TIA的全稱是Transimpedance amplifier, 即跨阻放大器。先從字面上理解下,amplifier比較好理解,就是放大器,例如對電壓放大。
Transimpedance這個單詞可以拆分成兩部分,trans+impedance, trans是橫跨的意思,impedance是阻抗的意思。
橫跨的阻抗,該怎么理解?橫跨,應該對應放大器的輸入輸出端。阻抗,表明輸入端與輸出端的關系和電阻有關。
通過對英語單詞的分析,能有個大概的判斷。TIA是一種放大器,應用于將電流放大至電壓的場景,例如光電探測器探測信號的放大。
由于是將電流放大為電壓,增益定義為輸出電壓除以輸入電流,增益的單位是電阻,因此將這種類型的放大器稱為跨阻放大器。
PD接收到光信號后,產生的電流信號比較微弱(uA量級),因此需要利用TIA將其放大,便于后續的信號處理。
TIA的示意圖如下圖所示,
TIA的電路比較簡單,主要由一個運放并聯一個反饋電阻構成,通常還會并聯一個反饋電容,用于提高系統的穩定性,如下圖所示。
TIA的主要參數指標包括工作帶寬、增益、輸入噪聲等。有限的帶寬會導致碼間減幅振蕩,進而引起眼圖的閉合。
帶寬通常取為信號速率的0.7倍左右。TIA的增益一般在幾十kΩ左右。TIA的輸入噪聲會影響光接收器的靈敏度,TIA的噪聲來源主要是熱噪聲。
實際設計使用TIA時,需綜合權衡這幾個參數,達到性能的最優。下圖是macom網站的截圖,
對于TIA具體的參數分析與公式推導,可以參看文獻1,這里就不詳細分析了(主要是看不太懂。。。),列出兩個重要的公式。帶寬的計算公式如下,
R_f減小,帶寬增大。但是R_f減小后,增益也會減小。因此需要TIA的增益與帶寬間存在trade off, 需要選取合適的參數值。等效輸入電流噪聲的公式如下,
R_f減小,電流噪聲增大。
以上是對TIA的簡單介紹,作為光模塊的電路組成部分,TIA發揮了重要作用。雖說是光學小豆芽,但也得對電芯片有所了解,有一個更全面深刻的認識。
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