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02006-DSH-001-B

器件型号:02006-DSH-001-B
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厂商名称:MA-COM [M/A-COM Technology Solutions, Inc.]
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02006-DSH-001-B器件文档内容

Revision Information
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MC2006

CMOS Pre-amplifier with AGC for Long-reach
155 Mbps Fiber-optics Based Transmitter

The MC2006 is a low-noise, transimpedance amplifier with AGC, manufactured in sub-micron CMOS. Its wide
dynamic range, differential output and high PIN bias make it well suited for telecommunications, especially OC-3/
STM-1. However, the MC2006 is intended to meet the needs of both Telecom and Datacom users.

The MC2006 is available only in die form. For optimum system performance, die should be mounted in close
proximity with the photodetector.

The MC2006 is designed to be used with the MC2045 postamplifier IC. When combined with a photodiode, the
chip set forms a high performance, low cost 5 V receiver.

Features                                                          Applications

Low-cost IC, fabricated in sub-micron CMOS                      SDH / SONET / ATM
Receiver sensitivity typically -40 dBm at 155 Mbps, when         Fast Ethernet

   integrated into a module with suitable photodiode and post-
   amplifier
115 MHz bandwidth allows wide range of operation; suitable for
   100, 125 and 155 Mbps
Typical differential gain of 200 k at low signal levels
AGC gives continuous operation to >0 dBm
165 mW power consumption at +5 V supply
> 35 dB Power-supply noise rejection
Available as die

PIN K                 Functional Block Diagram                                         Bandgap
                                                                                        1.234v
                                                 Series Pass
                                                  Regulator

                 R                                                       Reference
                                                                         Generator
PIN A            TZA                                              AGC Control                    DOUT

                                                                          +1           +1

                                                                                                 DOUT

                                                                                       +1

02006-DSH-001-B       Mindspeed Technologies                                                   June 2006

                      Mindspeed Proprietary and Confidential
Ordering Information                                                         Pin-package

                    Part     Waffle pack
                             Expanded whole 8" wafer on a 10" grip ring
                  MC2006DIE
                  MC2006DIE

Revision History

Revision         Level           Date                                               Description

B                Release       June 2006    Updated format.
                                            Updated Absolute Maximum Ratings.
A                Release     February 2002  Added TIA Use with Externally Biased Detectors section.

                                            Initial Release.

                                            Top Level Diagram

                             VCC            DOUT                     GND

                             PINK

                             PINA

                             VCC            DOUT                     GND

02006-DSH-001-B              Mindspeed Technologies                                                 ii

                             Mindspeed Proprietary and Confidential
                 1.0 Product Specification

1.1              Absolute Maximum Ratings

Table 1-1.     Absolute Maximum Ratings                                     Rating        Units
                                                    Parameter
     Symbol                                                                -40 to +85       C
               Operating ambient (SOIC8)                                  -65 to +150       C
         TA    Storage temperature                                      -0.4 to Vcc +0.4    V
        TSTG   Input voltage at PINA, PINK, Dout, DoutB
     V_PINA,                                                                    10         mA
     V_PINK,   Maximum Current sourced out of PINK                          -0.4 to 6       V
      V_Dout,  Power Supply (Vcc GND)
     V_DoutB,

      I_PINK

        Vcc

1.2              DC Characteristics

Table 1-2.      DC Characteristics             Parameter                Min.  Typ.        Max.   Units
    Symbol
               PIN bias voltage (PINK - PINA)                             2    2.3         2.6     V
        VB     Common mode output voltage                                 -   VCC/2         -      V
       VCM     Supply current (no loads)                                  -                35     mA
        ICC                                                                     -

02006-DSH-001-B                                Mindspeed Technologies                                  1

                 Mindspeed Proprietary and Confidential
                                                                                                    Product Specification

1.3              AC Characteristics

Table 1-3. AC Characteristics

     Symbol                                    Parameter                                Max.  Typ.  Min.  Units

     ROUT        Output impedance (single ended)                                        -     50    -     

