lập trình: Hỗ trợ chuyển đổi tăng 2kΩ và 20kΩ với mức tăng mặc định là 2kΩ.Người dùng có thể linh hoạt cấu hình gain thông qua pin GAIN bên ngoài để chứa tín hiệu dòng đầu vào có kích thước khác nhau.

- Hiệu suất băng thông: Ở mức tăng 2kΩ, băng thông transimpedance vòng kín đạt 450MHz; ở mức tăng 20kΩ, băng thông là 275MHz, cả hai đều cung cấp khả năng phản hồi tần số cao đặc biệt;

- Hiệu suất tiếng ồn: Ở mức tăng 2kΩ, tiếng ồn tham chiếu đầu vào chỉ là 250nARMS; ở mức tăng 20kΩ, tiếng ồn tham chiếu đầu vào giảm xuống 49nARMS, cải thiện đáng kể độ chính xác phát hiện các tín hiệu yếu;

- Tốc độ chuyển đổi: Ở mức tăng 2kΩ, thời gian tăng / giảm chỉ thấp hơn 0,8ns; Ở mức tăng 20kΩ, thời gian tăng / giảm là 1,3ns, cho phép thu thập các tín hiệu thoáng qua tốc độ cao;

- Đặc điểm đầu ra: Output swing đạt 1,5VPP, có khả năng điều khiển trực tiếp tải 100Ω.đơn giản hóa thiết kế chuỗi tín hiệu;

- Cung cấp điện và tiêu thụ điện: Hoạt động với nguồn điện duy nhất với phạm vi điện áp từ 3V đến 3,45V, điện áp cung cấp điển hình là 3,3V, dòng điện tĩnh khoảng 30mA. Hỗ trợ chế độ năng lượng thấp;có thể bị vô hiệu hóa thông qua chân EN trong hoạt động không hoạt động để tiết kiệm năng lượng.

- Các thông số bổ sung: Dòng điện DC đầu vào lên đến 60 ~ 72μA, dòng truyền động tuyến tính đầu ra điển hình (sink / source) là 26,6mA, trở ngại đầu ra khác nhau khoảng 21Ω,và tỷ lệ từ chối chế độ chung tuyệt vời (CMRR).

(II) Ưu điểm hiệu suất cốt lõi

1. Lợi ích có thể lập trình cho khả năng thích nghi với nhiều kịch bản

CácLMH32401IRGTRkết hợp một mô-đun điều khiển gia tăng có thể lập trình. Bằng cách cấu hình mức pin GAIN,nó cho phép chuyển đổi nhanh giữa các thiết lập tăng 2kΩ và 20kΩ mà không cần thay thế điện trở bên ngoài hoặc thiết kế lại mạchSự linh hoạt này cho phép thích nghi với các kịch bản phát hiện ánh sáng dưới cường độ ánh sáng khác nhau:chế độ tăng thấp 2kΩ ngăn chặn sự bão hòa tín hiệu- Dưới ánh sáng yếu với tín hiệu đầu vào yếu, chuyển sang chế độ tăng cao 20kΩ khuếch đại tín hiệu.- Hiệu suất tiếng ồn thấp đảm bảo độ chính xác phát hiện cho tín hiệu yếu vẫn còn nguyên vẹn.

2Thiết kế tốc độ cao, tiếng ồn thấp cho xử lý tín hiệu tần số cao tối ưu

CácLMH32401IRGTRđược tối ưu hóa đặc biệt cho xử lý tín hiệu quang điện tử tốc độ cao. Với băng thông tối đa 450MHz và tốc độ chuyển đổi nhanh 0,8ns,nó dễ dàng thu thập tín hiệu dòng chuyển tiếp tần số cao trong các ứng dụng như lidar và truyền thông quang học tốc độ cao mà không có biến dạng tín hiệu đáng kểĐồng thời, tiếng ồn tham chiếu đầu vào cực kỳ thấp (từ 49 nARMS) có hiệu quả ức chế tiếng ồn môi trường và nhiễu gây ra bởi thiết bị,cải thiện đáng kể tỷ lệ tín hiệu-gọi tiếng ồn (SNR)Điều này giải quyết các thách thức về tiếng ồn trong quá trình khuếch đại các tín hiệu quang điện tử yếu, làm cho nó đặc biệt phù hợp với các ứng dụng phát hiện chính xác cao trong môi trường ánh sáng yếu.

