Esta nota de aplicación analiza las causas de la inductancia parásita y su efecto en los transmisores ópticos de 10 Gbps. También presenta algunas técnicas y cálculos asociados sobre cómo controlar los efectos no deseados.
prólogo
Esta nota de aplicación analiza las causas de la inductancia parásita y su efecto en los transmisores ópticos de 10 Gbps. También presenta algunas técnicas y cálculos asociados sobre cómo controlar los efectos no deseados.
Un diseño exitoso de transmisor óptico de 10 Gbps requiere atención a las fuentes y efectos de la inductancia parásita. Incluso 0,1 nH de inductancia adicional puede reducir significativamente el tiempo de subida/bajada, el sobreimpulso/timbre y la fluctuación de la salida óptica (como referencia, un cable de conexión de 0,5 mm agrega aproximadamente 0,4 nH).
La figura 1 es un diagrama de bloques simplificado de la etapa de salida de un controlador láser conectado a un diodo láser. Los sistemas reales tienen una gran cantidad de inductancia parásita distribuida debido a los cables de unión, las almohadillas de troquelado, etc. Para simplificar, la inductancia distribuida se agrupa en dos lugares en el modelo de la Figura 1. L(out) es la salida del controlador (cátodo de diodo láser) y L(ánodo) es el ánodo de diodo láser. El comportamiento transitorio de las corrientes de conmutación a través de los inductores afecta la salida de luz de los diodos láser de varias formas.
margen de tensión
Los transistores de salida de modulación del controlador requieren un voltaje mínimo especificado para cambiar correctamente. Un requisito de ejemplo es un mínimo de 1,55 V en la salida modulada. Operar por debajo del mínimo causará una conmutación de transistor subóptima, lo que resultará en un aumento de la fluctuación y otras distorsiones en la salida de luz. La inductancia parásita puede desempeñar un papel importante en la reducción del margen de tensión durante la conmutación.
tiempo de subida/bajada
Ignorando los efectos de la capacitancia parásita y suponiendo un modelo de constante de tiempo único (STC) muy simplificado, los tiempos de subida y bajada se pueden calcular usando las constantes de tiempo L/R. Para tiempos de subida entre 20% y 80%, el valor de L se puede calcular usando la relación 2πτ ≈ trise/0.22 (donde τ = L/R representa la constante de tiempo). Con R = 20Ω, L ≈ 14,5 × Trinidad. Utilizando esta relación con un tiempo de subida típico de 10 Gbps de 25 ps, L ≈ 0,36 nH. Este resultado no es exacto (se basa en un modelo muy simple), pero da un nivel aproximado de inductancia que se puede tolerar sin afectar significativamente al sistema.
Tiempo de subida/bajada.
rebasamiento y zumbido
Incluir la capacitancia parásita en el modelo de la Figura 1 nos permite usar la teoría de control básica para predecir el sobreimpulso y el zumbido causados por un circuito LRC sobreamortiguado o subamortiguado.
Suponiendo una resistencia real constante, el aumento de la inductancia hace que el sistema se amortigüe cada vez menos, lo que aumenta el sobreimpulso y el zumbido. Por otro lado, aumentar la resistencia para cumplir con los criterios críticos de resistencia tiene un impacto negativo en el espacio libre. Esto significa que la inductancia parásita debe minimizarse para cumplir con los requisitos de espacio libre y reducir la atenuación del circuito.
resultado de la simulación
Las simulaciones por computadora que utilizan un modelo detallado (más complejo que el que se muestra en la Figura 1) muestran los efectos de diferentes valores de inductancia parásita en el tiempo de subida, el tiempo de caída, el sobreimpulso, el subimpulso y la fluctuación determinista. La Figura 2 es un ejemplo de resultados de simulación para tres valores diferentes de LOUT. La siguiente tabla resume los resultados numéricos de las simulaciones usando varios valores de LOUT mientras se mantiene constante LANODE. Como referencia, un cable de enlace de 0,5 mm de largo presenta alrededor de 0,4 nH de inductancia parásita, y una longitud de 1 mm agrega alrededor de 0,8 nH.
Los resultados de la simulación muestran que una comprensión precisa y un control estricto de los parásitos eléctricos en todas las partes de un sistema transmisor de 10 Gbps son fundamentales para el diseño y desarrollo exitosos del módulo.
Conclusión
La inductancia parásita es un efecto indeseable y debe evitarse tanto como sea posible, especialmente en transmisores ópticos. Este documento ha mostrado las posibles causas de esta inductancia parásita y cómo las mediciones y parámetros de diseño cuidadosos pueden ayudar a controlarla.