探索 LTC6563：四通道跨阻放大器的卓越性能与应用

在电子工程师的设计世界里，高性能的放大器是构建各种系统的关键组件。今天，我们将深入探讨一款备受瞩目的四通道跨阻放大器——LTC6563，它在众多领域展现出了卓越的性能。

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一、LTC6563 概述

LTC6563 是一款低噪声、具有 600MHz 带宽的四通道跨阻放大器，集成了 4 到 1 多路复用器和 ADC 驱动级。其低噪声、宽线性范围和低功耗特性，使其成为使用雪崩光电二极管（APD）和光电二极管（PD）的激光雷达接收器的理想选择。

（一）主要特性

1. 带宽与输出：拥有 600MHz 的 -3dB 带宽，输入电容为 0.5pF 时表现出色。差分输出在 100Ω 差分负载下可达 2Vp - p 摆幅。
2. 增益选择：提供可选的 22.2/16.7/11.1/5.55kΩ 跨阻增益，能根据不同应用灵活调整。
3. 低噪声性能：在 100MHz/600MHz（0.5pF）时，输入电流噪声密度分别为 1.8pA/√Hz 和 3.7pA/√Hz，600MHz 内集成输入参考电流噪声为 65nARMS。
4. 线性输入范围与过载恢复：线性输入电流范围为 0µA 到 90µA，大瞬态过载电流峰值大于 1A，过载恢复时间仅 2.5ns。
5. 快速切换：通道切换时间为 10ns，输出 MUX 切换时间为 20ns。
6. 功耗与封装：在 3.3V 电源下，功耗为 194mW 到 325mW，关机时仅 13mW。采用 3mm × 5mm、24 引脚 QFN 封装，具有可焊侧翼，且符合 AECQ - 100 1 级标准。

二、电气特性

（一）交流特性

参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
-3dB 带宽（BW）	200mV P - P，OUT 和 CIN,TOT = 0.5pF	-	600	-	MHz
压摆率（SR）	CIN,TOT = 0.5pF	-	3000	-	V/µs
上升/下降时间（tR/tF）	CIN,TOT = 0.5pF	-	0.6	-	ns
跨阻增益（RT）	根据不同 ADJ 设置和输入电流条件	有不同范围	-	-	kΩ
跨阻温度系数（TCRT）	根据不同 ADJ 设置和输入电流条件	-	有不同值	-	kΩ/°C
输入阻抗（RIN）	不同通道和频率条件	-	有不同值	-	Ω
内部差分终端阻抗（RTERM_DIFF）	从 TERM 到 TERMBAR 测量	-	100	-	Ω
输入电流噪声密度（In）	不同频率和 CIN,TOT = 0.5pF 条件	-	有不同值	-	pA/√Hz
集成输入电流噪声	不同频率范围和 CIN,TOT = 0.5pF 条件	-	有不同值	-	nA RMS
过载恢复和脉冲扩展时间（tRECOVER）	IIN = -4mA，CIN,TOT = 0.5pF	-	2.5	-	ns
通道切换时间（tCH_SWITCH）	任意通道到任意通道	-	10	-	ns
输出 MUX 切换时间（tOMUX_SWITCH）	OMUX	-	20	-	ns
通道间隔离度	400MHz，PWRMD = 逻辑低，选定通道到任意未选定通道	-	48	-	dB

