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1、应用笔记应用笔记 HFAN 3 2 0 Rev 1 04 08 提高提高 PIN TIA ROSA 的噪声抑制能力的噪声抑制能力 Maxim Integrated Products 提高提高 PIN TIA ROSA 的噪声抑制能力的噪声抑制能力 应用笔记 HFAN 3 2 0 Rev 1 04 08 Maxim Integrated Products Page 2 of 4 对于一个成功的光收发器设计 必需能够实现光 接收器组件 ROSA 和外部噪声源 包括发射器 之 间的良好屏蔽 本应用笔记在研究 ROSA 各组成 部分如何拾取噪声的基础上 阐述应怎样在 TO 管座中放置和装配电子元件 实
2、现优化噪声抑制 性能的目的 1 ROSA 组件实例组件实例 图 1 是晶体管外形 TO 封装 PIN TIA ROSA 的顶 视图 一个光电二极管 本例中为 PD PIN 安装在 贴片电容 CFILT 上面 电容底部金属层由导电 环氧树脂或共晶连接在 TO 管座上 光电二极管 的有源区位于 TO 轴线上 一个跨阻放大器 TIA 置于 TO 管座的两个数据输出引脚 OUT 和 OUT 之间 TIA 输入由 W2 键合在光电二极管 正极触点上 而光电二极管偏置通过 W1 连接 TIA FILT 焊盘与电容 CFILT 顶部金属层 同时也 是光电二极管的阴极触点 实现 地焊盘 输出 焊盘分别通过 W
3、5 W6 以及 W7 键合在 TO 管座 和输出引脚上 TIA VCC 焊盘由 W3A 键合在管 座的 VCC 引脚上 另一个贴片电容 CVCC 作 为电源滤波网络的一部分 由 W4 连接在管座的 VCC 引脚上 CASE CVCC VCC CFILT OUT OUT PD TIA W6W7 W5W5 W1 W2 W4 W3A FILT IN VCC GND GND D D CASE CVCC VCC CFILT OUT OUT PD TIA W6W7 W5W5 W1 W2 W4 W3A FILT IN VCC GND GND D D 图 1 PIN TIA ROSA装配的顶视图 实例 图 2
4、 是 TIA 和 ROSA 组件的简化等效电路 由焊 线 Wn 引起的寄生电感以 Ln n 1 至 7 表示 L3B 将在本应用笔记的后面章节中介绍 ROSA 与外面的接口包括电源引脚 VCC 数据输出引 脚 OUT 和 OUT 以及连接到模块电路板地上 的管壳引脚 CASE 应用笔记 HFAN 3 2 0 Rev 1 04 08 Maxim Integrated Products Page 3 of 5 Gain and Decision TIA TO Case CASE OUT OUT VCC GND IN FILT VCC T1 T2 R CVCC CFILT L2 L1 L3B L4
5、L5 L6L7 PIN L3A D D Note VCC rail noise flow Input network noise flow Gain and Decision TIA TO Case CASE OUT OUT VCC GND IN FILT VCC T1 T2 R CVCC CFILT L2 L1 L3B L4 L5 L6L7 PIN L3A D D Gain and Decision TIA TO Case CASE OUT OUT VCC GND IN FILT VCC T1 T2 R CVCC CFILT L2 L1 L3B L4 L5 L6L7 PIN L3A D D
6、Note VCC rail noise flow Input network noise flow 图 2 TIA和ROSA组件的简化等效电路 2 噪声原因和性能优化噪声原因和性能优化 一般来讲 外部噪声源以两种方式影响 ROSA 输 出 A 耦合到 TIA 输入中 和信号一起以同样的方 式被放大 由输入焊线 W2 光电二极管和滤波器电容结构 组成的 TIA 输入网络拾取的噪声 将被 TIA前端 晶体管 T1 和 T2 放大 然后与光电流承载的信号 以同样的方式经过增益级和差分输出 这条噪声 通道在图 2 中以 Input network noise flow 标出 B TIA 电源噪声将通过
