ONET8531T：高速光接收利器的深度剖析

在高速光通信領(lǐng)域，一款性能卓越的跨阻放大器對(duì)于光接收機(jī)的性能起著至關(guān)重要的作用。今天，我們就來深入了解德州儀器（TI）推出的ONET8531T，一款具備11.3 Gbps速率的限幅跨阻放大器，它帶有接收信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI）功能，在光通信市場(chǎng)中有著廣泛的應(yīng)用前景。

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一、器件概述

1.1 基本信息

ONET8531T是一款高速、高增益的限幅跨阻放大器，適用于數(shù)據(jù)速率高達(dá)12.5 Gbps的光接收機(jī)。它采用裸片形式提供，內(nèi)置VCC旁路電容，專為TO封裝優(yōu)化設(shè)計(jì)。整個(gè)芯片功耗較低，典型功耗僅100 mW，工作溫度范圍為 -40°C至100°C。

1.2 產(chǎn)品特性

• 帶寬與跨阻：擁有10 GHz的帶寬，能夠滿足高速信號(hào)的處理需求；4.5 kΩ的差分小信號(hào)跨阻，可有效將光電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。
• 過載能力與RSSI：輸入過載電流可達(dá)2.5 mAp-p，同時(shí)具備接收信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI）功能，方便監(jiān)測(cè)接收信號(hào)的強(qiáng)度。
• 輸出與供電：采用CML數(shù)據(jù)輸出，片上集成50 Ω的終端電阻；僅需單一3.3 V電源供電，簡(jiǎn)化了電源設(shè)計(jì)。

1.3 應(yīng)用場(chǎng)景

ONET8531T的應(yīng)用場(chǎng)景十分廣泛，涵蓋了SONET OC - 192、SFP + 光接收機(jī)、10×光纖通道光接收機(jī)、10G以太網(wǎng)接收機(jī)、PIN前置放大器 - 接收機(jī)以及APD前置放大器接收機(jī)等領(lǐng)域。

二、內(nèi)部結(jié)構(gòu)與原理

2.1 模塊組成

從框圖來看，ONET8531T主要由信號(hào)路徑、電源濾波器、直流輸入偏置控制模塊、自動(dòng)增益控制（AGC）模塊和接收信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI）模塊組成。

2.2 信號(hào)路徑

信號(hào)路徑包含跨阻放大器級(jí)、電壓放大器和CML輸出緩沖器?？缱璺糯笃鲗⒐?a target="_blank">二極管的電流轉(zhuǎn)換為電壓，電壓放大器進(jìn)一步放大信號(hào)，CML輸出緩沖器提供差分輸出信號(hào)。

2.3 電源濾波

片上濾波電路為PIN光電二極管和跨阻放大器提供濾波后的VCC。其中，光電二極管的濾波采用220 Ω的濾波電阻和電容實(shí)現(xiàn)，截止頻率低于5 MHz?？缱璺糯笃鞯碾娫赐ㄟ^片上電容濾波，無需外部電源濾波電容。

2.4 AGC與RSSI

當(dāng)使用FILTER引腳對(duì)PIN二極管進(jìn)行偏置時(shí)，偏置和RSSI控制電路會(huì)監(jiān)測(cè)內(nèi)部光電二極管電源濾波電阻上的電壓降。若直流輸入電流超過指定水平，會(huì)通過受控電流源部分抵消，以保持跨阻放大器在合適的工作范圍內(nèi)。自動(dòng)增益控制電路會(huì)調(diào)整AGC放大器的電壓增益，確保整個(gè)放大器的限幅特性。同時(shí)，該電路會(huì)感應(yīng)濾波電阻上的電流，并生成與輸入信號(hào)強(qiáng)度成比例的鏡像電流，通過RSSI_IB輸出。

三、引腳功能與參數(shù)

