探索LMH32404：一款適用于LIDAR的四通道跨阻放大器

在光檢測和測距（LIDAR）以及激光測距系統的領域中，一款性能卓越的放大器往往能起到關鍵作用。今天，我們就來深入了解一下德州儀器（TI）推出的LMH32404四通道跨阻放大器，看看它究竟有哪些獨特之處。

文件下載：lmh32404.pdf

產品特性亮點

高性能參數

LMH32404的增益為20 kΩ，在 (C_{PD}=1 pF) 的條件下，帶寬可達350 MHz，輸入參考噪聲僅為56 nARMS，上升和下降時間為1.25 ns。這樣的參數表現，使得它在高速信號處理方面具有出色的能力。

低功耗設計

每個通道的靜態電流為28 mA，在待機模式下為10 mA/通道，而低功耗模式下4個通道僅需2.5 mA。通道切換時間僅為10 ns，能夠快速響應不同的信號需求。

集成功能強大

它集成了環境光消除功能和100-mA保護鉗位，不僅可以有效減少環境光對測量結果的干擾，還能在輸入過載時保護放大器，使其快速恢復正常工作。此外，4個輸入通道和4個差分輸出通道，以及集成的多路復用器，為光學傳感器和ADC/TDC之間提供了靈活的配置選項。多個LMH32404還可以并行組合，以創建更寬的視場（FoV）。

寬溫度范圍與多種封裝

該放大器的工作溫度范圍為–40°C至+125°C，能夠適應各種惡劣的工作環境。它提供28引腳VQFN封裝和裸片形式，方便不同的設計需求。

應用領域廣泛

LMH32404適用于多種應用場景，包括機械掃描LIDAR、固態掃描LIDAR、激光測距儀和安全區域掃描儀等。在這些應用中，它能夠充分發揮其高性能和低功耗的優勢，為系統提供準確可靠的信號處理。

詳細功能解析

輸入保護與恢復

LMH32404具有兩種內部鉗位，即快速恢復鉗位和軟鉗位。當光電二極管吸收光電流時，快速恢復鉗位起作用；當光電二極管提供光電流時，軟鉗位起作用。在輸入過載時，快速恢復鉗位能夠將多余的電流吸收并轉移到正電源，從而減少輸出脈沖的展寬，避免出現盲區。

ESD保護

所有IO引腳（除VDD1、VDD2和GND外）都有內部靜電放電（ESD）保護二極管，可防止放大器受到ESD事件的損害。

差分輸出階段

每個通道的差分輸出階段具有兩個重要功能：將TIA階段的單端輸出轉換為差分輸出，并進行共模輸出偏移以匹配指定的ADC輸入共模電壓。VOD引腳可用于設置差分輸出偏移，以充分利用放大器的輸出擺幅范圍，提高信號的動態范圍。

環境光消除模式

該模式通過集成的直流消除環路，消除環境光引起的電壓偏移。當環境光水平可忽略不計時，禁用該環路可以提高信噪比。同時，它還能節省PCB空間和系統成本，避免使用外部交流耦合無源組件帶來的性能下降。

通道復用模式

LMH32404的每個通道都有獨立的單端輸入、差分輸出階段和復用開關。通過復用開關，可以將差分輸出放大器與輸出引腳斷開，實現高阻抗輸出。在不同通道之間切換時，過渡時間僅為10 ns，方便在光電二極管陣列應用中使用。

低功耗模式

將EN引腳設置為高電平，可使LMH32404進入低功耗模式，此時內部放大器的輸出處于高阻抗狀態，有助于節省系統功耗。在低功耗模式下，鉗位電路仍然有效，但環境光消除環路會被禁用，恢復正常工作時需要一定的時間來穩定。

應用與實現

與ADC接口

每個差分輸出對可以直接驅動高速差分輸入ADC。通過不同的連接方式和計算公式，可以確定從TIA輸入到ADC輸入的有效增益。在某些設計中，還可以插入匹配電阻網絡來優化信號傳輸。

典型應用示例

在標準TIA應用中，通過特定的測試電路可以測量LMH32404的帶寬、噪聲和瞬態響應。在提高光學前端系統的通道密度方面，LMH32404的集成度和復用功能可以顯著減小解決方案的尺寸和復雜度，提高系統性能。

電源與布局建議

電源供應

LMH32404采用3.3-V電源供電，VDD1和VDD2引腳必須連接到同一電源，并分別進行旁路處理。建議使用多個并聯的旁路電容，以確保在不同頻率下都有低的電源阻抗。

布局設計

為了實現最佳性能，在布局時需要注意減少信號I/O引腳的寄生電容，盡量縮短電源引腳與高頻旁路電容之間的距離，避免使用窄的電源和接地走線。同時，可以參考評估模塊用戶指南中的建議，進行更優化的設計。

總結

LMH32404作為一款高性能的四通道跨阻放大器，憑借其出色的性能參數、豐富的集成功能和靈活的配置選項，在LIDAR和激光測距系統等領域具有廣闊的應用前景。無論是對于提高系統性能、降低功耗，還是簡化設計復雜度，它都能提供有效的解決方案。各位電子工程師在進行相關設計時，不妨考慮一下這款優秀的放大器。你在實際應用中是否遇到過類似的放大器呢？它們的表現如何？歡迎在評論區分享你的經驗和看法。