（二）直流特性

参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
输入偏置电压（VIN）	活动通道和非活动通道	-	有不同值	-	V
直流输入电流范围（IIN）	不同 Tilt 电压条件	-	有不同值	-	µA
默认输出共模电压（VOCM_DEFAULT）	ADJ = 00	-	0.9	-	V
差分输出失调电压（VOOD）	IN = 0µA	-75	±10	75	mV
差分输出失调电压温度系数（TCV OOD）	IN = 0µA	-	-0.044	-	mV/°C
差分输出电压摆幅（VSWINGDIFF）	不同输入电流和 Tilt 电压条件	-	有不同值	-	VP - P
输出电压摆幅低（VOUTLOW）	单端测量，不同输入电流和 Tilt 电压条件	-	1.02	-	V
输出电压摆幅高（VOUTHIGH）	单端测量，不同输入电流和 Tilt 电压条件	-	2.2	-	V
输出电压合规性（VCOMPLIANCE）	单端测量，不同输入电流和 Tilt 电压条件	-	有不同值	-	V
CM 引脚电压增益（ACM）	CM 引脚到 VCM = 1.5V 到 1.7V	0.95	1	1.05	V/V
ACM 温度系数（TCAVCM）	-	-	9.3	-	(µV/V)/°C
默认 CM 引脚电压（VCM_DEFAULT）	-	-	0.9	-	V
共模失调电压（VCM_OS）	VOUTCM - VCM	-50	10	20	mV
共模失调电压温度系数（TCVCM_OS）	-	-	-0.021	-	mV/°C
VOUTCM 最小电压（VOUTCM_MIN）	VCM = 0V，ADJ00	0.38	0.43	-	V
VOUTCM 最大电压（VOUTCM_MAX）	VCM = 2.6V，ADJ11	2.2	2.3	-	V
CM 引脚输入电阻（RCM）	-	-	16.3	-	kΩ
CM 引脚输入电容（CCM）	-	-	1.5	-	pF
默认 HI 引脚电压（VHI_DEFAULT）	-	-	1.8	-	V
高端钳位失调电压（VHI_VOS）	HI = 1.7V，IIN = -200µA	-160	-65	25	mV
低端钳位失调电压（VLO_VOS）	HI = 1.7V，IIN = -200µA	-50	50	150	mV
HI 引脚输入阻抗（RHI）	-	-	13.6	-	kΩ
HI 引脚输入电容（CHI）	-	-	1.5	-	pF
默认 OFFSET 引脚电压（VOFFSET_DEFAULT）	-	-	0	-	V
最小输入抵消电流（ICANCEL_MIN）	VOFFSET = 0V	-	0	-	µA
最大输入抵消电流（ICANCEL_MAX）	VOFFSET = 3.3V，Tilt = 3.3V	-	有不同值	-	µA
OFFSET 引脚跨导（GOFFSET）	VOFFSET = 0.2V 到 0.4V，IIN = -40µA	-	有不同值	-	µA/V
OFFSET 引脚阻抗（ROFFSET）	-	-	6.6	-	kΩ
失调电压到输出稳定时间（tS_OFFSET）	IIN = -40µA	-	100	-	ns
不同引脚的输入低电压（VIL）	不同引脚条件	-	-	0.8	V
不同引脚的输入高电压（VIH）	不同引脚条件	2.4	-	-	V
不同引脚的输入低电流（IIL）	引脚电压 = 0.8V，不同引脚条件	-	-	有不同值	µA
不同引脚的输入高电流（IIH）	引脚电压 = 2.4V，不同引脚条件	-	-	有不同值	µA
不同引脚的输入电容（CIN）	不同引脚条件	-	-	1.5	pF
不同引脚的输入阻抗（RIN）	不同引脚到 GND 或 VCCI 条件	-	-	有不同值	kΩ
工作电源范围（VS）	-	3.15	3.3	3.45	V
输入电源电流（IVCCI）	任意调整设置	-	有不同值	-	mA
关机时输入电源电流（IVCCI_SHUTDOWN）	PWRMD = OMUX = 逻辑低	-	有不同值	-	mA
输出电源电流（IVCCO）	不同 ADJ 和 VCM 条件	-	有不同值	-	mA
关机时输出电源电流（IVCCO_SHUTDOWN）	PWRMD = OMUX = 逻辑低	-	有不同值	-	mA
总电源电流（IS）	不同 ADJ 和 VCM 条件	-	有不同值	-	mA
关机时总电源电流（IS_SHUTDOWN）	PWRMD = OMUX = 逻辑低	-	有不同值	-	mA
输入电源抑制比（PSRR(VCCI)）	VCCI = 3.15V 到 3.45V，VCCO = 3.3V	-	33	36	dB
输出电源抑制比（PSRR(VCCO)）	VCCO = 3.15V 到 3.45V，VCCI = 3.3V	-	35	38	dB

三、典型性能特性

文档中给出了众多典型性能特性曲线，如电源电流与电源电压随温度的变化关系、跨阻与输入电流的关系、-3dB 带宽与温度的关系、通道间隔离度与频率的关系等。这些曲线直观地展示了 LTC6563 在不同条件下的性能表现，有助于工程师在实际设计中进行参数选择和优化。

四、引脚功能

（一）GND（引脚 1、3、18、20、外露焊盘引脚 25）

负电源，通常接地。所有 GND 引脚和外露焊盘必须连接到相同电压，外露焊盘应有多个过孔连接到下层接地平面，以实现低电感和良好的热传递。

（二）IN4、IN1、IN2、IN3（引脚 2、19、21、24）

跨阻放大器的输入引脚，分别对应通道 4、1、2、3。活动通道内部偏置为 0.8V。

（三）PWRMD（引脚 4）

电源模式控制的 CMOS 输入，具有 208k 内部上拉电阻到 VCCI，默认值为 3.3V。

（四）VCCI（引脚 5）

输入级正电源，通常为 3.3V。应使用串联铁氧体磁珠，并在 VCCI 和地之间尽可能靠近器件放置 680pF 和 0.1µF 的旁路电容。

（五）OMUX（引脚 6）

输出 MUX 控制的 CMOS 输入，具有内部 208k 上拉电阻到 VCCI，默认值为 3.3V。

（六）CM（引脚 7）

输出共模参考电压，该引脚电压设置输出共模电压电平。在 3.3V 电源下，CM 引脚浮动至默认 0.9V，输入阻抗为 16.3kΩ，应使用至少 0.01µF 的高质量陶瓷电容旁路。

