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Replace TIA with TIV to be more unified

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xaseiresh 2024-08-14 11:57:49 +02:00
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TeX/Kapitel/Auslegung.tex
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@ -639,7 +639,7 @@ Hierfür werden zwei Möglichkeiten hinzu gezogen:
Von Vorteil ist der simple
Schaltungsaufbau sowie die gute Stabilität, da jede Stufe in sich
stabil designt werden kann, und alle außer die erste Stufe als reguläre
Verstärker, nicht als TIA, ausgelegt werden können.
Verstärker, nicht als TIV, ausgelegt werden können.
Nachteilhaft sind die akkumulierenden Fehler der OpAmps, welche mit jeder
zusätzlichen Stufe anwachsen.
@ -668,11 +668,11 @@ untersuchen zu können.
Die Arbeitsweise dieser Verschaltung ist wie folgt:
\begin{enumerate}
\item Der OpAmp U1 verstärkt die am Eingang anliegende Spannungsdifferenz, welche vom
TIA-Eingangsstrom und Masse generiert wird
TIV-Eingangsstrom und Masse generiert wird
\item Die Ausgangsspannung von U1 wird durch OpAmp U2 weiter verstärkt.
U2 besitzt hierbei eine feste Verstärkung, welche durch den Widerstandsteiler Rx/Rx
festgelegt wird.
\item Der Ausgang von U2 wird über den Rückkoppelwiderstand an den TIA Ausgang angelegt.
\item Der Ausgang von U2 wird über den Rückkoppelwiderstand an den TIV Ausgang angelegt.
Hierdurch wird die Verstärkerschleife geschlossen.
\item U1 regelt nun seinen eigenen Ausgang so, dass der Ausgang von U2 die
Eingangsspannung ausgleicht. Da U2 eine festgelegte Verstärkung besitzt,
@ -704,14 +704,14 @@ zu einem nutzbaren Gesamt-GBWP führen kann.
\subsubsection{OpAmp-Rauschen}
\label{chap:opamp_noise}
In diesem Abschnitt wird das Rauschen der OpAmps in Bezug auf die TIA-Schaltung
In diesem Abschnitt wird das Rauschen der OpAmps in Bezug auf die TIV-Schaltung
genauer untersucht.
Die bereits in Kapitel \ref{chap:basics_opamp} dargelegten parasitären Effekte haben
unterschiedliche Auswirkungen auf den Schaltkreis und das Rauschniveau,
welche hier dargestellt werden sollen.
Das eingangsbezogene Stromrauschen des OpAmps hat einen direkten Effekt auf das gemessene
Signal. Da der Eingang des TIA Ströme misst, wird das Stromrauschen lediglich auf das
Signal. Da der Eingang des TIV Ströme misst, wird das Stromrauschen lediglich auf das
Eingangssignal hinzu addiert und mit Verstärkt. Eine Reduzierung des Effektes des Stromrauschens
ist somit nicht möglich, lediglich die Auswahl eines OpAmps mit wenig Rauschen ist hierfür relevant.
Mit hochperformanten OpAmps liegen typische Stromrausch-Werte im Bereich von
@ -719,14 +719,14 @@ circa $\SI{10}{\femto\ampere\per\sqrt{\hertz}}$, welches mit der geforderten
Bandbreite von $\SI{30}{\kilo\hertz}$ ungefähr ein eingangsbezogenes Rauschen von $\SI{1.73}{\pico\ampere}$ erzeugt.
Das Spannungsrauschen des OpAmp ist etwas komplexer.
Am Eingang des TIAs interagiert dieses Rauschen mit der parasitären Eingangskapazität, und wirkt
Am Eingang des TIVs interagiert dieses Rauschen mit der parasitären Eingangskapazität, und wirkt
somit als zusätzliches Stromrauschen, entsprechend der Formel $I = U \cdot 2\pi f \cdot C$.
Dieses Rauschen steigt somit sowohl mit größerer Eingangskapazität, als auch mit der Frequenz.
Mithilfe einer LTSpice-Simulation wird dieses Rauschverhalten genauer charakterisiert.
Hierbei wird die in Abbildung \ref{fig:opamp_vin_noise_schematic} dargestellte Schaltung verwendet.
Als OpAmp wird dabei der LTC6268-10 gewählt. Dies ist ein kommerziell erhältlicher OpAmp mit
genügend GBWP und kleinen Eingangsleckströmen, um als TIA nutzbar zu sein.
genügend GBWP und kleinen Eingangsleckströmen, um als TIV nutzbar zu sein.
\begin{figure}[h]
\centering