當高速運算放大器（Op-Amp）僅使用單電源供電來處理交流（AC）訊號時，其輸出電壓無法低於 0V。因此，交流訊號的負半週會被直接截斷（Clipping），導致波形無法完整重建。對於光電檢測、高阻抗微弱感測器等低訊號量測應用而言，必須採用雙電源架構，並提供專用的負電壓電源軌（通常為 −2.5V），才能實現交流訊號的全振幅線性放大。
以 LTC6268 為例，這是一款專為微小電流 (fA) 偵測而設計的寬頻精密運算放大器。此類電路對負電源軌的雜訊、漣波及穩定度具有極高要求。負電源的品質會直接影響整體訊號擷取精度，一旦負電源軌存在失真或過大雜訊，微弱的光電訊號可能被完全淹沒於雜訊之中，使量測結果失去參考價值。
LTC6268 光電二極體跨阻放大器 (TIA)
此電路為 ADI 提供的標準 LTC6268 光電二極體跨阻放大器（Transimpedance Amplifier, TIA） 應用架構。 [forum.digikey.com]
1. 電源配置與負電壓軌的核心作用
運算放大器供電方式
- 正電源軌：+2.5V
- 非反相輸入端直接接至系統接地（0V）
- 負電源軌：−2.5V
其中，−2.5V 即為本文討論的關鍵負電壓電源軌。
光電二極體（Photodiode, PD）
光電二極體的陽極連接至 +2.5V，陰極則接至運算放大器的反相輸入端，使其工作於反向偏壓模式。
此配置可大幅降低二極體接面電容（Junction Capacitance），進而提升系統頻寬。當光線照射於光電二極體上時，會產生光電流 IPD，並由陰極流入運算放大器的反相輸入端。這些輸入訊號通常僅有 pA 至 nA 等級，是典型的微弱訊號來源。
2. LTC6268 高速精密運算放大器特性
LTC6268 針對超低電流量測應用進行最佳化設計，具備以下關鍵特性：
- 採用 FET 輸入架構，輸入偏置電流低至 fA 等級，可避免微小光電流被分流。
- 搭配 20 kΩ 回授電阻時，閉環頻寬可達 65 MHz。
- 具備超低輸入雜訊電流，適合微弱光訊號檢測。
- 需要 −2.5V 負電源軌支援輸出負向擺幅。
3. 20 kΩ 回授電阻：跨阻增益核心元件
功能說明
20 kΩ 回授電阻是跨阻放大器的核心元件，其作用是將光電流 IPDI_{PD}IPD 線性轉換為輸出電壓，提供 20 kΩ 的跨阻增益（Transimpedance Gain）。
4. 寄生回授電容對系統的影響
寄生電容主要來自以下來源：
- 回授電阻端點
- PCB 佈線
- 光電二極體接面電容
這些寄生電容與回授電阻呈並聯關係，形成 RC 低通濾波器效應。其結果可能導致系統頻寬下降，甚至引發高頻振盪。
因此，在實際設計中通常需要加入補償電容（Compensation Capacitor），以降低寄生效應並提升系統穩定性。
結論
對於需要處理交流訊號的高速精密運算放大器而言，負電壓電源軌並非選配，而是確保完整訊號重建的關鍵條件。以 LTC6268 光電二極體跨阻放大器為例，−2.5V 負電源不僅提供必要的負向輸出擺幅，更直接影響微弱訊號量測的準確度、系統雜訊表現與整體穩定性。在光電檢測與超低電流感測應用中，高品質的負電源設計往往是決定量測成敗的重要因素。