（七）HI（引脚 8）

高端钳位电压，该引脚电压设置 OUT 和 OUT 引脚的上限电压，同时也限制了两个输出引脚的下限电压摆动。在 3.3V 电源下，HI 引脚浮动至默认 1.8V，输入阻抗为 13.6kΩ，应使用至少 0.01µF 的高质量陶瓷电容旁路。

（八）OUT、OUT（引脚 9、12）

差分输出引脚。对于电压模式输出，将 OUT 连接到 TERM，OUT 连接到 TERM；对于电流模式输出或使用外部负载电阻时，使 TERM 和 TERM 浮空。

（九）TERM、TERM（引脚 10、11）

内部终端，这些引脚具有 50Ω 负载电阻连接到 GND，用于连接到差分输出引脚。

（十）CHSEL1、CHSEL0（引脚 13、15）

通道选择的 MSB 和 LSB，为具有内部 218k 下拉电阻到 GND 的 CMOS 输入。

（十一）VCCO（引脚 14）

输出级正电源，通常为 3.3V。VCCO 可连接到 VCCI 以实现单电源操作。应使用串联铁氧体磁珠，并在 VCCO 和地之间尽可能靠近器件放置 680pF 和 0.1µF 的旁路电容。

（十二）OFFSET（引脚 16）

输入失调调整，该引脚接受电压输入，控制每个输入引脚的电流源，用于抵消流入探测器的直流电流，具有内部下拉电阻到 GND。

（十三）TILT（引脚 17）

输出差分失调，该引脚电压控制输出的差分失调，具有内部 22.7k 下拉电阻到 GND。

（十四）ADJ0、ADJ1（引脚 22、23）

输出增益和电流调整的 LSB 和 MSB，设置输出级静态电流和电流增益，为具有内部 218k 下拉电阻到 GND 的 CMOS 输入。

五、工作原理

LTC6563 的每个跨阻放大器将输入电流转换为输出电压，集成的 4:1 多路复用器简化了系统设计，节省了空间和功率。通过 OMUX 引脚还可实现输出多路复用，多个 4 通道 LTC6563 设备可组合，将 8、12、16 … 32 个输入通道轻松复用为单个差分输出。

该放大器优化用于驱动高速差分输入模数转换器（ADC），OUT 和 OUT 单端摆幅从约 180mV 到约 VCCO - 1V。它提供四种输出驱动模式，以匹配高速 ADC 的输入摆幅，Tilt 功能可使输出级偏移，充分利用 ADC 的全差分输入范围，输出具有可编程钳位，可在饱和事件中限制输出摆幅，保护 ADC 前端。

在典型的激光雷达应用中，LTC6563 可放大 APD 的输出电流，即使在大过载电流情况下也能快速恢复，还提供直流抵消控制，可抵消高达 200μA 的直流电流，且设计旨在最小化附加噪声。

六、应用信息

（一）输出失调和电流控制

LTC6563 的输出级有多种选项，ADJ1 和 ADJ0 引脚提供四种输出电流驱动模式，输出电压摆幅取决于调整设置、外部差分终端电阻和 Tilt 输入。Tilt 输入可用于偏移直流输出电压，增加 TIA 对于单极性输入的全输出摆幅，对 ADC 至关重要。

跨阻增益（RT）可通过改变 (R_{LEXT}) 来改变，ADJ 引脚响应时间小于 100ns，可用于动态增益切换。在进行增益调整时，需注意线性输入电流范围不受这些变化影响，增加 (R{LDIFF}) 会略微降低信号带宽，输出电压合规性需根据 (R{L_DIFF})、ADJ 设置和 CM 电压进行观察。

（二）电源考虑

LTC6563 有多种电源工作模式，PWRMD、OMUX 和 ADJ 引脚的状态决定其电流消耗。提供多种电源模式，方便用户根据应用选择合适模式，同时最小化功耗。

（三）耦合 TIA 输入

虽然 LTC6563 可交流耦合到探测器，但直流耦合到负偏置 APD 时性能最佳。直流耦合可减少组件数量，允许 APD 有直流电流路径，OFFSET 功能可用于抵消直流电流。交流耦合时，需要 RB 来建立探测器的偏置点，但会带来一些负面影响，如改变 TIA 输入阻抗