הקדמה: התפקיד הקריטי של TIA ב- Optical Acceptrs

התיאבון העולמי לפס רוחב פס לא מראה שום סימן להאטה של פלטפורמות מחשוב ענן, שירותי וידאו הזרמת, תשתיות סלולריות 5G, ואת הפצת האינטרנט של מכשירים דברים באופן קולקטיבי לנהוג דרישה בלתי צפויה להובלה מהירה נתונים.קישורים אופטיים הפועלים ב -100 Gb/s, 400 Gb/s, וכעת 800 Gb/s מהווים את עמוד השדרה של מערכת אקולוגית דיגיטלית זו.

עיצוב TIA בו זמנית עומד בדרישות של רווח גבוה, רוחב פס רחב, רעש נמוך, לינאריות מעולה, צריכת חשמל נמוכה היא אתגר עצום.בניגוד למעגל מגבר תפעולי טיפוסי הפועלים בתדרי אודיו, TIA המיועד לתקשורת אופטית חייב לתפקד בתדרים גמישים הדרושים כדי לבצע משככי כאבים מתקדמים, לבחור משככי כאבים אופטיים מתאימים, התנהגות אסטרטגית מתקדמת, אופטימיזציה, ואלקטרומגנטית לשלוט על ההתנהגות של המעצב חייב לנווט ביצועים מסחריים בין התרגילים מתקדמים, לבחור ביצועים אופטיים, לבחירה של שיטות פעולה אופטיים, אופטיים, אופטיים, אופטיים סטנדרטיים סטנדרטיים, כדי לבצע ביצועים מתקדמים, בחירת קווידקרטיים, אופטיים, אופטיים, אופטימיזציה גבוהה, אופטימיזציה של שיטות פעולה אופטיים, כדי לבצע אופטימיזציה גבוהה, כדי לבצע מוליכים למחצה, כדי להתאים ביצועים מתקדמים, כדי לבצע מוליכים למחצה, ואופטיקה גבוהה, כדי לבצע ביצועים מתקדמים, כדי לבצע מוליכים למחצה, כדי לבצע מוליכים למחצה, כדי לבצע מוליכים למחצה, כדי לבצע מוליכים למחצה, כדי לבצע מוליכים למחצה, כדי לבצע ביצועים מתקדמים, כדי להתאים ביצועים מתקדמים, כדי לבצע מוליכים למחצה, כדי לבצע מוליכים למחצה, כדי לבצע מוליכים למחצה, כדי לבצע מוליכים למחצה, כדי לבצע מוליכים למחצה אופטיים מתקדמים, כדי לבצע מוליכים למחצה,

Photodiode Interface and Input Node Optimization

(ב) [17] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

בחירת תמונה אלקטרומגנטית עם קיבול נמוך הוא צעד ראשון ברור מבטלת את התצלומים הקטנים-area מציע קיבול נמוך יותר אבל עשוי להפחית את האחריות, הדורש מעקב סחר בין רגישות ופס רוחב פס.ההקשר הפיזי בין ה- CPOD לבין ה- TIA חייב להיות קצר ככל האפשר, אידיאלי תחת 5 מ"מ, ומיושם עם קו מבוקר הרבה יותר מאשר מקצב של רזולוציה של 2.

ראשי תיבות של Key Performance Parameters and their Interconnections

מגבר טרנססרמפנס מאופיין במספר דמויות הקשורות לתועלת.אין פרמטר אחד שניתן לייעל בבידוד; כל אחד מהמסחר משפיע על האחרים.

