[实用新型]一种APD-TIA电路及TIA芯片

说明书

本实用新型公开了一种APD‑TIA电路及T IA芯片，该电路包括外部高压电路、APD和T IA，外部高压电路包括外部高压源和连接在外部高压源输出端的高压滤波网络，高压滤波网络的正输出端连接APD的负极，APD的正极连接T IA的输入端，T IA具有用于连接外部地的接地公共端,高压滤波网络的接地端直接连接至T IA的接地公共端。T IA芯片具有T IA和高压滤波网络。它们具有如下优点：解决APD‑T IA电路的高频振荡问题。

技术领域

本实用新型涉及一种APD-TIA电路及TIA芯片。

背景技术

光通信中，特别是10Gbps以上速率的应用中，APD(雪崩光电二极管)配合 TIA(跨阻放大电路)容易出现高频振荡(振荡频率与信道带宽接近)的问题。

如图1所示：典型APD-TIA整体电路包括三大部分：1.外部高压与外部高压滤波网络；2.雪崩光电二极管APD，它的寄生电容为C_APD；3.跨阻放大电路TIA：它包括I₀与R_f形成的跨阻放大输入级，以及全差分电路I₁与R₀ C₀形成的单端转差分级电路。

其中C₁ C₂ C₃为信号线寄生电容。PINK为APD的阴极偏置，PINA为APD的阳极偏置，也是TIA输入端，VSS为TIA接地脚。A₀为I₀的增益，A₁为I₁的增益。外部高压滤波网络的接地端是连接至外部地，而TIA中的接地脚VSS是经过地线接外部地。

这个整体电路中，包含着以地线电感L_gnd为反馈器件的环路，正是这个环路引入了高频振荡风险。

为了简要说明环路性能，假设C₁＝C₂＝C₃，而且一般情况下，C_HI为几百pF，因此PINK端实际为交流地，图1电路的环路信号等效模型可以简化为图2，其中 R_IN为I₀的输入阻抗，ξ代表I₁的失配系数，这个失配包含全差分电路中输入管及负载的失配，在工艺生产中是一个随机量。以电阻的失配系数为例，因此，ξ*A₁是因为I₁失配而产生共模增益，即V_{OUT,CM_I1}和V_{IN_I1}分别是I₁的输出共模信号和I₁的输入信号。

为了分析环路性能，从A点断开输入信号V_{IN_A}，探测B点的输出信号V_{OUT_B}, 环路增益可以写作(如果考虑I₀与I₁的带宽,设他们的整体带宽为f_{-3dB_I0I1})：

当f＜f_{-3dB_I0I1}时，|G_loop(f)|随着频率的加大而加大。

可以看出f_{-3dB_I0I1}越大，|G_loop(f)|_MAX越大，如果|G_loop(f)|_MAX＞1,就存在振荡风险，这就是为何信号通道的带宽越高，越容易出现高频振荡且振荡频率与带宽接近的原因。

为了解决这个问题,现有技术通常采用更先进的TSV/DSV工艺，VSS通过 TSV/DSV与外部地连接。其等效电路见图3。