在光通信領(lǐng)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(zhuǎn)換的關(guān)鍵電路。它能將 pA 到 mA 級的微弱電流信號線性轉(zhuǎn)換為易于處理的電壓信號，在光通信領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。

本文將圍繞兩個核心內(nèi)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(zhuǎn)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(yīng)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(guān)，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(dǎo)致的信號劣化。

4. 輸入阻抗與低輸入電容

運放應(yīng)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(nèi)保持穩(wěn)定，部分專用跨阻運放內(nèi)置補償網(wǎng)絡(luò)，且輸出要能驅(qū)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(zhuǎn)換，其數(shù)學(xué)關(guān)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(zhuǎn)換為電壓信號便于后續(xù)進行放大、濾波或 AD 轉(zhuǎn)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(luò)實現(xiàn)轉(zhuǎn)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(dāng)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(guān)。

在實際應(yīng)用中需注意補償設(shè)計。輸入電流存在寄生電容，與反饋電阻形成 RC 網(wǎng)絡(luò)，易導(dǎo)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(luò)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(guān)注輸入偏置電流、噪聲、帶寬和穩(wěn)定性等重要參數(shù)；在設(shè)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(zhuǎn)化更加準確。

審核編輯 黃宇