     INOISE      Input noise current (1), (2)                                           -     7.5   12    nArms

PIN(mean), Min. Optical sensitivity (1), (2)                                            -40   -     -37   dBm

     IMAX        Input overload current                                                 2.2   4.5   -     mApp

PIN(mean), Max. Optical saturation (2)                                                  -     +3    -     dBm

     G           Small signal transimpedance (3), (4)                                                     k

                 Single ended :                                                         -     -     130

                 Differential :                                                         -     -     260

     VD          Differential output voltage (3)                                        -     -     800   mV

     BW          Bandwidth to -3 dB point (electrical)                                  100   -     -     MHz

     TrTf        Data out rise/fall times (20% - 80% points)                            -     -     2     ns

     TPWD        Pulse width distortion                                                 -     -     1     %

     OSPULSE     Pulse overshoot                                                        -     -     3     %

     TAGC        AGC setting time                                                       -     -     100   s

     OSAGC       AGC overshoot                                                          -     -     12    %

     PSRR        Power supply rejection ratio (<4 MHz)                                  40    -     -     dB

NOTES:
1. Measured with input capacitance, CIN = 0.7 pF to 1.0 pF
2. Assuming photodiode response of 0.9 A/W, extinction ratio of 10 dB and BER of 10-10
3. The 2007 is designed to drive a load >500 . Measurements are taken into high Z.
4. Measured at 10 MHz.

02006-DSH-001-B                               Mindspeed Technologies                                            2

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                                                                                                                          Product Specification

Figure 1-1. Typical Performance Curves

                                                                                                                          Typical gain vs input level

                 250 .0

                 200 .0

                 150 .0

Gain (k)

                 100 .0

                 50 .0

                                        0 .0
                                             -38 -36 -34 -32 -30 -28 -26 -24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0
                                                                                                       Input (dBm)

                                                                                                                          Differential output vs input

                 1400

                 1200

                 1000

Diff Output (mV  800

                 600

                 400

                 200

                                        0

                                           -4 0        -3 5  -3 0  -2 5     -2 0             -1 5  -1 0  -5        0

                                                                            Inp ut (d B m )

                                                                                                                          Transimpedance vs frequency

                                        1000000                                                                           (@ -40 dBm optical input power)

                                                                                                                          (VCC = 5.0V, +21 C)

                 Transimpedance (ohms)  100000

                                           10000

                                           1000

                                                 0.01        0.1         1        10               100       1000

                                                                         Frequency (MHz)                 max average min

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                       2.0 Pin Description

2.1              Pin Descriptions

Table 2-1. Pin Descriptions

Die Pad No       Name              Function

     1, 8        GND   Ground pin. Connect to the most negative supply, Both pins should be used

     2           DOUT  Non-inverted data output. Differential output with DOUT (goes high as light increases)

     3, 6        VCC   Power pin. Connect to most positive supply. Either or both pins may be used

     4           PINK  PIN cathode connection. Connect between this pin and PINA. Connect a decoupling capacitor to ground

     5           PINA  PIN anode connection. Connect between this pin and PINK

     7           DOUT  Inverted data output. Differential output with DOUT

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                 3.0 Functional Description

3.1              Overview

The MC2006 is a low-noise, transimpedance amplifier with AGC, manufactured in sub-micron CMOS. Its wide
dynamic range, differential output and high PIN bias make it well suited for telecommunications, especially OC-3/
STM-1. However, the MC2006 is intended to meet the needs of both Telecom and Datacom users.

The MC2006 is available only in die form. For optimum system performance, die should be mounted in close
proximity with the photodetector.

The MC2006 is designed to be used with the MC2045 postamplifier IC. When combined with a photodiode, the
chip set forms a high performance, low cost 5 V receiver.

