探索 LTC6563：四通道跨阻放大器的卓越性能與應(yīng)用

在電子工程師的設(shè)計世界里，高性能的放大器是構(gòu)建各種系統(tǒng)的關(guān)鍵組件。今天，我們將深入探討一款備受矚目的四通道跨阻放大器——LTC6563，它在眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出了卓越的性能。

文件下載：LTC6563.pdf

一、LTC6563 概述

LTC6563 是一款低噪聲、具有 600MHz 帶寬的四通道跨阻放大器，集成了 4 到 1 多路復(fù)用器和 ADC 驅(qū)動級。其低噪聲、寬線性范圍和低功耗特性，使其成為使用雪崩光電二極管（APD）和光電二極管（PD）的激光雷達(dá)接收器的理想選擇。

（一）主要特性

1. 帶寬與輸出：擁有 600MHz 的 -3dB 帶寬，輸入電容為 0.5pF 時表現(xiàn)出色。差分輸出在 100Ω 差分負(fù)載下可達(dá) 2Vp - p 擺幅。
2. 增益選擇：提供可選的 22.2/16.7/11.1/5.55kΩ 跨阻增益，能根據(jù)不同應(yīng)用靈活調(diào)整。
3. 低噪聲性能：在 100MHz/600MHz（0.5pF）時，輸入電流噪聲密度分別為 1.8pA/√Hz 和 3.7pA/√Hz，600MHz 內(nèi)集成輸入?yún)⒖茧娏髟肼暈?65nARMS。
4. 線性輸入范圍與過載恢復(fù)：線性輸入電流范圍為 0μA 到 90μA，大瞬態(tài)過載電流峰值大于 1A，過載恢復(fù)時間僅 2.5ns。
5. 快速切換：通道切換時間為 10ns，輸出 MUX 切換時間為 20ns。
6. 功耗與封裝：在 3.3V 電源下，功耗為 194mW 到 325mW，關(guān)機(jī)時僅 13mW。采用 3mm × 5mm、24 引腳 QFN 封裝，具有可焊側(cè)翼，且符合 AECQ - 100 1 級標(biāo)準(zhǔn)。

二、電氣特性

（一）交流特性

（二）直流特性

三、典型性能特性

文檔中給出了眾多典型性能特性曲線，如電源電流與電源電壓隨溫度的變化關(guān)系、跨阻與輸入電流的關(guān)系、-3dB 帶寬與溫度的關(guān)系、通道間隔離度與頻率的關(guān)系等。這些曲線直觀地展示了 LTC6563 在不同條件下的性能表現(xiàn)，有助于工程師在實(shí)際設(shè)計中進(jìn)行參數(shù)選擇和優(yōu)化。

四、引腳功能

（一）GND（引腳 1、3、18、20、外露焊盤引腳 25）

負(fù)電源，通常接地。所有 GND 引腳和外露焊盤必須連接到相同電壓，外露焊盤應(yīng)有多個過孔連接到下層接地平面，以實(shí)現(xiàn)低電感和良好的熱傳遞。

（二）IN4、IN1、IN2、IN3（引腳 2、19、21、24）

跨阻放大器的輸入引腳，分別對應(yīng)通道 4、1、2、3?；顒油ǖ纼?nèi)部偏置為 0.8V。

（三）PWRMD（引腳 4）

電源模式控制的 CMOS 輸入，具有 208k 內(nèi)部上拉電阻到 VCCI，默認(rèn)值為 3.3V。

（四）VCCI（引腳 5）

輸入級正電源，通常為 3.3V。應(yīng)使用串聯(lián)鐵氧體磁珠，并在 VCCI 和地之間盡可能靠近器件放置 680pF 和 0.1μF 的旁路電容。

（五）OMUX（引腳 6）

輸出 MUX 控制的 CMOS 輸入，具有內(nèi)部 208k 上拉電阻到 VCCI，默認(rèn)值為 3.3V。

（六）CM（引腳 7）

輸出共模參考電壓，該引腳電壓設(shè)置輸出共模電壓電平。在 3.3V 電源下，CM 引腳浮動至默認(rèn) 0.9V，輸入阻抗為 16.3kΩ，應(yīng)使用至少 0.01μF 的高質(zhì)量陶瓷電容旁路。

（七）HI（引腳 8）

高端鉗位電壓，該引腳電壓設(shè)置 OUT 和 OUT 引腳的上限電壓，同時也限制了兩個輸出引腳的下限電壓擺動。在 3.3V 電源下，HI 引腳浮動至默認(rèn) 1.8V，輸入阻抗為 13.6kΩ，應(yīng)使用至少 0.01μF 的高質(zhì)量陶瓷電容旁路。

