19-1855 Rev 0; 11/00 システムインターコネクト用 +3.3V、2.5Gbpsクワッドトランスインピーダンスアンプ 特長 _______________________________ MAX3825は、2.5Gbpsのシステム相互接続アプリケー ション用クワッドトランスインピーダンスアンプ(TIA) です。4つの各チャネルは小さなフォトダイオード電流 を、測定可能な差動電圧に変換します。この時のトランス インピーダンス利得は3.7kΩです。回路の1チャネル当たり の入力換算ノイズは460nARMSで、これは- 22.3dBm (BER ≦ 1 x 10-14)の光入力感度に対応します。クワッド トランスインピーダンスアンプの決定的ジッタは20ps で、小信号帯域幅は2.4GHzです。MAX3825は、 250µmの標準ファイバピッチを持つクワッドPINフォト ディテクタアレイと共に使用するよう最適化されてい ます。 ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ 電源：+3.3V単一 1チャネル当たりの電力消費：93mW 入力換算ノイズ：460nARMS 決定的ジッタ：20ps 小信号帯域幅：2.4GHz 外部補償不要 電源除去比：40dB 250μmチャネルピッチの小型チップ 差動出力インピーダンス：100Ω 型番 _______________________________ MAX3825は0℃∼+85℃の温度範囲において+3.3Vの 単一電源で動作します。+3.3Vの電源では、各チャネル の消費電力は93mWとなります。各チャネルのDC相殺 回路は、広範囲の入力電流にわたって真の差動出力 スイングを提供します。 PART TEMP. RANGE MAX3825U/D 0°C to +85°C PIN-PACKAGE Dice* *Dice are designed to operate with a 0°C to +120°C junction temperature, but are tested and guaranteed only at TA = +25°C. アプリケーション_____________________ 各チャネルは個別の電源及びグランドを備えており、 全てのチャネル又は任意の組み合わせのチャネルを接続 できるようになっています。このデバイスはチップで のみ提供されています。 システム相互接続 ATMスイッチング ネットワーク SDH/SONETバック プレーン 高速パラレル光リンク 高密度ディジタル クロスコネクト 標準動作回路はデータシートの最後に記載されています。 チップ構造図/パッド構成 ______________________________________________________ VCCO1 OUT1+ OUT1- VCCO1 VCCO2 OUT2+ OUT2- VCCO2 VCCO3 OUT3+ OUT3- VCCO3 VCCO4 OUT4+ OUT4-VCCO4 N.C. 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 GNDO1 37 20 GNDO4 GNDO2 38 19 GNDO3 GNDF 39 18 ENABLE GNDI2 40 17 GNDI3 VCCI2 41 16 VCCI3 VCCI1 42 15 VCCI4 GNDI1 43 14 GNDI4 VCCFILT 44 1 N.C. 2 3 N.C. FILTER 4 IN1 5 6 7 8 9 10 11 FILT1 IN2 FILT2 IN3 FILT3 IN4 FILT4 12 13 N.C. N.C. ________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1 本データシートに記載された内容は、英語によるマキシム社の公式なデータシートを翻訳したものです。翻訳により生じる相違及び誤りに ついての責任は負いかねます。正確な内容の把握にはマキシム社の英語のデータシートをご参照下さい。 無料サンプル及び最新版データシートの入手にはマキシム社のホームページをご利用下さい。www.maxim-ic.com MAX3825 概要 _______________________________ MAX3825 システムインターコネクト用 +3.3V、2.5Gbpsクワッドトランスインピーダンスアンプ ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS Supply Voltage VCCO1, VCCO2, VCCO3, VCCO4, VCCI1, VCCI2, VCCI3, VCCI4, VCCFILT ...............-0.5V to +6.0V Input Current: IN1, IN2, IN3, IN4...........................-4mA to +4mA FILTER Current..................................................-24mA to +24mA Filter Current: FILT1, FILT2, FILT3, FILT4 .............-6mA to +6mA Output Voltage OUT1±, OUT2±, OUT3±, OUT4±............................(VCC - 1.5V) to (VCC + 0.5V) ENABLE Voltage.........................................-0.5V to (VCC + 0.5V) Operating Temperature Range (TA)........................0°C to +85°C Storage Temperature Range .............................-55°C to +150°C Operating Junction Temperature (TJ)................-55°C to +150°C Processing Temperature..................................................