解析 ONET8551T：高速光通信领域的得力助手

解析 ONET8551T：高速光通信领域的得力助手

在高速光通信领域，高速、高增益的限幅互阻抗放大器是关键组件。今天，我们就深入探讨德州仪器（TI）推出的一款这样的放大器——ONET8551T，看看它在数据传输速率高达 11.3Gbps 的光接收器中能有怎样的表现。

文件下载：onet8551t.pdf

ONET8551T 关键特性一览

ONET8551T 具有众多令人瞩目的特性。它拥有 9GHz 的带宽和 10kΩ 的差分小信号互阻，灵敏度可达 -20dBm，输入引入噪声仅为 0.9μARMS，输入过载电流为 2.5mAp - p。同时，它提供接收信号强度指示（RSSI）功能，典型功率耗散仅 92mW。支持片上 50Ω 背向端接的电流模式逻辑（CML）数据输出，还集成了片上电源滤波电容器，采用 +3.3V 单电源供电，芯片尺寸为 870μm x 1036μm。这些特性使得它在高速光通信应用中具有很强的竞争力。

引脚功能与内部结构剖析

引脚功能

ONET8551T 以芯片形式提供，其引脚功能丰富且明确。例如，GND 引脚为电路接地，多个 GND 引脚在芯片内部相连，为保证最佳性能，良好的接地连接必不可少；OUT + 和 OUT - 分别为非反相和反相 CML 数据输出，且片上有 50Ω 背向端接至 Vcc；VCC_OUT 和 VCC_IN 分别为 AGC 放大器和输入 TIA 阶段提供 2.8 - 3.63V 的电源电压；IN 引脚作为数据输入连接到 TIA（光电二极管阳极）；RSSI_IB 和 RSSI_EB 用于指示接收信号强度（RSSI），分别适用于内部偏置和外部偏置情况。此外，BW0 和 BW1 引脚可用于带宽调整。

内部结构

从简化的框图来看，ONET8551T 由信号路径、电源滤波器、直流输入偏置控制块、自动增益控制（AGC）和接收信号强度指示（RSSI）等部分组成。信号路径包含跨阻放大器级、电压放大器和 CML 输出缓冲器。片上滤波电路为 PIN 光电二极管和跨阻放大器提供滤波后的 VCC。直流输入偏置电路和自动增益控制利用内部低通滤波器消除输入直流电流并调整跨阻放大器增益，同时还有监测接收信号强度的电路。

电气特性详解

绝对最大额定值

在使用 ONET8551T 时，必须了解其绝对最大额定值。例如，电源电压 Vcc_IN 和 Vcc_OUT 的范围为 -0.3V 至 4.0V，各引脚的电压也有相应的限制范围。输入电流、输出电流等也都有明确的最大和最小值。超出这些绝对最大额定值可能会对器件造成永久性损坏。

推荐工作条件

推荐的工作条件包括电源电压为 2.8 - 3.63V，典型值为 3.3V；工作背面芯片温度范围为 -40°C 至 100°C；引脚 FILTER 和 IN 的键合线电感为 0.3 - 0.5nH；光电二极管电容为 0.2pF。在这些条件下工作，能保证器件的性能和可靠性。

直流电气特性

在直流电气特性方面，电源电压、电源电流、输入偏置电压、输出电阻、光电二极管偏置电压等都有明确的参数范围。例如，电源电流在不同输入电流情况下有不同的取值，RSSI 增益和输出偏移电流也有相应的规定。

交流电气特性

交流电气特性同样重要。小信号跨阻、小信号带宽、低频 - 3dB 带宽、输入参考 RMS 噪声、无应力灵敏度电气、确定性抖动、最大差分输出电压和电源噪声抑制等参数，反映了器件在交流信号处理方面的能力。例如，小信号带宽在 7 - 9GHz 之间，输入参考 RMS 噪声在 0.9 - 1.4μA 之间。