3. Một đầu vào kết thúc để kiến trúc đầu ra khác biệt với loại bỏ tiếng ồn xuất sắc

CácLMH32401IRGTRsử dụng một đầu vào đơn cuối cho kiến trúc đầu ra khác biệt. đầu vào đơn cuối của nó trực tiếp giao diện với các thiết bị cảm biến dòng như đèn chiếu sáng,loại bỏ nhu cầu về các mạch chuyển đổi tín hiệu bổ sung. Các đầu ra khác biệt có hiệu quả ngăn chặn tiếng ồn chế độ chung và nhiễu điện từ (EMI), tăng cường sự ổn định truyền tín hiệu.Điều này làm cho nó đặc biệt phù hợp với truyền tín hiệu đường dài và các ứng dụng trong môi trường điện từ phức tạpNgoài ra, đầu ra chênh lệch có thể trực tiếp điều khiển cổng đầu vào chênh lệch của ADC mà không cần mạch chuyển đổi chênh lệch bổ sung,đơn giản hóa thiết kế chuỗi tín hiệu đồng thời cải thiện độ chính xác lấy mẫu của ADC.

4. Sự tích hợp cao làm giảm chi phí thiết kế hệ thống

CácLMH32401IRGTRkết hợp nhiều mô-đun chức năng thực tế, cho phép hoạt động ổn định mà không cần các thành phần bên ngoài phức tạp:

- Một mạch kẹp bảo vệ tích hợp 100mA ngăn ngừa thiệt hại của thiết bị do quá tải hoặc quá tải đầu vào tạm thời trong khi cho phép phục hồi nhanh chóng từ các điều kiện quá tải, tăng cường độ bền của hệ thống.Các mạch hủy ánh sáng xung quanh tích hợp (ALC) thay thế các tụ điện nối AC giữa các photodiode và bộ khuếch đại, tiết kiệm không gian bố trí PCB và giảm chi phí hệ thống.Chức năng multiplexing đầu ra tích hợp cho phép nhiều thiết bị LMH32401IRGTR được multiplex đến một ADC duy nhất thông qua điều khiển năng lượng thấp của chân EN, tạo điều kiện cho việc phân chia nhiều kênh tín hiệu theo thời gian để giảm chi phí và dấu chân hệ thống hơn nữa.

5. Kiểm soát năng lượng thấp cho các ứng dụng di động

CácLMH32401IRGTRhỗ trợ chế độ năng lượng thấp. Khi bộ khuếch đại không được sử dụng, chân EN có thể đưa thiết bị vào trạng thái năng lượng thấp. Trong trạng thái này, các chân đầu ra đi vào trạng thái trở ngại cao,giảm đáng kể dòng điện tĩnh và bảo tồn hiệu quả năng lượngTính năng này cho phép tương thích với các thiết bị năng lượng thấp như máy đo khoảng cách laser di động và hệ thống LiDAR cầm tay, kéo dài thời gian chạy thiết bị.trạng thái đầu ra xung cao tạo điều kiện cho việc multiplex với nhiều thiết bị, tăng cường hội nhập hệ thống.

III. Các mô-đun chức năng chínhLMH32401IRGTR

(1) Mô-đun điều khiển tăng năng có thể lập trình

Các mô-đun điều khiển gain có thể lập trình là một trong những mô-đun cốt lõi của LMH32401IRGTR.thiết bị hoạt động trong chế độ tăng 2kΩ mặc định; khi chân GAIN được kéo cao, nó chuyển sang chế độ tăng 20kΩ.đảm bảo truyền tín hiệu không bị gián đoạn và đáp ứng các yêu cầu điều hòa tín hiệu trong điều kiện ánh sáng thay đổi năng độngThiết kế tích hợp này loại bỏ sự cần thiết cho các chip điều khiển tăng thêm hoặc mạng kháng cự bên ngoài,đơn giản hóa thiết kế mạch trong khi đảm bảo độ chính xác tăng ổn định và giảm thiểu tác động của sự trôi dạt nhiệt độ đối với tăng.

