光發(fā)射機中的寄生電感效應

出處：維庫電子市場網發(fā)布于：2023-09-22 17:16:00 | 2665 次閱讀

本應用筆記討論了寄生電感的原因及其對 10Gbps 光發(fā)射機的影響。它還展示了一些關于如何控制不良影響的技術和相關計算。

成功的 10Gbps 光發(fā)射機設計需要仔細注意寄生電感的來源和影響。即使增加 0.1nH 的電感也會導致光輸出的上升/下降時間、過沖/振鈴和抖動顯著降低（作為參考，0.5mm 鍵合線會增加約 0.4nH）。

圖 1 是連接到激光二極管的激光驅動器輸出級的簡化框圖。在實際系統中，由于鍵合線、芯片焊盤等原因，存在許多分布寄生電感。為了簡單起見，在圖 1 的模型中，分布電感被集中到兩個位置；L(out) 位于驅動器的輸出端（激光二極管的陰極），L(anode) 位于激光二極管的陽極。電感器引起的開關電流瞬態(tài)行為以多種方式影響激光二極管的光輸出。

電壓余量
驅動器調制輸出晶體管需要最小指定電壓才能正確切換。示例要求是調制輸出端的電壓至少為 1.55V。在低于最小值的情況下工作將導致晶體管開關效果不佳，從而導致光輸出抖動增加和其他失真。寄生電感在降低開關期間的電壓余量方面發(fā)揮著重要作用。
上升/下降時間
如果我們忽略寄生電容的影響并假設大大簡化的單一時間常數 (STC) 模型，則可以使用 L/R 時間常數計算上升和下降時間。對于 20%-80% 的上升時間，我們可以使用關系 2πτ ≈ trise/0.22（其中 τ = L/R 表示時間常數）來計算 L 的值。如果我們讓 R = 20Ω，則 L ≈ 14.5 ×特里絲。使用此關系與 25ps 的典型 10Gbps 上升時間可得出 L ≈ 0.36nH。雖然這個結果遠非準確（它基于一個大大簡化的模型），但它很好地了解了可以容忍的電感的近似水平，而不會顯著影響上升/下降時間
過沖和振鈴
如果我們在圖 1 中的模型中加入寄生電容，我們就可以使用基本控制理論來預測由過阻尼或欠阻尼 LRC 電路導致的過沖和振鈴。
假設實際電阻保持恒定，增加電感將導致系統欠阻尼越來越大，并增加超調和振鈴。另一方面，如果增加阻力以匹配臨界阻力標準，則凈空將受到負面影響。這意味著，為了滿足余量要求并保持電路臨界阻尼，必須最小化寄生電感。
使用詳細模型（比圖 1 所示的模型更復雜）的計算機仿真說明了不同寄生電感值對上升時間、下降時間、過沖、下沖和確定性抖動的影響。圖 2 是三個不同 LOUT 值的仿真結果示例之一。下表總結了在保持 LANODE 恒定的情況下使用不同 LOUT 值進行模擬的數值結果。作為參考，0.5mm 長度的鍵合線代表大約 0.4nH 的寄生電感，而 1mm 長度則增加大約 0.8nH。
仿真結果表明，準確理解和嚴格控制 10Gbps 發(fā)射機系統每個部分的電寄生環(huán)境對于模塊設計和開發(fā)的成功至關重要。
結論
寄生電感是不良影響，應盡可能避免，尤其是在光發(fā)射機上。本文檔展示了這種寄生電感的可能來源，以及仔細的設計測量和參數如何有助于控制它。

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