對(duì)于高速TIA的PCB來(lái)說(shuō)，最大的挑戰(zhàn)就是如何減小雜散電容Cstray了 。這是為什么呢？假如帶寬很高，增益很高，那么Cf可能需要設(shè)置在如0.5pF，而普通貼片電阻的雜散電容就有0.1pF。

如果未經(jīng)任何處理，那么跨阻自身的電容就會(huì)吃掉20%的帶寬！我們這里只討論跨阻的Cstray，其實(shí)還有求和節(jié)點(diǎn)的Cstray，它可能也會(huì)吃掉帶寬和增加噪聲等。

最近剛好做TIA的PCB，在LTC6268 和LTC6268-10的數(shù)據(jù)手冊(cè)中，學(xué)到了一種非常有效地減小RF的雜散電容的方法，至少?gòu)乃麄兊膶?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看是這樣的。本文就是針對(duì)這種方法的介紹。

一、通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直觀感受該方法的有效性

我把LTC6268 和LTC6268-10數(shù)據(jù)手冊(cè)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用圖表重新做了整理，可以更直觀展示該方法在減小Cstray上面的效果。

1.1 LTC6268數(shù)據(jù)手冊(cè)中的數(shù)據(jù)展示

表1 LTC6268是否實(shí)施了該方法的雜散電容對(duì)比

簡(jiǎn)單說(shuō)下他們的測(cè)試方法。LTC6268數(shù)據(jù)手冊(cè)的數(shù)據(jù)是這樣測(cè)試出的，測(cè)試電路參見圖1，跨阻為499K，沒(méi)有加Cf。在這個(gè)電路中，GBW沒(méi)有限制帶寬，所以該電路的帶寬可以認(rèn)為完全是由跨阻自身的雜散電容導(dǎo)致的，它減小了高頻增益。在激發(fā)PD的激光器驅(qū)動(dòng)器上施加不同頻率的正弦波，測(cè)試TIA輸出的頻率響應(yīng)，可以間接得到跨阻的雜散電容，頻響參見圖2和圖3。

圖1 LTC6268測(cè)試減小Cstray方法有效的測(cè)試電路

圖2 無(wú)特殊處理圖1電路的頻響，f-3dB=2.5Mhz，通過(guò)TIA信號(hào)帶寬公式1/(2piRC)可以得到此時(shí)的Cstray=0.13pF

圖3 特殊處理了圖1電路的頻響，f-3dB=11.2Mhz，通過(guò)TIA信號(hào)帶寬公式1/(2piRC)可以得到此時(shí)的Cstray=0.0271pF

1.2 LTC6268-10數(shù)據(jù)手冊(cè)中的數(shù)據(jù)展示

表2 LTC6268-10是否實(shí)施了該方法的雜散電容對(duì)比

這里簡(jiǎn)單說(shuō)下表3數(shù)據(jù)的測(cè)試方法。測(cè)試電路參見圖4，跨阻為499K（0805封裝），沒(méi)有加Cf。在這個(gè)電路中，GBW沒(méi)有限制帶寬，所以該電路的帶寬完全是由跨阻自身的雜散電容導(dǎo)致的，它減小了高頻增益。

他們是如何測(cè)試出跨阻的Cstray呢？通過(guò)測(cè)試該電路的階躍響應(yīng)即可，施加給激光器一個(gè)脈沖信號(hào)，它的Tr非常小，比如1ns，小于輸出的Tr才行。測(cè)試TIA輸出的脈沖信號(hào)Tr，利用BW=0.35/Tr間接得到帶寬，就可以間接得到Cstray。

通過(guò)階躍響應(yīng)（包括LTC6268的頻域響應(yīng)）也可以間接看到，放大器自身的GBW并沒(méi)有限制TIA的帶寬，帶寬主要是由于跨阻的Cstray限制的。如果放大器自身的GBW不夠，階躍響應(yīng)或者頻率響應(yīng)是可以看到震蕩跡象的，因?yàn)镻D有結(jié)電容（ 這個(gè)結(jié)電容是分析TIA電路的關(guān)鍵 ）。

圖4 LTC6268-10測(cè)試減小Cstray方法有效的測(cè)試電路

圖5 無(wú)特殊處理圖4電路的階躍響應(yīng)，Tr=87ns，BW=4Mhz(BW=0.35/Tr），通過(guò)TIA信號(hào)帶寬公式1/(2*pi*RC)可以得到此時(shí)的Cstray=0.1pF

圖6 特殊處理了圖4電路的階躍響應(yīng)，Tr=10.3ns，BW=34Mhz(BW=0.35/Tr），通過(guò)TIA信號(hào)帶寬公式1/(2*pi*RC)可以得到此時(shí)的Cstray=11.6fF

二、電阻雜散電容的計(jì)算與影響因素

在介紹該layout方法之前，我們?cè)俸?jiǎn)單了解下跨阻自身的雜散電容，通過(guò)圖6即可看到如何計(jì)算，以及哪些因素會(huì)影響它的大小。

圖7 跨阻自身寄生電容的由來(lái)

這里有個(gè)疑惑。通過(guò)表3可以看到，0805電阻的雜散電容跟0603的差不多，甚至還小了0.03pF，這跟圖6的公式不符合啊？因?yàn)?805的焊盤比0603更寬，也就是公式中的l更大，那么為啥它會(huì)更小呢？我暫時(shí)也不太理解，可能是測(cè)試電路的緣故吧，因?yàn)門IA的信號(hào)帶寬不能完全歸咎于跨阻的Cstray，這是不公平的。

表3 兩種封裝跨阻的Cstray

三、減小高速TIA跨阻Cstray的方法

那么，他們是用了什么魔法，這么有效地減小了跨阻的Cstay呢？其實(shí)操作也很簡(jiǎn)單，參見圖7，上面也有原理介紹，就是中間的地線屏蔽了電場(chǎng)。具體的PCB操作參見圖8。需要注意的是，跨過(guò)電阻中間的這條地線盡量靠近Vout節(jié)點(diǎn)，這樣也是為了減小求和節(jié)點(diǎn)的電容。

圖8 一種減小高速TIA跨阻Cstray的方法

圖9 具體PCB操作（減小跨阻雜散電容的方法不是覆銅，而是在跨阻兩個(gè)焊盤之間走地線）

四、減小高速TIA跨阻Cstray的另一種方法

減小跨阻的雜散電容的方法還有另外一種，參見圖6，即一個(gè)跨阻拆分成兩個(gè)等值的電阻串聯(lián)。無(wú)論如何，這種方法都能夠減小1/2的Cstray，因?yàn)榇?lián)兩個(gè)等值的電容，總電容等于它的一半。圖8中，他們用了前面介紹的方法，減小了還不到一半。但是這種方法也有弊端，會(huì)增加TIA布板面積，PD距離求和節(jié)點(diǎn)也會(huì)距離變遠(yuǎn)等。

圖10 減小跨阻雜散電容的另一種方法，串聯(lián)跨阻

總結(jié)一下，本文介紹了高速TIA電路布板的重點(diǎn)在于減小雜散電容，以及原因。數(shù)據(jù)展示了LTC6268 和LTC6268-10手冊(cè)介紹的減小Cstray方法的有效性，以及如何實(shí)踐。還介紹了另一種減小Cstray的方法。