(II) Mô-đun hủy ánh sáng xung quanh (ALC)

Mô-đun hủy ánh sáng xung quanh là một tối ưu hóa chuyên biệt cho các kịch bản phát hiện quang điện tử. Nó bù đắp động cho các thành phần DC được tạo ra bởi ánh sáng xung quanh nền (ví dụ:ánh sáng mặt trời, ánh sáng trong nhà), ngăn ngừa sự bão hòa đầu ra của bộ khuếch đại do ánh sáng xung quanh mạnh và tăng phạm vi động của hệ thống.Mô-đun này có thể trực tiếp thay thế tụ điện kết nối AC truyền thống đặt giữa photodiode và khuếch đại, tiết kiệm không gian bố cục PCB và giảm chi phí thành phần. Khi nối DC được yêu cầu trong một ứng dụng, mô-đun có thể bị tắt thông qua chân IDC_EN,cung cấp sự thích nghi linh hoạt với các nhu cầu thiết kế mạch khác nhauCác mô-đun ALC hoạt động trên một băng thông rộng mà không ảnh hưởng đến truyền tín hiệu tần số cao, đảm bảo tính toàn vẹn của tín hiệu quang điện.

(3) Chăm sóc Klamping và Low-Power Control Module

Dòng kẹp bảo vệ tích hợp 100mA giới hạn cường độ dòng trong quá tải đầu vào, bảo vệ các giai đoạn đầu vào và đầu ra của bộ khuếch đại khỏi bị hư hại.Nó cho phép phục hồi nhanh chóng để hoạt động bình thường trong điều kiện quá tải, tăng độ tin cậy và ổn định hệ thống đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng như lidar, nơi có thể xảy ra đầu vào tín hiệu mạnh đột ngột.Khi chân EN được kéo cao, thiết bị đi vào chế độ năng lượng thấp với đầu ra trở kháng cao. Khi chân EN được kéo thấp, thiết bị hoạt động bình thường.Tính năng này không chỉ cho phép kiểm soát tiêu thụ năng lượng mà còn tạo điều kiện cho việc thu thập tín hiệu đa kênh. Thông qua kiểm soát phân chia thời gian của chân EN, nhiều bộ khuếch đại có thể được multiplex, giảm chi phí phần cứng hệ thống và tiêu thụ điện.

(IV) Mô-đun trình điều khiển đầu ra khác biệt

Mô-đun điều khiển đầu ra khác biệt sử dụng thiết kế xoay cao, tốc độ cao với xoay đầu ra 1,5Vpp, có khả năng điều khiển trực tiếp tải 100Ω mà không cần các bộ khuếch đại đệm bổ sung.Mô-đun thể hiện tỷ lệ từ chối chế độ chung tuyệt vời (CMRR)Đồng thời, đầu ra chênh lệch trực tiếp phù hợp với đầu vào chênh lệch của ADC,giảm thiểu sự biến dạng và nhiễu nhiễu trong quá trình chuyển đổi tín hiệu để cải thiện độ chính xác lấy mẫu ADCVới trở kháng đầu ra thấp và khả năng lái tải mạnh, mô-đun lái xe cung cấp tính linh hoạt cao để thích nghi với các thiết kế mạch hạ lưu khác nhau.

IV.LMH32401IRGTRVòng mạch ứng dụng điển hình

LMH32401IRGTR thường được sử dụng để khuếch đại tín hiệu quang điện tử trong máy thu LiDAR và máy đo khoảng cách laser.tập trung xung quanh một photodiode,LMH32401IRGTRCác phương pháp thiết kế cụ thể là như sau:

1. Vòng mạch đầu vào: Anode của photodiode được nối đất, trong khi cathode của nó kết nối với chân IN + của LMH32401IRGTR.tạo thành một cấu trúc đầu vào một đầuMột bộ tụ nhỏ được kết nối song song qua photodiode để ức chế tiếng ồn tần số cao.

2. Kiểm soát gain: Kích pin GAIN kết nối với VDD (3.3V) hoặc GND thông qua điện trở để đạt được cấu hình gain cố định 20kΩ hoặc 2kΩ.chân GAIN có thể được kết nối với một chân MCU GPIO để điều khiển phần mềm.