Figure 3-1. Functional Block Diagram

     PIN K                            Series Pass                       Bandgap
                                       Regulator                         1.234v

                 R                           Reference
                                             Generator
     PIN A                 TZA        AGC Control                                 DOUT

                                              +1                        +1

                                                                                  DOUT

                                                                        +1

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                                Mindspeed Proprietary and Confidential
                                                              Functional Description

3.2              TZA

The transimpedance amplifier consists of a high gain single-ended CMOS amplifier, with a feedback resistor. The
feedback creates a virtual low impedance at the input and nearly all of the input current passes through the
feedback resistor, defining the voltage at the output. Advanced CMOS design techniques are employed to
maintain the stability of this stage across all input conditions.

Single-ended amplifiers have inherently poor power supply noise rejection. For this reason, an on-chip low dropout
linear regulator has been incorporated into the design to give excellent noise rejection up to several MHz. Higher
frequency power supply noise is removed by external decoupling.

The circuit is designed for PIN photodiodes in the grounded cathode configuration, with the anode connected to the
input of the TZA and the cathode connected to AC ground. Reverse dc bias is applied via PINK to reduce the
photodiode capacitance.

3.3              AGC

The MC2006 has been designed to operate over the input range of +3 dBm to 39 dBm at long wavelengths. This
represents a ratio of 1:12500, whereas the acceptable dynamic range of the output is only 1:250 which implies a
compression of 50:1 in the transimpedance.

The design uses a MOS transistor configured as a voltage controlled resistor to achieve transimpedance variation,
which allows the device to maintain a relatively constant output amplitude over more than 30db of optical input
power.

3.4              Output Stage

The signal from the TZA enters a phase splitter and a pair of voltage follower outputs. These are designed to drive
a high impedance (>500 ) load. They are stable for driving capacitive loads, such as interstage filters.

02006-DSH-001-B       Mindspeed Technologies                 6

                      Mindspeed Proprietary and Confidential
                 4.0 Applications

4.1              Filter Design

The achievable sensitivity of the MC2006 is dependant on the noise bandwidth of the amplifier, which varies with
temperature and process. The bandwidth should therefore be limited by an interstage filter. This will typically
employ a one pole filter, using a capacitor across the outputs. For maximum sensitivity, a filter with steeper roll-off
and better transient response can be implemented with inductors and capacitors. If the module is intended to be
used at several rates, interstage filtering should not be employed. A typical application circuit is shown in
Figure 4-1.

Figure 4-1. Typical Applications Circuit

                                      +5 V                   10 nF

                 *470 pF                                     D OU T  Gnd                        MC2045
                                                                                            Post Amplifier
                                                        VCC  D OU T  Gnd
                                                        PIN                   10 nF
                                                         K
                                                        PIN                                                                  D IN
                                                         A
                                                        VCC               CFILT

                                                                                                                             D IN

                                                                               10 nF

                 * The 470pF capacitor should be mounted inside the TOcan/optical sub assembly with the photodiode

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4.2              Alternative Input Arrangement

An alternative arrangement can be used to connect the photodiode, with the photodiode cathode being connected

directly to VCC see Figure 4-2. This requires two decoupling capacitors, one connecting VCC to ground and the
other from PIN K to ground. This arrangement gives slightly more reverse bias on the photodiode, but will have

worse low frequency noise performance.

Figure 4-2. Alternative Application Arrangement

                                                 +5 V
                                                             10 nF

                 1 nF
                                                                VCC

                                       470 pF
                                                                  PIN
                                                                  K

                                                                 PIN
                                                                  A

                                                                VCC

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4.3              Layout Considerations

Use good high-frequency design and layout techniques, taking care to bypass VCC over the frequencies to several
hundred MHz. When using die, take care to minimise bond-wire length, especially for the PIN A and Gnd pads. A

typical TO-can assembly is shown in Figure 4-3.

Figure 4-3. Typical TO-can Assembly

                 DOUT                       DOUT

                                     470pF

                 Gnd                        VCC

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4.4              TIA Use with Externally Biased Detectors

In some applications, Mindspeed TIAs are used with detectors biased at a voltage greater than available from TIA
PIN cathode supply. This works well if some basic cautions are observed. When turned off, the input to the TIA
exhibits the following I/V characteristic as shown in Figure 4-4.

