寄生電感對(duì)10Gbps光發(fā)射器的影響

本應(yīng)用筆記討論了寄生電感的成因及其對(duì)10Gbps光發(fā)射器的影響。它還顯示了有關(guān)如何控制不良影響的一些技術(shù)和相關(guān)計(jì)算。

成功的10Gbps光發(fā)射器設(shè)計(jì)需要仔細(xì)注意寄生電感的來(lái)源和影響。即使添加0.1nH的電感，也會(huì)導(dǎo)致上升/下降時(shí)間，過(guò)沖/振鈴以及光輸出中的抖動(dòng)顯著降低（作為參考，一根0.5mm的鍵合線會(huì)增加大約0.4nH）。

圖1是連接到激光二極管的激光驅(qū)動(dòng)器輸出級(jí)的簡(jiǎn)化框圖。在實(shí)際的系統(tǒng)中，由于鍵合線，芯片焊盤等原因，存在許多分布的寄生電感。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，在圖1的模型中，分布的電感被集中到兩個(gè)位置。L（out）在驅(qū)動(dòng)器的輸出（激光二極管的陰極）上，L（陽(yáng)極）在激光二極管的陽(yáng)極上。歸因于電感器的開關(guān)電流的瞬態(tài)行為以多種方式影響激光二極管的光學(xué)輸出。

電壓裕量

驅(qū)動(dòng)器調(diào)制輸出晶體管需要最小的規(guī)定電壓才能正確開關(guān)。一個(gè)示例要求是調(diào)制輸出的最低電壓為1.55V。在最小值以下運(yùn)行將導(dǎo)致晶體管開關(guān)欠佳，從而導(dǎo)致抖動(dòng)增加以及光輸出出現(xiàn)其他失真。寄生電感可以在降低開關(guān)期間的電壓裕量方面發(fā)揮主要作用。

上升/下降時(shí)間

如果我們忽略了寄生電容的影響，并假設(shè)大大簡(jiǎn)化了單一時(shí)間常數(shù)（STC）模型，則可以使用L / R時(shí)間常數(shù)來(lái)計(jì)算上升和下降時(shí)間。對(duì)于20％-80％的上升時(shí)間，我們可以使用關(guān)系2πτ≈trise / 0.22（其中τ= L / R表示時(shí)間常數(shù)）來(lái)計(jì)算L的值。如果讓R =20Ω，則L≈14.5×三叉戟。使用這種關(guān)系時(shí)，典型的10Gbps上升時(shí)間為25ps，則L≈0.36nH。盡管此結(jié)果遠(yuǎn)非精確的結(jié)果（它是基于大大簡(jiǎn)化的模型得出的），但它很好地說(shuō)明了在不顯著影響

上升/下降時(shí)間的情況下可以容許的近似電感水平。

過(guò)沖和振鈴

如果我們?cè)趫D1的模型中包括寄生電容，我們可以使用基本控制理論來(lái)預(yù)測(cè)由過(guò)阻尼或欠阻尼的LRC電路導(dǎo)致的過(guò)沖和振鈴。

假定實(shí)際電阻保持恒定，則增大電感將導(dǎo)致系統(tǒng)的欠阻尼越來(lái)越大，并且會(huì)增加過(guò)沖和振鈴。另一方面，如果增加電阻以符合臨界電阻標(biāo)準(zhǔn)，則凈空空間將受到負(fù)面影響。這意味著，為了滿足裕量要求并保持電路的臨界阻尼，必須使寄生電感最小。

仿真結(jié)果

使用詳細(xì)模型（比圖1所示的模型更為復(fù)雜）進(jìn)行的計(jì)算機(jī)仿真說(shuō)明了各種寄生電感值對(duì)上升時(shí)間，下降時(shí)間，過(guò)沖，下沖和確定性抖動(dòng)的影響。圖2是LOUT的三個(gè)不同值的仿真結(jié)果的一個(gè)示例。下表總結(jié)了使用各種LOUT值同時(shí)保持LANODE恒定的仿真數(shù)值結(jié)果。作為參考，長(zhǎng)度為0.5mm的鍵合線表示約0.4nH的寄生電感，而長(zhǎng)度為1mm的鍵合線則表示約0.8nH。

仿真結(jié)果表明，準(zhǔn)確理解和嚴(yán)格控制10Gbps發(fā)送器系統(tǒng)各部分中的電氣寄生環(huán)境對(duì)于模塊設(shè)計(jì)和開發(fā)的成功至關(guān)重要。

結(jié)論

寄生電感是不希望有的影響，應(yīng)避免使用，尤其是在光發(fā)射器上。該文件顯示了這種寄生電感的可能來(lái)源，以及仔細(xì)的設(shè)計(jì)測(cè)量和參數(shù)如何有助于其控制。

編輯：hfy