+400°C Stresses beyond those listed under “Absolute Maximum Ratings” may cause permanent damage to the device. These are stress ratings only, and functional operation of the device at these or any other conditions beyond those indicated in the operational sections of the specifications is not implied. Exposure to absolute maximum rating conditions for extended periods may affect device reliability. DC ELECTRICAL CHARACTERISTICS (VCC = +3.14V to +3.6V, TA = 0°C to +85°C. Typical values are at +3.3V, TA = +25°C, unless otherwise noted.) PARAMETER Supply Current SYMBOL ICC Input Bias Voltage CONDITIONS Filter Resistor RFILTER Filter Resistors RFILT1–4 Single-Ended Output Impedance MAX 28 40 56 80 mA Quad channel 112 0.89 160 0.99 V 3.7 4.5 IIN = 0 1.7 Z21 10µAp-p, 100 Ω differential load 3.0 mA RFILTER 180 RFILT_ 720 43 RO (Note 1) 50 Maximum Differential Output Range IIN = 2mAp-p 230 IIN = 10µAp-p -5 Voffset Output Common Mode Voltage UNITS Dual channel Transimpedance Linear Range Output Offset Voltage TYP Single channel DC Input Overload Transimpedance MIN 50 Ω Ω 57 Ω µAp-p 340 480 mVp-p +5 mV VCC - 0.09 50Ω loads to VCC kΩ V Note 1: Gain at 50µAp-p is within 10% of the small signal gain. AC ELECTRICAL CHARACTERISTICS (VCC = +3.14V to +3.6V, TA = 0°C to +85°C. Typical values are at +3.3V, TA = +25°C, unless otherwise noted. Total source capacitance = 0.7pF.) (Note 2) PARAMETER SYMBOL AC Input Overload Input Referred Noise (Note 3) Power-Supply Rejection Ratio Small-Signal Bandwidth Maximum Skew (Note 7) 2 DJ PSRR MIN TYP MAX 2 UNITS mAp-p 460 600 nArms (Note 4) 60 100 kHz IIN > 100µAp-p 20 45 ps (Note 6) 40 dB 2.4 GHz IN Low-Frequency Cutoff Deterministic Jitter (Note 5) CONDITIONS BW Any two channels within a chip _______________________________________________________________________________________ 50 ps システムインターコネクト用 +3.3V、2.5Gbpsクワッドトランスインピーダンスアンプ (VCC = +3.14V to +3.6V, TA = 0°C to +85°C. Typical values are at +3.3V, TA = +25°C, unless otherwise noted. Total source capacitance = 0.7pF.) (Note 2) AC characteristics are guaranteed by design and characterization. The maximum input current is specified with output deterministic jitter ≤ 45ps. No external compensation capacitors are used. Measured with IIN = 30µAavg. Deterministic jitter is the arithmetic sum of pattern-dependent jitter and pulse width distortion. Measured with a 213 -1 PRBS with 100 consecutive 0s and 100 consecutive 1s applied to a single channel. See Typical Operating Characteristics. Note 6: PSRR = -20log(∆VOUT / Vnoise(on VCC)), f ≤ 2MHz. Measured by applying DC current = 30µA, and applying 100mVp-p signal at power supply. Note 7: Measured by applying the same input signal to all channels. Skew measurements are made at the 50% point of the transition. Note 2: Note 3: Note 4: Note 5: 標準動作特性 _______________________________________________________________ (VCC = +3.3V, TA = +25°C, unless otherwise noted.) 