MAX40660/MAX40661：用于激光雷達的高性能跨阻放大器

在激光雷達（LiDAR）應用的光學距離測量領域，跨阻放大器（TIA）起著至關重要的作用。今天我們要深入探討的是Analog Devices推出的MAX40660/MAX40661跨阻放大器，它憑借諸多出色特性，成為汽車激光雷達應用的理想之選。

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一、產(chǎn)品概述

MAX40660/MAX40661專為激光雷達應用中的光學距離測量接收器而設計。其具備低噪聲、高增益、低群延遲以及快速過載恢復等特性，非常適合距離測量應用。

關鍵特性

1. 低噪聲：以MAX40660為例，其輸入?yún)⒖荚肼暶芏鹊椭?.1pA，能有效減少噪聲干擾，提高測量精度。
2. 高帶寬：不同電容和跨阻配置下，帶寬表現(xiàn)優(yōu)秀。如MAX40660在輸入電容0.5pF、跨阻25kΩ時，典型帶寬達490MHz；MAX40661在輸入電容10pF時，典型帶寬為160MHz。
3. 可選擇跨阻：通過引腳可選擇25kΩ和50kΩ兩種跨阻，滿足不同應用需求。
4. 輸入電流鉗位：內(nèi)部設有輸入鉗位電路，可承受高達2A的瞬態(tài)輸入電流，保護放大器免受大電流沖擊。
5. 快速過載恢復：對于高達100mA的輸入電流，過載恢復時間僅需2ns，能迅速恢復正常工作。
6. 偏移電流輸入：可對輸入偏移電流進行可選調(diào)整，優(yōu)化輸出電壓。
7. 低功耗控制：低功耗/待機控制輸入可使電源電流降低80%以上，降低脈沖間的平均電源電流。
8. 汽車級認證：通過AEC - Q100認證，工作溫度范圍為 - 40°C至 + 125°C，適用于汽車環(huán)境。
9. 封裝形式：采用3mm x 3mm、10引腳TDFN封裝，側(cè)面可焊，此外MAX40660還提供裸片形式。

二、應用領域

1. 光學距離測量：精準測量目標物體與傳感器之間的距離。
2. 激光雷達接收器：作為激光雷達系統(tǒng)的重要組成部分，接收并處理光信號。
3. 工業(yè)安全系統(tǒng)：用于檢測物體的位置和距離，保障工業(yè)生產(chǎn)安全。
4. 自動駕駛系統(tǒng)：為自動駕駛車輛提供環(huán)境感知所需的距離信息。
5. 汽車應用：滿足汽車電子系統(tǒng)對可靠性和性能的嚴格要求。

三、電氣特性與參數(shù)

1. 絕對最大額定值

了解這些參數(shù)能確保在使用過程中不會對器件造成永久性損壞。

• 電源電壓： - 0.3V至 + 3.6V
• 輸入電流：不同引腳和條件下有不同限制，如IN引腳在10ns脈沖寬度、0.5%占空比時，最大電流為 - 2A；連續(xù)輸入電流限制在 - 0.4mA至0mA等。
• 輸出電流：OUTP和OUTN引腳連續(xù)電流范圍為 - 20mA至 + 20mA。
• 電壓：OUTN、OUTP引腳電壓最大為VCC + 0.3V；GAIN、LP引腳電壓范圍為 - 0.3V至VCC + 0.3V。
• 溫度范圍：工作溫度范圍 - 40°C至 + 125°C，存儲溫度范圍 - 55°C至 + 150°C等。

2. 電氣特性表

在特定條件下（如(V{CC}=+2.9V)至 + 3.5V，(V{CL}=V_{CC})等），對電源電流、輸入偏置電壓、跨阻線性度、過載恢復時間等參數(shù)進行了詳細規(guī)定。例如，在LP > 2.0V（邏輯高）時，電源電流典型值為41mA；LP < 0.8V（邏輯低）時，典型值為8mA。

四、典型工作特性

通過一系列圖表展示了該放大器在不同溫度、電源電壓、輸入電流等條件下的性能表現(xiàn)，如電源電流與溫度、電源電壓的關系，輸出共模電壓與溫度、電源電壓的關系等。這些特性曲線有助于工程師在實際應用中更好地了解器件性能，進行合理的設計和優(yōu)化。