3.1 引腳功能

ONET8531T的引腳功能豐富多樣，包括FILTER引腳為光電二極管陰極提供偏置電壓，GND引腳作為電路接地端，IN引腳為TIA的數(shù)據(jù)輸入端，OUT + 和OUT - 引腳為差分CML數(shù)據(jù)輸出端，RSSI_IB和RSSI_EB引腳用于指示接收信號(hào)強(qiáng)度等。

3.2 電氣參數(shù)

• 直流參數(shù)：在推薦工作條件下，典型的電源電壓為3.3 V，輸入電流在不同條件下有所不同，輸入偏置電壓為0.75 - 0.98 V，輸出電阻為40 - 60 Ω等。
• 交流參數(shù)：小信號(hào)跨阻為2500 - 6500 Ω，小信號(hào)帶寬為7 - 10 GHz，輸入?yún)⒖?a target="_blank">RMS噪聲為0.9 - 1.6 μA，無應(yīng)力靈敏度為 - 14 dBm等。

四、典型特性與應(yīng)用

4.1 典型特性

通過一系列圖表展示了ONET8531T的典型特性，如小信號(hào)跨阻與輸入電流、環(huán)境溫度的關(guān)系，小信號(hào)帶寬特性，輸出電壓與輸入電流的關(guān)系，RSSI輸出電流與輸入電流的關(guān)系，確定性抖動(dòng)與輸入電流的關(guān)系，電源噪聲抑制特性以及不同輸入電流下的輸出眼圖等。這些特性為工程師在實(shí)際應(yīng)用中評(píng)估和優(yōu)化電路性能提供了重要參考。

4.2 應(yīng)用電路

• PIN接收機(jī)應(yīng)用：在典型的光纖接收機(jī)電路中，ONET8531T將PIN光電二極管產(chǎn)生的電流轉(zhuǎn)換為差分輸出電壓。FILTER輸入為PIN提供直流偏置電壓，RSSI輸出可通過電阻連接到地，用于監(jiān)測(cè)光電二極管的輸出電流。OUT + 和OUT - 引腳通過50 Ω上拉電阻連接到VCC，輸出需AC耦合到后續(xù)設(shè)備。
• APD接收機(jī)應(yīng)用：當(dāng)使用外部光電二極管偏置時(shí)，可采用另一種應(yīng)用電路。不過，外部偏置的RSSI信號(hào)基于直流偏移值，準(zhǔn)確性不如內(nèi)部偏置的RSSI信號(hào)。

五、設(shè)計(jì)與裝配建議

5.1 裝配建議

為了實(shí)現(xiàn)最佳性能，在裝配過程中需要關(guān)注裝配寄生參數(shù)和外部組件。具體建議包括：使用低電容光電二極管并補(bǔ)償雜散電容，將光電二極管靠近ONET8531T裸片放置，以減少鍵合線長(zhǎng)度和相關(guān)寄生電感；在AC耦合差分輸出引腳OUT + 和OUT - 使用相同的終端和對(duì)稱傳輸線；對(duì)電源端子VCC_IN、VCC_OUT和GND使用短鍵合線連接，可使用額外的外部電容改善電源濾波。

5.2 芯片尺寸與布局

ONET8531T的裸片尺寸為940 ± 40 μm × 1195 ± 40 μm，厚度為203 ± 13 μm，焊盤尺寸為105 × 65 μm。文檔還提供了焊盤的坐標(biāo)、符號(hào)、類型和描述等詳細(xì)信息，以及TO46 5引腳布局示例，為工程師進(jìn)行封裝設(shè)計(jì)提供了參考。

六、總結(jié)與思考

ONET8531T憑借其高速、高增益、低功耗以及豐富的功能特性，在高速光通信領(lǐng)域具有很大的優(yōu)勢(shì)。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，我們也需要注意一些問題，例如如何根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的外部組件，如何優(yōu)化電路布局以減少寄生參數(shù)的影響，以及如何確保RSSI功能的準(zhǔn)確使用等。希望通過本文的介紹，能為廣大電子工程師在使用ONET8531T進(jìn)行光接收機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)提供一些有益的參考。大家在實(shí)際應(yīng)用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎一起交流探討。