  • (ב) ⁇ (התקבלת ה-ZFLT:2): ⁇ : ⁇ 3) יחס של מתח הפלט לזרם קלט, המובא באומים.ערכים אופייניים נע בין 1 k ⁇ ל 10 k ⁇ .
  • (FLT:0)Bandwidth (BW): ⁇ 1 −3 dB תגובה תדירות התגובה של TIA. עבור לא-return-to-to-אפס (NRZ) רוחב הפס הנדרש הוא בערך 0.7 פעמים שיעור הנתונים. עבור פירטט הדופק של ארבע רמות ampude Modulation (PA-4), רוחב פס של בערך 0.8 פעמים יש לשמור על רוחב פס של 4 רמות רוחב פס בין-סגוליות (I).
  • (ב) [ה][דרוש מקור]] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]][ה]]][ה]][ה]][ה]]]][ה]]]][ה]]][ה[ה]]] [ה[[המאה ה-20], כלומר, [הכוח הסגול] הוא ה', אשר הוא ה', כלומר, הוא ה', ה'[ה], ה'[דרושה], [ה], [ה], [ה], [ה], [ה], [ה], [ה], [ה], [ה], [ה], [ה], [ה], [ה], [ה], [ה'[ה'[ה'], [ה'[ה'], [ה], [ה], [ה'], [ה'] [ה], [ה'], [ה] ה'], [ה] [ה'[ה], [ה'] [ה] [ה'] [ה'] [ה'[ה'[ה'[ה'[ה
  • (FLT:0) ספקטרום דינמי (TDR): טווח בין אות זיהוי מינימלי (הגילה על ידי רעש) לבין זרם הקלט המקסימלי לפני המגבר זחלים או מציג עיוותים בלתי מתקבלים על הדעת.
  • (FLT:0) Power Dissipation:FLT:1 במודולים אופטיים צפופים כגון QSFP56, QSFP-DD ו- OSFP, תקציבים תרמיים הם מאוד הדוקים. A טיפוסי במהירות גבוהה מהירה TIA צורכת 30-100 mW. עיצובים מתקדמים ב CMOS או SiGe BiCMOS יכול לדחוף מתחת 20 מ"ל עבור קישורים קצרי, שבו יעילות הכוח היא רבת.
  • (FLT:0)Linearity:FLT:1 עבור פורמטים מודולציה קוהרנטי, TIA חייב לשמור על ליניאריות טובה על טווח האמרה.לא לינאריות מציגה עיוות הרמוני ומוצרים בין-מודולציה כי declass-to-noise יחס ולהגדיל את שיעור השגיאה bit.

(ה) חיבורים בין הפרמטרים הללו יוצרים מרחב עיצוב מורכב.הגברת RIRLT:0)Freave:1LT (Freaph) מפחיתה את הרעש התרמי שלה ומגדילה את הרווח, אך צר רוחב פס.הרעש המגבר המגבר ממתח eFLT:2nFLT:3 אינטראקציה עם CFLT:4toFLT:5 כדי לייצר רווח כי הוא גבוה, לעתים קרובות משולבים על ידי עיצובים, יש צורך להשתמש בסימולציות רחב של מערכות יחסים עם CFLT.

טכניקות Noise Analysis and Mitigation

רעש ב TIA יכול להיות מסווג לכמה מקורות עצמאיים, כל אחד עם תלות בתדר מובהק ומקור פיזי. הבנה וצמצום כל מקור הוא חיוני להשגת הרגישות ברמת פיקופאר הנדרשת על ידי מקלטים אופטיים מודרניים.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

(ה)הרעש התרמי של תגובת ר'יבר:0 (FirveFLT) דורש תוספת של ספקטרום לבן שניתן על ידי iFLT:2n,RFFLT 3= ⁇ (4kT / RIRDER 4FLT:4Freas פחות) בטמפרטורה חדרית, 1 k ⁇ מתנגד בערך 4A / הרץ Doubling / RLT5 הוא גם מקבל תוספת גבוהה של 3.

תגית: Input Voltage Noise

(ב) ,המתח המגבר (הדגשה) הוא [[המאה ה-20]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]

המונחים: Input Current Noise

עבור מגברי FET-input, הרעש הנוכחי קלט הוא בדרך כלל רשלני, החל מ 0.1 עד 1 fA / ⁇ Hz. Bקוט קוטבית מגבר, עם זאת, להציג רעשים משמעותיים בסיס הנוכחי שיכול להגיע כמה pA / ⁇ . מסיבה זו, FET-iAs הם בדרך כלל מועדים עבור יישומים רגישות גבוהה.

