跨阻運放：微弱電流信號的轉換

在光通信領域，常常需要處理微弱的電流信號，而跨阻運放正是實現(xiàn)電流到電壓精準轉換的關鍵電路。它能將pA 到 mA 級的微弱電流信號線性轉換為易于處理的電壓信號，在光通信領域發(fā)揮了重要作用。

本文將圍繞兩個核心內容展開：一是什么樣的運算放大器適用于搭建跨阻運放，二是跨阻運放在實現(xiàn)電流與電壓轉換過程中的工作原理是什么。

（1）運算放大器的選型

1.低輸入偏置電流

放大器需要具備低輸入偏置電流，輸入偏置電流會與反饋電阻產(chǎn)生誤差電壓，對于光通信時產(chǎn)生的微小電流信號而言，會造成較大的影響，應選擇輸入偏置電流小的運放，降低誤差。

2. 低噪聲特性

電流噪聲會疊加在輸入電流上，降低信噪比。對于高頻微弱信號，需選擇電流噪聲密度低的運放。

3. 帶寬高和高增益帶寬積

跨阻帶寬與反饋電阻和總寄生電容相關，處理100MHz 電流信號時，運放增益帶寬積需≥100MHz，保證跨組運放的高頻性能，匹配信號的頻率需求，避免因帶寬不足導致的信號劣化。

4. 輸入阻抗與低輸入電容

運放應具有高輸入阻抗與低輸入電容，減少對電流源的負載影響，降低補償難度，JFET 輸入運放輸入電容通常較小，≤5pF 為宜。另外，運放需在寬反饋電阻范圍內保持穩(wěn)定，部分專用跨阻運放內置補償網(wǎng)絡，且輸出要能驅動后續(xù)電路，輸出電流能力≥10mA。

（2）跨組運放的工作原理

跨阻運放的核心功能是實現(xiàn)電流-電壓的線性轉換，其數(shù)學關系為Vout=-Is*RF（其中RF為反饋電阻）。跨組運放可以將光電二極管輸出的微弱電流信號轉換為電壓信號便于后續(xù)進行放大、濾波或AD 轉換。

跨阻運放的工作原理是基于運放的“虛短” 和 “虛斷” 特性，通過負反饋網(wǎng)絡實現(xiàn)轉換。在如圖所示的電路中，電流輸入接運放反相輸入端，反饋電阻連接在運放輸出端與反相輸入端，同相輸入端接地或參考電壓。根據(jù)“虛斷” 特性，運放輸入阻抗極高，輸入電流幾乎全部流過反饋電阻；依據(jù) “虛短” 特性，反相輸入端與同相輸入端電壓近似相等，當同相端接地時，反相端為 “虛地”。由此可得輸出電壓與輸入電流成正比，比例與反饋電阻直接相關。

在實際應用中需注意補償設計。輸入電流存在寄生電容，與反饋電阻形成RC 網(wǎng)絡，易導致電路振蕩。因此，需在反饋電阻兩端并聯(lián)補償電容，引入超前相位抵消 RC 網(wǎng)絡的滯后相位，確保電路穩(wěn)定工作。

跨阻運放是處理微弱電流信號的核心電路。運放在選型時需要關注輸入偏置電流、噪聲、帶寬和穩(wěn)定性等重要參數(shù)；在設計電路時要注意反饋電阻和補償電容，需要進行阻抗匹配來平衡增益、帶寬與穩(wěn)定性，確保電信號的轉化更加準確。

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