3Chức năng kích hoạt: Kích EN kết nối với kích GPIO MCU để điều khiển chế độ hoạt động / năng lượng thấp của thiết bị dựa trên các yêu cầu của hệ thống.Kích IDC_EN phải được kéo cao để có thể khử ánh sáng xung quanh và ngăn chặn sự can thiệp từ ánh sáng xung quanh.

4. Điện và mặt đất: VDD1 và VDD2 đều được kết nối với nguồn điện 3.3V. Một tụ điện tách 0,1μF và 10μF được kết nối song song gần các chân điện để ngăn chặn tiếng ồn nguồn điện.GND pin sử dụng một điểm đất và được kết nối với đầu cuối đất của photodiode để giảm tiếng ồn vòng đất.

5. Vòng mạch đầu ra: OUT + và OUT- kết nối trực tiếp với các chân đầu vào khác biệt của ADC. Điện áp tham chiếu của ADC được cấu hình để phù hợp với chân VOCM của LMH32401IRGTR để đảm bảo tính tương thích tín hiệu.Nếu ADC sử dụng đầu vào đơn, một mạch chuyển đổi khác biệt sang một đầu có thể được sử dụng để kết nối.

V.LMH32401IRGTRCác kịch bản ứng dụng

Tận dụng tốc độ cao của nó, tiếng ồn thấp, gia tăng lập trình, và tích hợp cao,LMH32401IRGTRchủ yếu nhắm vào các ứng dụng phát hiện quang điện tử tốc độ cao và xử lý tín hiệu, bao gồm:

- LiDAR: phục vụ như một bộ khuếch đại đầu tiên cho máy thu, khuếch đại các tín hiệu dòng điện yếu từ máy dò ánh sáng.cho phép phát hiện khoảng cách tốc độ cao.

- Hệ thống đo khoảng cách bằng laser: tương thích với máy đo khoảng cách bằng laser cầm tay và thiết bị đo khoảng cách bằng laser công nghiệp,khuếch đại các tín hiệu quang điện yếu phản xạ từ laser để tăng độ chính xác và tốc độ phản hồi.

- Truyền thông quang học tốc độ cao: phục vụ như một bộ khuếch đại đầu tiên cho các mô-đun thu quang sợi (ROSAs), khuếch đại các tín hiệu hiện tại yếu từ photodiodes.Thích hợp cho các mô-đun quang tốc độ cao, máy thu quang bằng sợi quang, và các thiết bị tương tự;

- Tự động hóa công nghiệp phát hiện quang điện: Khuếch đại tín hiệu cho các cảm biến công nghiệp (ví dụ, công tắc quang điện, bộ mã hóa quang điện), phục vụ tốc độ cao,kịch bản kiểm tra công nghiệp chính xác cao;

- Thiết bị y tế và khoa học: tương thích với máy quét PET, chụp cắt lớp kết hợp quang học (OCT), quang phổ tốc độ cao,và các thiết bị tương tự để khuếch đại và điều kiện tín hiệu quang điện tử yếu;

- Kích thước 3D và quét mã vạch: xử lý tín hiệu quang điện tử cho máy ảnh 3D và máy quét mã vạch, cải thiện độ chính xác phát hiện và tốc độ phản hồi.

VIII.LMH32401IRGTRTóm lại

TI LMH32401IRGTR là một bộ khuếch đại chuyển điện trở có thể lập trình được thiết kế đặc biệt cho các kịch bản phát hiện quang điện tử tốc độ cao.hội nhập cao, và linh hoạt cao. ✓ Nó hỗ trợ chuyển đổi tăng độ lập trình giữa 2kΩ và 20kΩ, chuyển đổi đầu vào đơn cuối thành đầu ra khác biệt,và kết hợp các mô-đun thực tế như hủy ánh sáng xung quanhNó đạt được hoạt động ổn định mà không có mạch ngoại vi phức tạp. Với băng thông tối đa 450MHz, tiếng ồn tham chiếu đầu vào tối thiểu 49nARMS,và tốc độ chuyển đổi nhanh nhất là 0.8ns, nó hoàn toàn phù hợp với các ứng dụng trung bình đến cao như lidar, tầm nhìn laser, truyền thông quang học tốc độ cao và phát hiện quang điện công nghiệp.nó là giải pháp khuếch đại trước được ưa thích cho các hệ thống nhận quang điện tử hiện đại.