צילום: Shot Noise

גם בהיעדר אות, התמונה מייצרת רעש ירי בשל הארה עתיקה ורקע כהה.הדחיסות רעש הזרקתית של רעש הזריקה הנוכחית היא iveFLT:0shotFLT:1= ⁇ (2q IFLT:2DCreaph:2DC ⁇ FLT 3), שם IFLT:4DC:5 הוא סך הכל DC הנוכחי דרך הצילום הדומיננטי, כמו גם, תחת תמונה גבוהה, הוא, תצלום, אשר הוא מסוגל להגדיר את עוצמתו של רעש גבוה, עם זאת, עם תצלום גבוה, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, הוא גבוה, עם תצלום של רעש גבוה, הוא גבוה, עם תצלום, הוא תצלום של קרינת צילום.

טכניקות אופטימיזציה

(ב) כמה טכניקות יכולות להפחית את הרעש הכולל של TIA, הוספת משוב קטן capacitor CFillo:0 ;FreaFLT:1 במקביל עם RIRFLT:2FeloFLT 3 מציג קוטב המגביל את רוחב הפס רעש, וגם מפצה את המגבר על ידי צמצום שלב 7R מקצב ההפחתה אופטימלי של CLTFipper, כולל סימולציה של 2FULIFULL.

התנצלות מהירה למבצע מהיר

בעוד ש- TIA ההנקה הבסיסית מספיקה לשיעורי נתונים עד כמה Gb/s, דוחף לכיוון 40 Gb/s ומעבר דורש יותר מתוחכם התנצלויות כי decouple the win-bandwidth Trade-off ולנהל אפקטים פרסיטיים.

⁇ Cascode (RGC) Input Stage

הטופולוגיה המפולגת משתמשת בלולאה משוב מקומית סביב transistor קסמוקוד להפחית באופן דרמטי את הקלט כדי רק כמה אומסים. זה אימפולס נמוך למעשה מבודד את קיבול photodiode מן הצומת גבוה, המאפשר רוחב הפס מספיק כדי לעבור 10 GHz תוך שמירה על רווח של 1-5 kRGC הוא בניין סטנדרטי ב קיבולת 2 / gb / מחסומים, כלומר, 000 רוחב פס טוב, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, מיועד כדי שמירה על רווח קבוע של ביצועים טובים, 000.

אדריכלות שונה ואדריכלות Pseudo-Differential

TIAs יחיד-end הם פשוט אך רגישים לרעש משותף מאספקת חשמל, הפיכה תת-קרקעית, והתערבות אלקטרומגנטית. TIAs מספק דחייה רעש משופרת והפחתה של אפילו סדר עיוות, מה שהופך אותם מתאימים היטב עבור מקלטים קוהרנטיים ו- PAM-4 קישורים. a dummy photodiode או מקור נוכחי מותאם משמש לעתים קרובות על הקלט המשלים, ואפקט משותף לייצב את הפלט האנגלול-Dreative-Digital-Dif.

Inverter-based and Active Feedback topologies

עבור חיבורים אופטיים קצרים שבהם יעילות הכוח היא רבת משקל, TIAs מבוסס מונע צובר פופולריות. a סטנדרטי CMOS inverter מוטה באזור גבוה-gain פועל כמו שלב הרווח, ואת משוב התנגדות מוקלט עם צפיפות דק-סרט התנגדות או נוגדת מגן יעיל כדי להציל את האזור.

טכניקת שיפור בנדווי

לאחר שהגבול הבסיסי של הרווח-פסוויד על ידי הטכנולוגיה מגיע, מעצבים מעסיקים מגוון של טכניקות כדי להרחיב את רוחב הפס ללא ביצועי רעש משפילים.