65 60 55 35 30 25 20 15 10 10 100 1000 10,000 0 400 FREQUENCY (MHz) 800 1200 1600 CIN = 0.7pF 600 400 10 100 370 350 VCC = +3.14V 330 310 290 270 250 MAX3825 toc05 VCC = +3.6V DC TRANSFER FUNCTION 200 DIFFERENTIAL OUTPUT VOLTAGE (mVp-p) INPUT = 2mAp-p 390 1000 DC INPUT CURRENT (µA) INPUT CURRENT AMPLITUDE (µAp-p) MAX3825 toc04 DIFFERENTIAL OUTPUT AMPLITUDE (mpVp-p) 800 2000 DIFFERENTIAL OUTPUT AMPLITUDE vs. TEMPERATURE 410 1000 0 0 1 1200 200 5 50 MAX3825 toc03 40 1400 INPUT-REFERRED NOISE (nARMS) 45 PEAK-TO-PEAK JITTER (ps) 70 MAX3825 toc02 50 MAX3825 toc01 75 TRANSIMPEDANCE (dB) INPUT-REFERRED RMS NOISE CURRENT vs. DC INPUT CURRENT DETERMINISTIC JITTER vs. INPUT AMPLITUDE FREQUENCY RESPONSE 100 0 -100 -200 -15 10 35 60 AMBIENT TEMPERATURE (°C) 85 -100 -50 0 50 100 INPUT CURRENT (µA) _______________________________________________________________________________________ 3 MAX3825 AC ELECTRICAL CHARACTERISTICS (continued) 標準動作特性(続き) __________________________________________________________ (VCC = +3.3V, TA = +25°C, unless otherwise noted.) ELECTRICAL EYE DIAGRAM INPUT = 20µAp-p, 2.5Gbps, 213 - 1 PRBS MAX3825 toc07 ELECTRICAL EYE DIAGRAM INPUT = 2mAp-p, 2.5Gbps, 213 - 1 PRBS MAX3825 toc06 MAX3825 システムインターコネクト用 +3.3V、2.5Gbpsクワッドトランスインピーダンスアンプ 10mV/div 10mV/div RL = 100Ω DIFFERENTIAL RL = 100Ω DIFFERENTIAL 50ps/div 50ps/div 端子説明 ___________________________________________________________________ PAD 端子 NAME 名称 1, 2, 12, 13 N.C. 3 FILTER 4, 6, 8, 10 IN1 to IN4 5, 7, 9, 11 FILT1 to FILT4 14, 17, 40, 43 GNDI4 to GNDI1 15, 16, 41, 42 VCCI4 to VCCI1 18 ENABLE 20, 19, 38, 37 4 FUNCTION 機 能 No Connection. Leave open and unconnected. 無接続。オープンで未接続のままにしておきます。 Connection to internal 180Ω Filter Resistor to VCCFILT for Photodiode ArrayCCFILT Cathode Bias フォトダイオードアレイカソードバイアス用の180Ω内部フィルタ抵抗からV への接続。 Signal Inputs. Channel 1 to channel 4 signal inputs. 信号入力。チャネル1∼チャネル4の信号入力。 Filter Connections. Channel 1 to channel 4 connection to internal filter resistors (720Ω to フィルタ接続。内部フィルタ抵抗へのチャネル1∼チャネル4の接続(720ΩからVCCFILT)。 VCCFILT). Input Stage Ground Connections. Channel 4 to channel 1 input stage ground. 入力段グランド接続。チャネル4∼チャネル1の入力段グランド。 Input Stage Supply Connections. Channel 4 to channel 1 input stage positive supply. 入力段電源接続。チャネル4∼チャネル1の入力段正電源。 DC Feedback Disable. Disables DC feedback of all four channels when connected to the DCフィードバックディセーブル。正電源(V CC)に接続されている時、4つのチャネル全ての DCフィードバックをディセーブルします。通常の動作を行うには未接続のままにします。 positive supply (VCC). Left unconnected for normal operation. GNDO4 to GNDO1 出力段グランド接続。チャネル4∼チャネル1の出力段グランド。 