高速オペアンプが、単一の電源レールのみで駆動され、交流信号を処理する場合、その出力スイングは0V未満にはなりません。交流波形の負の半周期はそのままクリップされるため、信号を完全に復元することは不可能です。光電検出や高インピーダンスの微弱センサ測定といった、高精度に微小信号を取得するアプリケーションでは、交流波形のフルスイングでの線形増幅を実現するために、専用の負電圧レール（通常は-2.5 V）を備えた両電源構成が必須となります。
例：LTC6268 は、fA（フェムトアンペア）レベルの微小電流検出回路向けに設計された広帯域高精度オペアンプです。この種の回路では、負電源レールのノイズ、リップル、および安定性に対して厳しい要件が課されます。負電源の品質は、装置全体の信号取得精度を直接左右します。負電源レールに歪みや過度のノイズが生じると、微弱な光電信号がノイズに埋もれてしまい、すべての測定データが完全に無効になります。
LTC6268 フォトダイオードトランスインピーダンスアンプ（TIA）
（画像出典：Analog Devices、ADI）
これは、ADIが提供する LTC6268 用の標準的なフォトダイオードトランスインピーダンスアンプ（TIA）回路です。
1. 電源構成（負電圧レールの主要機能）
- オペアンプの正電源：+2.5V。非反転入力は0Vのシステムグランドに直接接続されています。
- オペアンプの負電源：-2.5V（本記事全体で重点的に取り上げる負電源レール）。
フォトダイオード（PD）
アノードは+2.5Vに、カソードはオペアンプの反転入力に接続され、逆バイアス状態で動作します。この構成により、ダイオードの接合容量が大幅に低減され、回路の帯域幅が拡大します。
入射光により光電流 （IPD） が発生し、この光電流はPDのカソードからオペアンプの反転入力端子へと流れます。これが回路の微弱な入力信号であり、その大きさはpAからnAの範囲です。
LTC6268 高速高精度オペアンプ
以下は、この回路に合わせて最適化されたデバイスの主な特性です。
- 入力バイアス電流がfA範囲のFET入力段を備えているため、微小な光電流の分流を防止します。
- 広い帯域幅：20kΩのフィードバック抵抗構成の場合、閉ループ帯域幅は65MHzに達します。
- 入力ノイズ電流が超低レベルであり、微弱な光電検出に最適化されています。
- 負の出力スイングに対応するため、-2.5Vの負電圧レールが必要です。
20kΩのフィードバック抵抗（中核となるトランスインピーダンス部品）
機能：トランスインピーダンスゲイン20kΩにより、光電流（IPD） を出力電圧に線形変換します。
寄生フィードバック容量
寄生容量は、抵抗の端子、PCBの配線、およびフィードバック抵抗と並列に接続されたフォトダイオードの接合容量に起因します。この寄生容量は20kΩの抵抗とともにRCローパスフィルタを形成し、帯域幅を狭め、高周波発振を引き起こします。実際の設計では、寄生効果を打ち消すために補償コンデンサを追加する必要があります。
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