寄生容量を減らすための方法

Question

いまフォトダイオードとIVアンプを使って工作を行っているのですが、グラウンド線との間に発生した寄生容量によるノイズに非常に悩まされています。

寄生容量を減らすためには、
・フォトダイオード-IVアンプ間のケーブルの長さを短くする。
・ケーブル間の誘電率を下げる。
ということが上げられますが、ケーブルの長さを短くするのは単に短くするだけですが、誘電率を下げるというのはどうすれば良いのでしょうか？
ケーブル間の距離を大きくとると、直感的には静電結合は弱まりそうな気はするのですが、容量としては大きくなる方向に進みますよね？となるとケーブル同士は逆にみっちり近づけた方が良いのでしょうか？

それと同じような質問ですが、オペアンプの端子間に発生する寄生容量を考えると、端子間距離は小さい（つまりオペアンプ自体が小さい）ものと端子間距離が大きい（つまりオペアンプ自体が大きい）ものではどちらの方が小さいのでしょうか？

よろしくお願い致します。

walkingdic · Accepted Answer

＞寄生容量を下げることでノイズピークも小さくなることが分かっています。
で、実際に観測されているノイズ成分も周波数スペクトルからそれで説明がつくということでよいですか？
ご質問の話は知っていますけど、ノイズ成分が低周波側だったりすると、原因はご指摘したものとは別のところで生じている話で対策も変わるので、という話をしています。

何せご質問では情報が少なすぎるので、まずはどういう状況なのかを確認しませんとね。
＞ケーブルの長さは2cmほど電流値は1μAほどです。
２ｃｍですか。思った以上に短いものを使われているのですね。
これはなぜ、ＰＤ直接ではなくケーブル経由なのでしょうか。
出来れば基板に直接の方が有利なのですが。ＰＤのリードでは足りないということなのでしょうか。

あ、そうそうご質問にある誘電率の話ですけど、これは要するに材質の話です。
ケーブルの絶縁体の誘電率が低い方が容量が小さくなるという話です。
一番誘電率が低いのは空気なので（ほぼ１に近い。完全に１なのは真空です。）、それでなぜケーブルがあるのか、直接足ではだめなのかという話をしました。

あと距離ですけど、コンデンサ容量Ｃは電極間距離に反比例しますので距離が大きいほど容量は小さくなりますよ。

基板側はどうなっていますか。つまりＯＰアンプが搭載されている基板のパターンはどうしていますか。ＯＰアンプはＤＩＰですかそれとも表面実装なのでしょうか。
基本的には基板のランドパッドは小さい方が寄生容量は減らせるので、表面実装にして、ランドパッドを小さくして、グラウンドとの間の静電容量に気をつける話になります。

これらの話になると基板設計の話になってしまいますし、何層基板を使うのかという話もあるし、現状どうなのかがわからないとコメントはしにくいです。

端的に言えばグラウンドはしっかり広くとることになりますけど、ＰＤの信号ライン（ＯＰアンプマイナス入力）については極力短くということになります。

ところで使用しているＰＤは寄生容量は小さいタイプをお使いなのですよね？
寄生容量が大きいタイプを使っているのであれば、そもそもＰＤの容量が支配的になるから、他の部分の寄生容量を減らしたところで微々たるものですから。

まだご質問では必要な周波数帯域もわかりませんし、問題のノイズのスペクトル分布がどうなっているのかもわからないので、上記が適切な対応なのかどうかはわかりませんよ。

walkingdic · Answer

ノイズですか。ケーブルの長さはどのくらいで、フォトダイオードの電流はどの程度のものを測定しようとしているのでしょうか。

それにより対策が変わってきます。

ノイズを寄生容量のためとしているのですが、何か根拠があるのでしょうか。
周波数帯域はどの程度まで必要なのか、乗っているノイズの周波数帯域はどの範囲なのか、などにより原因も異なる可能性があるし対策も変わるでしょう。

寄生容量を減らすための方法

＞寄生容量を下げることでノイズピークも小さくなることが分かっています。

ノイズですか。

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