7、放大器链路传播 放 大 电源噪声通过偏置电阻 R 加在 TIA 前端晶体管 T2 基极上 并以相似的方式加到其他增益级 作为全部输出信号的一部分传送到差分输出端 两个参数可以衡量外部噪声对 ROSA 的性能影 响 电源噪声抑制和共模 差模转换 2 1 电源噪声抑制电源噪声抑制 VCC 引脚是外部噪声进入 ROSA 的一条通道 一方面 VCC 噪声能够从 VCC 焊线 W4 和 W3A 直接或间接的耦合到 TIA 输入焊线 W2 上 另一 方面 它也会通过 VCC 焊线 本例中的 L3A 传送 到 TIA 电源线上 具有良好电源噪声抑制能力的 ROSA 在同样 VCC 引脚噪声情况下 输出受到
8、影响较小 以下措施可用来优化电源噪声抑制性能 A 选择恰当的电源滤波网络 先将 TO 管座的 VCC 引脚连接至滤波电容 CVCC 然后再连至 TIA 的 VCC 焊盘 如图 3 所 示 要比电容和 TIA VCC 焊盘都连在管座的 VCC 引脚上 图 1 更加有效 本例中 焊线 W3A L3A 被 W3B L3B 替代 构成图 2 所示的 L C L 电源滤波网络 应用笔记 HFAN 3 2 0 Rev 1 04 08 Maxim Integrated Products Page 4 of 5 图 3 改进ROSA组件的顶视图 B 减小 VCC 引脚噪声辐射 尽量缩短 W4 的长度有利于减小
9、从 VCC 引脚到 其他 TIA 电路的噪声耦合 这就要求将电容 CVCC 靠近 VCC 引脚放置 在 CVCC 上面选择 与 VCC 引脚尽量近的位置放置 W4 并选择最短 的焊线长度 高频特性较好的电容对电源滤波也 同样重要 C 减小对 TIA 输入的耦合 将与 VCC 相关的焊线 W3B 和 W4 同 TIA 输入 焊线 W2 分开 敏感焊线互相垂直放置是减小串 扰的关键 很明显 图 3 中 W3B 和 W2 耦合要 比图 1 中 W3A 和 W2 耦合小得多 TIA 输入焊线 W2 的长度也应通过相对 TO 管座 中心偏移滤波电容 CFILT 位置来减小 但仍要 保证光电二极管有源区的
10、中心位置 输入焊线 W2 的长度也应尽可能的短 D 优化电源滤波网络的效率 TIA 电源滤波网络 W3B 的电感会严重影响对耦 合进 TIA 电源噪声的抑制效率 将 CVCC 电容 与 TIA 的 VCC 焊盘尽量靠近 选择一个靠近 TIA 的焊线放置点以及缩短焊线长度等措施都非 常必要 图 3 应能提供比图 1 更好的 TIA 电源滤 波 CVCC CFILT PD TIA W3B W4 W1 W2 W5W5 W6 W7 OUT OUT VCC CASE FILT IN VCC D D GND GND CVCC CFILT PD TIA W3B W4 W1 W2 W5W5 W6 W7 OUT
11、 OUT VCC CASE 2 2 共模共模 差模转换差模转换 外部噪声源也可通过输出引脚 OUT 和 OUT 影 响 ROSA 的性能 输出引脚上的噪声能够影响 TIA 电源 也可以直接或间接的由焊线耦合进 TIA 经过放大并由 ROSA 差分输出 以下是能 抑制共模 差模转换加入噪声的几个措施 FILT IN VCC D D GND GND A 减小输出引脚辐射 恰当放置 TIA 并减小输出焊线 W6 和 W7 的长度 可以限制噪声对 ROSA 组件的直接辐射 B 减小对 TIA 输入的耦合 输出焊线上的噪声能够直接或间接的耦合进 TIA 输入网络 尽量将输出焊线 W6 和 W7 和输入焊
12、 线 W2 分离 布置关键焊线时应互相垂直放置 应重视任何从输出到输入的间接耦合 图 1 中 输出焊线 W6 和 W7 上的噪声能够耦合到地焊线 W5 上 然后进一步耦合到 TIA 输入焊线 W2 上 同时 耦合到地线上的噪声能够被 TIA 地拾 取 加到 T1 基极 集电极结上 等于增加了 TIA 输入噪声 解决方法是将地焊线 W5 和输出焊线 W6 和 W7 垂直放置 并减小它们的长度 应用笔记 HFAN 3 2 0 Rev 1 04 08 Maxim Integrated Products Page 5 of 5 C 优化电源滤波网络的效率 有效电源滤波网络通过降低共模 差模转换来减 小加到 TIA 电源上的噪声 可采用前面章节中介 绍的类似技术 3 结论结论 本应用笔记分析了外部噪声源是如何影响 ROSA 性能的 提出了改进 ROSA 组件的建议 正确放 置 ROSA 各元件位置 减小焊线长度 减小关键 焊线间的耦合等措施非常重要 按照这些措施构 建 ROSA 将提高其对外部噪声源 包括发射器和 接收器之间串扰 的抑制能力