פסגות אינדוקטיביות

הוספת אינדוקטור קטן בסדרה עם ההרחבה משוב או בצומת קלט יוצר שיא resonant כי לפצות על ה-טבעי רול-off. על-chip ספירלי אינטגרטור, אינטגרציית אג"ח, או אפילו בזהירות עיצבו עקבות יכול לספק את ה- PCB הנדרש, כל אחד מהם, 000-2 nH יכול להאריך את רוחב הפס של 30-50% ב 10b / gird, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 פסגות, 000, יש צורך להיות עיכובים, 000, 000 פסגות על פני רוחב רוחב רוחב רוחב, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 פסגות, 000 פסגות גבוהה של כל אחד, 000 פסגות, 000, 000, 000 פסגות, 000 פסגות על ידי פסגות על ידי פסגות על ידי פסגות מתוכנן היטב, 000 פסגות פסגות על ידי פסגות על ידי פסגות, 000 פסגות, 000 פסגות, 000 פסגות, 000 פסגות פסגות, 000 פסגות פסגות פסגות פסגות פסגות, 000 פסגות

צ'רי-הוופר מגבר

הטופולוגיה של צ'רי-הוופרית משתמשת בלולאה משוב מקומית בין שני שלבים להשגה רוחב פס רחב ודירה עם רווח גבוה.זה נפוץ כמו פוסט-מדגם לאחר הליבה TIA, מתן רווח מתח נוסף והגבלת.השלבים הדובדבן-הוופריים מתאימים היטב לשיעורי נתונים עד 40 Gb / בשל מרווחי הבטן שלה ויכולת לנהוג עומסים נוספים על ידי מבנה כפול, עם רמות הפחתת הנטל הכוללות על פני השטח, עם כל אחד, עם הנטל הכולל.

שוויון ופוסט דיגיטלי - תוצאות

ב המקלטים המודרניים רבים, רוחב הפס של TIA מופחת בכוונה כדי לחסוך כוח, ושווה בתחום הדיגיטלי לפצות על התערבות בין-סימבול וכתוצאה מכך, הנקה-הזנת מחדש שווה (DFE) ושוויון קדימה (FFE) יכול לשחזר אותות כי היו מאוד מוגבל על ידי TIA. גישה זו מאפשרת TIA להיות פשוט יותר נמוך יותר, שינוי מורכבות למעבד הדיגיטלי: FIA מספק תמונה דיגיטלית.

כוח אספקת אינטגרity, Shielding ו- PCB Layout Best Practices

אפילו ה ⁇ ה ⁇ המותקנת ביותר להיכשל ללא יישום פיזי קפדני. בתדרים ב-Jagaahertz, כל מילימטר של אורך עקבות, כל דרך, וכל אלמנט parasitic יכול להפיג את הביצועים.

(FLT:0) , 000) הוראות הפריסה של החברה כוללות: FIRLT 1

  • השתמש במטוס קרקע מתמשך על השכבה מיד מתחת לסף האותות כדי לספק נתיב החזרה נמוך לחינוך לא לחתוך את המטוס הקרקע מתחת לצומת קלט TIA.
  • שמור על הקשר photodiode-to-TIA קצר ככל האפשר, באופן אידיאלי תחת 5 מ"מ. השתמש גל קונדר מבוסס או microstrip עם אימפולס מבוקר, בדרך כלל 50 ⁇ .
  • מקום decoupling capacitors ישירות על פי נתוני כוח TIA עם אורך העקב הקצר ביותר האפשרי לקרקע באמצעות. השתמש בשילוב מקבילים של ערכים, כגון 100 pF, 10 nF, ו 10 μF, כדי לספק תנופה נמוכה על פני טווח תדר רחב.
  • השתמש ב-LDO רגולטורי ייעודי אולטרה-נמוך עבור אספקת TIA. פריטה חרוזים יכול לבודד את אספקת TIA מרעש דיגיטלי על הלוח, אך להימנע משימוש ב חרוזים עם עמידות גבוהה DC שיכול לגרום טיפות מתח.
  • חסם את הפעוט עם טבעת שמירה המחוברת לאדמה שקטה, להימנע מלתת אותות דיגיטליים במהירות גבוהה או קווי שעון ליד קלט TIA.
  • השתמש בתצורה של כוכב-קרקע עבור ה- TIA הקרקע, המחברת אותו ישירות לעצמו באמצעות כדי למנוע זרמי החזרה לערבב עם מעגלים אחרים.
  • מזער את מספר הדרכים בנתיב האות, כמו כל דרך מוסיפה אינדוקציה וכניעה.

