寄生电感对10Gbps光发射器的影响

本应用笔记讨论了寄生电感的成因及其对10Gbps光发射器的影响。它还显示了有关如何控制不良影响的一些技术和相关计算。

成功的10Gbps光发射器设计需要仔细注意寄生电感的来源和影响。即使添加0.1nH的电感，也会导致上升/下降时间，过冲/振铃以及光输出中的抖动显着降低（作为参考，一根0.5mm的键合线会增加大约0.4nH）。

图1是连接到激光二极管的激光驱动器输出级的简化框图。在实际的系统中，由于键合线，芯片焊盘等原因，存在许多分布的寄生电感。为简单起见，在图1的模型中，分布的电感被集中到两个位置。L（out）在驱动器的输出（激光二极管的阴极）上，L（阳极）在激光二极管的阳极上。归因于电感器的开关电流的瞬态行为以多种方式影响激光二极管的光学输出。

电压裕量

驱动器调制输出晶体管需要最小的规定电压才能正确开关。一个示例要求是调制输出的最低电压为1.55V。在最小值以下运行将导致晶体管开关欠佳，从而导致抖动增加以及光输出出现其他失真。寄生电感可以在降低开关期间的电压裕量方面发挥主要作用。

上升/下降时间

如果我们忽略了寄生电容的影响，并假设大大简化了单一时间常数（STC）模型，则可以使用L / R时间常数来计算上升和下降时间。对于20％-80％的上升时间，我们可以使用关系2πτ≈trise / 0.22（其中τ= L / R表示时间常数）来计算L的值。如果让R =20Ω，则L≈14.5×三叉戟。使用这种关系时，典型的10Gbps上升时间为25ps，则L≈0.36nH。尽管此结果远非精确的结果（它是基于大大简化的模型得出的），但它很好地说明了在不显着影响

上升/下降时间的情况下可以容许的近似电感水平。

过冲和振铃

如果我们在图1的模型中包括寄生电容，我们可以使用基本控制理论来预测由过阻尼或欠阻尼的LRC电路导致的过冲和振铃。

假定实际电阻保持恒定，则增大电感将导致系统的欠阻尼越来越大，并且会增加过冲和振铃。另一方面，如果增加电阻以符合临界电阻标准，则净空空间将受到负面影响。这意味着，为了满足裕量要求并保持电路的临界阻尼，必须使寄生电感最小。

仿真结果

使用详细模型（比图1所示的模型更为复杂）进行的计算机仿真说明了各种寄生电感值对上升时间，下降时间，过冲，下冲和确定性抖动的影响。图2是LOUT的三个不同值的仿真结果的一个示例。下表总结了使用各种LOUT值同时保持LANODE恒定的仿真数值结果。作为参考，长度为0.5mm的键合线表示约0.4nH的寄生电感，而长度为1mm的键合线则表示约0.8nH。

仿真结果表明，准确理解和严格控制10Gbps发送器系统各部分中的电气寄生环境对于模块设计和开发的成功至关重要。

结论

寄生电感是不希望有的影响，应避免使用，尤其是在光发射器上。该文件显示了这种寄生电感的可能来源，以及仔细的设计测量和参数如何有助于其控制。

编辑：hfy