五、引腳配置與說明

1. 引腳配置

MAX40660/MAX40661采用10引腳TDFN封裝，各引腳有明確的功能定義。

2. 引腳說明

• VCL：輸入電流鉗位的電源連接，連接到VCC。
• LP：使能/低功耗輸入，邏輯高為正常工作模式，邏輯低為低功耗待機模式。
• IN：信號輸入，根據(jù)偏置電壓不同，連接方式有所差異。
• OFFSET：偏移調(diào)整輸入，可用于調(diào)整有效輸入偏移電流。
• GAIN：增益選擇輸入，連接到GND時增益為25kΩ，連接到VCC時增益為50kΩ。
• GND：電路接地。
• OUTN和OUTP：分別為負50Ω輸出和正50Ω輸出，輸入電流變化會引起輸出電壓相應變化。
• VCC： + 3.3V電源電壓。
• EP：暴露焊盤，必須連接到地。

六、詳細工作原理

1. 增益級1

當連接負偏置電壓的光電二極管到TIA輸入時，信號電流從放大器的求和節(jié)點流出并進入光電二極管。輸入電流通過內(nèi)部負載電阻產(chǎn)生電壓，該電壓作為第二級的輸入。內(nèi)部鉗位電路可保護高達2A的10ns脈沖、0.5%占空比的輸入電流，且對于高達100mA的輸入電流，過載恢復時間約為2ns。

2. 增益級2

第二增益級提供額外增益，并將跨阻放大器的單端輸出轉(zhuǎn)換為差分信號。該級設計用于驅(qū)動OUT + 和OUT - 之間的100Ω差分負載，為實現(xiàn)最佳電源噪聲抑制，輸出應采用差分負載端接。

3. OFFSET輸入

OFFSET是一個電流輸入，其輸入電流IOFFSET會影響TIA的輸出電壓，極性與從IN引腳流入的電流相反，可用于對輸出電壓進行偏移校正。

4. LP輸入

LP輸入接受邏輯信號，用于將TIA置于低功耗待機模式，降低電源電流。從低功耗模式返回活動模式的時間約為200ns。

七、應用注意事項

1. 光電二極管選擇

MAX40660適用于輸入電容為0.25pF至5pF的低電容光電二極管；MAX40661則適用于電容范圍為5pF至12pF的光電二極管。選擇合適的光電二極管有助于降低輸入電容，提高性能。

2. 電源濾波

敏感的光學接收器需要寬帶電源去耦，電源旁路應在10kHz至700MHz頻率范圍內(nèi)提供VCC和地之間的低阻抗。使用LC電源濾波器和屏蔽隔離放大器與噪聲源，并將電源濾波器盡可能靠近放大器放置。

3. 布局考慮

• 輸出布局：推薦使用差分微帶布局，輸出端接應靠近輸出引腳，避免不必要的短截線，減少寄生電容對信號的影響。
• 輸入走線：連接光電二極管到MAX40660/MAX40661的IN引腳的輸入走線應盡可能短，并去除下方的接地層，以減少寄生電容和電感。
• 接地平面：使用低阻抗接地平面的PCB板。
• 旁路電容：在GND和VCC引腳之間盡可能靠近引腳安裝一個或多個10nF陶瓷電容，選擇低電感和低ESR的旁路電容。
• 輸出端接：如果可能，在AC耦合電容后直接在OUTP和OUTN之間連接100Ω端接電阻；若目的地輸入不能靠近輸出端，使用100Ω微帶連接輸出引腳和端接電阻。
• 寄生電感：盡量減少布局中的寄生電感。
• 基板材料：推薦使用高性能基板材料，如Rogers材料。

4. 電源斜坡斜率

電源斜坡速率需要大于等于50μs，以確保在電源上電期間核心鉗位不會觸發(fā)，避免額外的電流消耗。

八、典型應用電路

文檔中給出了兩種典型應用電路，分別為直流耦合APD接收器TIA和交流耦合APD接收器TIA。在這兩種電路中，光電二極管將光信號轉(zhuǎn)換為電流信號，輸入到MAX40660/MAX40661，經(jīng)過放大后輸出差分信號，可驅(qū)動高速ADC或比較器。

九、訂購信息

提供了不同型號的訂購信息，包括溫度范圍、引腳封裝、輸入電容和帶寬等參數(shù)。如MAX40660ATB + **適用于 - 40°C至 + 125°C溫度范圍，10引腳TDFN封裝，輸入電容0.25至5pF，帶寬490MHz。同時，對裸片產(chǎn)品也有相關說明。

十、總結(jié)

MAX40660/MAX40661跨阻放大器憑借其出色的性能和豐富的特性，為激光雷達及相關應用提供了可靠的解決方案。在實際設計過程中，工程師需要根據(jù)具體應用需求，綜合考慮電氣特性、引腳配置、布局要求等因素，以充分發(fā)揮該器件的優(yōu)勢，實現(xiàn)高性能的光學距離測量系統(tǒng)。你在使用類似跨阻放大器時，遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。