（八）OUT、OUT（引腳 9、12）

差分輸出引腳。對于電壓模式輸出，將 OUT 連接到 TERM，OUT 連接到 TERM；對于電流模式輸出或使用外部負(fù)載電阻時，使 TERM 和 TERM 浮空。

（九）TERM、TERM（引腳 10、11）

內(nèi)部終端，這些引腳具有 50Ω 負(fù)載電阻連接到 GND，用于連接到差分輸出引腳。

（十）CHSEL1、CHSEL0（引腳 13、15）

通道選擇的 MSB 和 LSB，為具有內(nèi)部 218k 下拉電阻到 GND 的 CMOS 輸入。

（十一）VCCO（引腳 14）

輸出級正電源，通常為 3.3V。VCCO 可連接到 VCCI 以實(shí)現(xiàn)單電源操作。應(yīng)使用串聯(lián)鐵氧體磁珠，并在 VCCO 和地之間盡可能靠近器件放置 680pF 和 0.1μF 的旁路電容。

（十二）OFFSET（引腳 16）

輸入失調(diào)調(diào)整，該引腳接受電壓輸入，控制每個輸入引腳的電流源，用于抵消流入探測器的直流電流，具有內(nèi)部下拉電阻到 GND。

（十三）TILT（引腳 17）

輸出差分失調(diào)，該引腳電壓控制輸出的差分失調(diào)，具有內(nèi)部 22.7k 下拉電阻到 GND。

（十四）ADJ0、ADJ1（引腳 22、23）

輸出增益和電流調(diào)整的 LSB 和 MSB，設(shè)置輸出級靜態(tài)電流和電流增益，為具有內(nèi)部 218k 下拉電阻到 GND 的 CMOS 輸入。

五、工作原理

LTC6563 的每個跨阻放大器將輸入電流轉(zhuǎn)換為輸出電壓，集成的 4:1 多路復(fù)用器簡化了系統(tǒng)設(shè)計，節(jié)省了空間和功率。通過 OMUX 引腳還可實(shí)現(xiàn)輸出多路復(fù)用，多個 4 通道 LTC6563 設(shè)備可組合，將 8、12、16 … 32 個輸入通道輕松復(fù)用為單個差分輸出。

該放大器優(yōu)化用于驅(qū)動高速差分輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），OUT 和 OUT 單端擺幅從約 180mV 到約 VCCO - 1V。它提供四種輸出驅(qū)動模式，以匹配高速 ADC 的輸入擺幅，Tilt 功能可使輸出級偏移，充分利用 ADC 的全差分輸入范圍，輸出具有可編程鉗位，可在飽和事件中限制輸出擺幅，保護(hù) ADC 前端。

在典型的激光雷達(dá)應(yīng)用中，LTC6563 可放大 APD 的輸出電流，即使在大過載電流情況下也能快速恢復(fù)，還提供直流抵消控制，可抵消高達(dá) 200μA 的直流電流，且設(shè)計旨在最小化附加噪聲。

六、應(yīng)用信息

（一）輸出失調(diào)和電流控制

LTC6563 的輸出級有多種選項(xiàng)，ADJ1 和 ADJ0 引腳提供四種輸出電流驅(qū)動模式，輸出電壓擺幅取決于調(diào)整設(shè)置、外部差分終端電阻和 Tilt 輸入。Tilt 輸入可用于偏移直流輸出電壓，增加 TIA 對于單極性輸入的全輸出擺幅，對 ADC 至關(guān)重要。

跨阻增益（RT）可通過改變 (R_{LEXT}) 來改變，ADJ 引腳響應(yīng)時間小于 100ns，可用于動態(tài)增益切換。在進(jìn)行增益調(diào)整時，需注意線性輸入電流范圍不受這些變化影響，增加 (R{LDIFF}) 會略微降低信號帶寬，輸出電壓合規(guī)性需根據(jù) (R{L_DIFF})、ADJ 設(shè)置和 CM 電壓進(jìn)行觀察。

（二）電源考慮

LTC6563 有多種電源工作模式，PWRMD、OMUX 和 ADJ 引腳的狀態(tài)決定其電流消耗。提供多種電源模式，方便用戶根據(jù)應(yīng)用選擇合適模式，同時最小化功耗。

（三）耦合 TIA 輸入

雖然 LTC6563 可交流耦合到探測器，但直流耦合到負(fù)偏置 APD 時性能最佳。直流耦合可減少組件數(shù)量，允許 APD 有直流電流路徑，OFFSET 功能可用于抵消直流電流。交流耦合時，需要 RB 來建立探測器的偏置點(diǎn)，但會帶來一些負(fù)面影響，如改變 TIA 輸入阻抗