Output Stage Ground Connections. Channel 4 to channel 1 output stage ground. Channel 4 Output Stage Positive Supply チャネル4出力段正電源 21, 24 VCCO4 22, 26, 30, 34 OUT4- to OUT1- 23, 27, 31, 35 OUT4+ to OUT1+ 25, 28 VCCO3 チャネル3出力段正電源 Channel 3 Output Stage Positive Supply 29, 32 VCCO2 Channel 2 Output Stage Positive Supply チャネル2出力段正電源 33, 36 VCCO1 Channel 1 Output Stage Positive Supply チャネル1出力段正電源 39 GNDF Ground Connection for the Filters. Filter grounds. フィルタ用グランド接続。フィルタグランド。 44 VCCFILT Inverting Outputs. Channel 4 to channel 1 negative outputs. 反転出力。チャネル4∼チャネル1の負出力。 Noninverting Outputs. Channel 4 to channel 1 positive outputs. 非反転出力。チャネル4∼チャネル1の正出力。 Power Supply Connection for Filter Resistor フィルタ抵抗用電源接続 _______________________________________________________________________________________ システムインターコネクト用 +3.3V、2.5Gbpsクワッドトランスインピーダンスアンプ VCC FILT 720Ω FILT_ D2 VCCO_ D1 R1 50Ω RF = 1.3kΩ VCCI_ OUT_+ Q2 VCCO_ IN_ Q1 C1 GNDI_ R2 50Ω PARAPHASE AMP OUT_- R5 Q3 VCCI_ Q5 REFERENCE AMP R3 R4 GNDI_ Q4 GNDI_ DC CANCELLATION AMP MAX3825 ENABLE GNDO_ 図1. MAX3825の1チャネルのファンクションダイアグラム 詳細 _______________________________ DC相殺ループ MAX3825クワッドTIA回路は、2.5GbpsのSONET/ SDHアプリケーション用に設計されており、トランス インピーダンスアンプ、CML出力付パラフェイズアンプ、 及びパルス幅歪みを低減するためのDC相殺ループに よって構成されています(図1)。 DC相殺ループは低周波フィードバックをかけることに よって、入力信号のDC成分を除去します。この機能は 信号をMAX3825のダイナミックレンジ内にセンタ リングし、パルス幅歪みを低減します。 トランスインピーダンスアンプ IN_の信号電流は高利得アンプのサミングノードに流れ 込みます。この電流はRFを通じたシャントフィードバック により、利得1300Ωの電圧に変換されます。入力電流 が大きい場合には、ダイオードD1及びD2が出力電圧 をクランプします。GNDI_は入力トランジスタの エミッタに直結しており、最高の性能を発揮するために はフォトディテクタのACグランドリターンに直接接続 する必要があります。 パラフェイズアンプの出力は抵抗R 3及びR 4を通じて 検出され、フィルタリング、増幅を得た後にトラン ジスタQ 4のベースにフィードバックされます。この トランジスタは、トランスインピーダンスアンプの サミングノードから入力信号のDC成分を引き去ります。 MAX3825のDC相殺ループは内部で補償され、殆どの 2.5Gbpsアプリケーションでは外部コンデンサを必要 としません。全てのチャネルのDC相殺ループをディ セーブルするにはENABLEを正電源(VCC)に接続します。 ENABLEは内部でローに引き下げられるため、DC相殺 _______________________________________________________________________________________ 5 MAX3825 Functional Diagram MAX3825 システムインターコネクト用 +3.3V、2.5Gbpsクワッドトランスインピーダンスアンプ ループを機能させるためにボンディングする必要はあり ません。 MAX3825は、データシーケンスのデューティサイクル とマーク密度が50%の場合にパルス幅歪みを最小限に 抑えます。入力信号のデューティサイクルとマーク密度 が50%から大きくかけ離れている場合、MAX3825は 正しく動作しません。 入力から取り出されるDC相殺電流はノイズを発生させ ます。これは、DC成分がゼロか、殆どない低レベル 信号の場合には問題になりません。但し、DC成分が多い 信号ではプリアンプノイズが増加します(「 標準動作 特性」を参照)。 パラフェイズアンプと出力段 パラフェイズアンプはシングルエンド入力を電圧利得 2.8で差動出力に変換します。この信号は内部バイアス された1対のエミッタ結合ペアQ2及びQ3を駆動し、この Q2とQ3が出力段を形成します(図1)。抵抗R1及びR2は 出力で逆終端を形成し、MAX3825と負荷の間の反射 を吸収します。 差動出力はOUT_+とOUT_-の間の100Ω負荷を駆動 するように設計されています。より高い出力インピー ダンスも駆動できますが、その場合は利得と出力電圧 スイングが増加します。 アプリケーション情報 _________________ MAX3825は、2.5GbpsのSONET/SDHレシーバに 最適なクワッドTIAで、光ファイバモジュールに容易に 組み込むことのできる機能を備えています。 光パワーとの関係 MAX3825の仕様の多くは入力信号の振幅に関係して います。光ファイバレシーバと共に使用する場合、入力 は通常平均光パワー及び消滅比で表現されます。 MAX3825を使用した設計を行う場合には、表1に示す 関係を使用して光パワーを入力信号に変換することが できます(図2)。この定義が正しい値になるのは、入力 データのマーク密度とデューティサイクルが50%の 場合です。 表1. 光パワーの関係式 PARAMETER SYMBOL RELATION Average Power PAVG Extinction Ratio re PAVG = (P0 + P1)/2 re = P1/P0 Optical Power of a “1” P1 P1 = 2PAVG(re)/(re + 1) Optical Power of a “0” P0 P0 = 2PAVG/(re + 1) Signal Amplitude PIN PIN = P1 - P0 = 2PAVG (re - 1)/(re + 1) 注：入力デューティサイクルとマーク密度が50%であることを 想定しています。 