工作原理深度解析

信号路径

信号路径的第一级是跨阻放大器，它将光电二极管电流转换为电压。当输入信号电流超过一定值时，非线性 AGC 电路会降低跨阻增益以限制信号幅度。第二级是限幅电压放大器，提供额外的限幅增益并将单端输入电压转换为差分数据信号。输出级提供 CML 输出，片上有 50Ω 背向端接至 Vcc。

滤波电路

FILTER 引脚为 PIN 光电二极管偏置提供稳压和滤波后的 VCC。跨阻放大器的电源电压由片上电容器滤波，因此无需外部电源滤波电容器。输入级有独立的 VCC 电源（VCC_IN），与限幅和 CML 阶段的电源（VCC_OUT）在芯片上不相连。

AGC 和 RSSI

当使用 FILTER 引脚对 PIN 二极管进行偏置时，偏置和 RSSI 控制电路块会监测稳压 FILTER FET 上的电压降。如果直流输入电流超过一定水平，受控电流源会部分抵消它，以确保跨阻放大器级在足够的工作范围内实现最佳性能。自动增益控制电路调整 AGC 放大器的电压增益，以保证整个放大器的限幅特性。最后，该电路块感测通过 FILTER FET 的电流，并生成与输入信号强度成比例的镜像电流，该镜像电流可在 RSSI_IB 输出端获取，并通过外部电阻接地。在使用外部偏置的 APD 或 PIN 光电二极管时，可使用 RSSI_EB 引脚，但为获得更高精度，TI 建议从外部偏置电路导出 RSSI。

实际应用场景与注意事项

应用场景

ONET8551T 适用于多种高速光通信应用，如 10G 以太网、8G 和 10G 光纤通道、10G 以太无源光网络（EPON）、同步光网络（SONET）OC - 192、6G 和 10G 通用公共无线接口（CPRI）和开放基站架构协议（OBSAI），以及作为光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）预放大器接收器。

应用电路示例

在典型的光纤接收器应用中，对于使用内部光电二极管偏置的情况，ONET8551T 将 PIN 光电二极管产生的电流转换为差分输出电压。FILTER 输出为 PIN 提供低通滤波后的直流偏置电压，光电二极管必须连接到 FILTER 焊盘以确保偏置正常工作。RSSI 输出用于镜像光电二极管输出电流，可通过电阻连接到 GND，通过选择外部电阻可调整电压增益，但要确保 RSSI 引脚电压不超过 Vcc - 0.65V。OUT + 和 OUT - 引脚内部通过 50Ω 上拉电阻连接到 Vcc，输出需交流耦合到后续设备。对于 PIN 二极管应用，TI 建议将 BW0 引脚接地；若要获得更高带宽，可将 BW1 引脚或 BW0 和 BW1 引脚都接地；若要降低带宽，可将 BW0 和 BW1 引脚留空。

对于使用外部光电二极管偏置的雪崩光电二极管应用，为增加带宽，可将 BW0 和 BW1 引脚接地。这种配置也可用于 PIN 二极管，但仅将 BW0 引脚接地可能有助于降低带宽和噪声。不过，外部偏置的 RSSI 信号基于直流偏移值，不如基于光电二极管电流的内部偏置 RSSI 准确。

装配建议

为实现 ONET8551T 的最佳性能，在装配时需注意以下几点：使用低电容光电二极管并注意杂散电容，以最小化 IN 焊盘上的总电容；将光电二极管靠近 ONET8551T 芯片放置，以减少键合线长度和寄生电感；在交流耦合差分输出引脚 OUT + 和 OUT - 处使用相同的终端和对称的传输线；为电源端子 VCC_IN、VCC_OUT 和 GND 使用短键合线连接，虽然芯片上提供了电源电压滤波，但使用额外的外部电容器可进一步改善滤波效果；芯片背面有金属，必须使用导电环氧树脂将芯片接地。

总结

ONET8551T 凭借其出色的特性、合理的内部结构和丰富的功能，在高速光通信领域具有广泛的应用前景。电子工程师在设计相关电路时，充分了解其特性、工作原理和应用注意事项，能够更好地发挥其性能，实现高效、可靠的光通信系统。大家在实际应用中是否遇到过类似器件的使用问题呢？欢迎在评论区分享交流。