ניהול תרמי הוא קריטי עבור TIAs פועל במודולים אופטיים צפופים. A 400 Gb / sמודול יכול להתפזר מעל 1 W כאשר TIA משולב עם נהג ו DSP שבבי. Copper לשפוך על השכבות העליון והתחתיות, בשילוב עם תרמי באמצעותs, לעזור לבצע חום ל- PCB backside או לחום.F:0im משולב יש מקיפים על גבי הדרכות גבוהה על גבי עיצוב, כלומר, 1F.

אופטימיזציה באמצעות ניתוח סחר-off

מרחב העיצוב של TIA מהיר הוא רב-ממדי, המחייב את המעצב לנווט כמה מהפיפות מסחר בסיסיות.

  • (FLT:0Gain vs. Bandwidth:03: ;המוצר בעל החתיכה הוא קבוע יחסית עבור מצב טכנולוגיה וטיה נתון.עבור קישורים ארוכים, רווח גבוה יותר (למשל, 5 k ⁇ ) עם רוחב פס נמוך יותר (למשל, 10 GHz) מקובל כי אות הוא נמוך ורעש חייב להיות מצמצם עבור נתונים מרכזי, 5 k ⁇ ) עם רוחב פס נמוך יותר (למשל, 0, 0.
  • (FLT:0) רעש לעומת כוח:FLT:1 השימוש בטרנסיסטורים גדולים יותר מפחית רעש flicker רעש מתח רעש אבל מגביר את הציפוי קצבה וצריכת חשמל.הפעלה של טרנסטור באזור ההפחדה המתון יכולה לאזן רעש וכוח, אבל סימולציה מפורטת היא הכרחית כדי למצוא את האופטימלי.
  • (FLT:0) קוויאריות לעומת חדר ראש: FIRLT:1) הגדלת זרם ההטיה משפרת את הליניטי על ידי מתן יותר חדר עבור נדנדה אות, אבל זה מפחית רוחב פס ומגדיל רעש תרמי.
  • (FLT:0) Cost לעומת ביצועים:FLT:1 Standard CMOS מציע עלות נמוכה ושילוב קל עם לוגיקה דיגיטלית, אבל לא יכול להתאים את רוחב הפס ואת ביצועי הרעש של SiGe BiCMOS או טכנולוגיות InP. Multi-chip עם TIA ייעודי למות ו photodiode יכול להשיג ביצועים מצוינים עלות הרכבה גבוהה יותר.

מעצבים לעתים קרובות להשתמש בבדיקת ביצועים מודרכים (GPE) שיטות או כלים אופטימיזציה Pareto לנווט את אלה הפסקות מסחר באופן שיטתי. הפעלת סימולציות פינה עבור טמפרטורה, תהליך, ותפקוד האספקה מבטיח חזקות על פני שינויים בייצור.המטרה היא להשיג עיצוב העומד בכל המפרטים עם שולי מספיק, לא כדי למקסם כל פרמטר אחד על חשבון אחרים.

מסקנות ו-Outlook

תכנון ביצועים גבוהים, אופטימיזציה לרעש נמוך, מגבר השפעה גבוהה הוא אתגר מתגמל כי יושב בצומת של עיצוב מעגלים אנלוגי, פיזיקה רעש, ופריסת גבוה קידוד על ידי אופטימיזציה בקפידה ממשק photodiode, בחירת הטופולוגיה המתאימה - בין אם כיקו מחדש של שבבים אלקטרוניים, או על בסיס מערכת יחסים יסודית, החל טכניקות כגון פסגות אינדוקטיביות, או אכיפת ואמינות טכניקות כגון פיתוח של קבוצות אבטחה אוטומטית.