POWER PI PAVG PIN PO TIME 図2. 光パワーの定義 ここで、(はフォトダイオードの感度(A/W単位)で、INは µA単位です。 入力光オーバロード オーバロードとは、MAX3825が仕様を満たすことが できる最大の入力です。光オーバロードは平均パワー として次式で計算されます。 I Overload = 10log10 MAX dBm オーバロード 2ρ ここで、(はフォトダイオードの感度(A/W単位)で、 IMAXはmA単位です。 光感度の計算 光リニア範囲 MAX3825の入力換算RMSノイズ電流(IN)がレシーバの 感度をほぼ決定します。1 x 10 -14のシステムビット エラーレート(BER)を得るには、信号対雑音比が常に 15.3を超えている必要があります。平均パワーとして 表現された入力感度の推定値は次式で与えられます。 MAX3825の出力は、入力信号が50µAp-pを超過した時 に制限されます。MAX3825は次式を超えない入力に 対してリニア範囲で動作します。 15.3IN (re + 1) Sensitivity 感度 = 10log10 2ρ(re − 1) × 1000 6 _______________________________________________________________________________________ システムインターコネクト用 +3.3V、2.5Gbpsクワッドトランスインピーダンスアンプ MAX3825 VCCI_ 50µA(re + 1) Linear Range = 10log10 リニア範囲 dBm 2ρ(re − 1) × 1000 500Ω ここで、ρはフォトダイオードの感度(A/W単位)です。 グランド VCCI_ 入力グランド接続は全てフォトディテクタダイオードの ACグランドにできるだけ近づけて接続します。フォト ディテクタのACグランドは通常、フォトディテクタの カソードからのフィルタコンデンサのグランドになり ます。全ループ(GNDI_からバイパスコンデンサ及び ダイオードを介してIN_に戻るまで)は、できるだけ短くして 下さい。 フォトダイオードフィルタ 1.3kΩ IN_ 0.1pF 200Ω GNDI_ 図3. 等価入力回路 フォトダイオードのカソードにおける電源ノイズが、 電流 I = CPD (V/(tを生成してレシーバ感度を低下させ ます(CPDはフォトダイオードの容量です)。MAX3825の フィルタ抵抗に外付コンデンサを組み合わせることで、 このノイズを低減することができます(「標準アプリケー ション回路」 を参照)。電源ノイズ電圧によって生成された 電流は、CFILTERとCPDの間で分割されます。電源ノイズ に起因する入力ノイズ電流は次式で与えられます(フィルタ コンデンサがフォトダイオード容量よりはるかに大きい と仮定)。 VCCO_ 50Ω 50Ω OUT+ OUT- (VNOISE )(CPD ) INOISE = (RFILTER )(CFILTER ) もう1つの重要なパラメータにフォトダイオードアレイの コモンカソードにおけるインダクタンスがあります。 このインダクタンスを最小限に抑えてフォトダイオード 間のカップリングを低減することが重要です。この インダクタンスを小さく保つには、全てのボンディング ワイヤをできるだけ短くして下さい。 ワイヤボンディング 電流密度及び信頼性を高めるため、MAX3825では 金メタライゼーションを施しています。チップへの 接続は、金ワイヤでのみ行い、ボールボンティング法 を用いて下さい。ウェッジボンディング法は推奨され ていません。チップの厚さは通常14 mils(mm)です。 GNDO_ インタフェースモデル MAX3825の等価入力及び等価出力回路については、 図3及び図4を参照して下さい。 図4. 等価出力回路 チップ情報 __________________________ TRANSISTOR COUNT: 1469 PROCESS: BIPOLAR (SILICON GERMANIUM) DIE SIZE: 65 ✕ 99mils/(1651 ✕ 2515 microns) _______________________________________________________________________________________ 7 MAX3825 システムインターコネクト用 +3.3V、2.5Gbpsクワッドトランスインピーダンスアンプ 標準アプリケーション回路_____________________________________________________ VCC PIN ARRAY FILTER FILT1 RFILTER = 180Ω VCC RFILT1 = 720Ω OUT1+ IN1 OUT1FILT2 OUT2+ OUT2- OUT3+ OUT3- IN1OUT1- 50Ω 50Ω IN2+ OUT2+ IN2OUT2- 50Ω 50Ω IN3+ OUT3+ IN3OUT3- RFILT4 = 720Ω OUT4+ IN4 OUT4- CFILTER OUT1+ RFILT3 = 720Ω IN3 FILT4 50Ω IN1+ RFILT2 = 720Ω IN2 FILT3 50Ω 50Ω 50Ω IN4+ OUT4+ IN4OUT4- MAX3825 QUAD TIA MAX3822 QUAD LIMITING AMP LOP 販売代理店 〒169 -0051東京都新宿区西早稲田3-30-16（ホリゾン1ビル） TEL. (03)3232-6141 FAX. (03)3232-6149 マキシム社では全体がマキシム社製品で実現されている回路以外の回路の使用については責任を持ちません。回路特許ライセンスは明言されていません。 マキシム社は随時予告なしに回路及び仕様を変更する権利を保留します。 8 _____________________Maxim Integrated Products, 120 San Gabriel Drive, Sunnyvale, CA 94086 408-737-7600 © 2000 Maxim Integrated Products is a registered trademark of Maxim Integrated Products.