Figure 4-4. TIA Use with Externally Biased Detectors, Powered Off

                                      PINA Unbiased

                                   100

                                   50

         -800    -600  -400  -200    0     200         400           600  800  1000  1200
                                        0

                                   -50

     A                            -100

                                   -150

                                   -200

                                   -250

                                   -300

                                                   mV

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In the positive direction after about 700 mV, the impedance of the input is relatively high. After the TIA is turned on,
the DC servo and AGC circuits attempt to null any input currents (up to the absolute maximum stated in the device
table) as shown by the I/V curve in Figure 4-5.

Figure 4-5. TIA Use with Externally Biased Detectors, Powered On

                                       PINA biased

                             1000

                             800

                             600

                             400

                             200

       A                        0
                                    0
           -300  -200  -100            100  200     300              400  500  600  700
                             -200

                             -400

                             -600

                             -800

                             -1000

                                            mV

It can be seen that any negative voltage below 200 mV is nulled and that any positive going voltage above the PINA
standing voltage is nulled by the DC servo. The DC servo upper bandwidth varies from part to part, but is generally
at least 10 kHz.

When externally biasing a detector such as an APD with a voltage in the 30-80V range, care should be taken to
power up the TIA first and to keep the TIA powered up until after the power supply voltage on the APD is removed.
Failure to do this with the TIA unpowered may result in damage to the input FET gate at PINA. In some cases the
damage may be very subtle, in that nearly normal operation may be experienced with the damage causing slight
reductions in bandwidth, and corresponding reductions in input sensitivity.

4.4.1            Treatment of PINK

PINK still requires bypassing to ground with a high quality 220-1000 pf (470 pf recommended) capacitor, even with
no other connection to it. The capacitor stabilizes the internal voltage regulator of the TIA.

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               5.0 Packaging Specification

Figure 5-1. Bare Die Information

GND                                                                  GND
DOUT                                                                 DOUT

                 VCC                                                 VCC

                             PINK  PINA

Die size : 1.01 x 0.96 mm
Die Thickness : 300 m 10%

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Table 5-1. Pad Coordinates

Pad No           Description  X (m)  Y (m)

1                GND           -347     255
                               -347     109
2                DOUT          -347    -255
                              -202.6  -348.45
3                VCC          -35.45  -352.3
                                347    -255
4                PINK           347     109
                                347     255
5                PINA

6                VCC

7                DOUT

8                GAN

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Figure 5-2. Package Information

                                   e            S                                                         02

TOP VIEW                                                                                          t1                     R1
                   E/2 2X                                                                                                    R

                                                                                    -H-

                                                                                    Gauge         t2

                                                       E1 3 7                       Plane

                                                                                    0.25 MM                                     01

                                                           -B- 2                                          03          L

                   E3                                                               b                             L1
                   E4                                                                         c1
                                1     2                       ccc A B C                                     DETAIL A
FRONT VIEW                                                                                                SCALE 40:1
                                                                                 c
                         aaa A
                                                   2

                                         46        -C  A2                    b1                       E2                 DETAIL A
                                                   -              SECTION A-A
                                         D2

                                                       A                            5

                                                                                    A

                                             b             -A-                      A

                                   bbb M A B C         A1                                                     E1
                                                                                                               E
                                         D                                                            SIDE VIEW

                                         34

   L             MINI SOIC 8LD

   O             PACKAGE OUTLINE
   B
   YM
   S             (MILLIMETER)         TOL

A                1.10                 MAX

A1               0.10              0.05

A2               0.86              0.08

D                3.00              0.10

D2               2.95              0.10

E                4.90              0.15

E1               3.00              0.10

E2               2.95              0.10

E3               0.51              0.13

E4               0.51              0.13

R                0.15              +0.15
                                   -0.08
R1               0.15              +0.15
                                   -0.08
t1               0.31
                                   0.08
t2               0.41
                                   0.08
b                0.33
                                   +0.07
b1               0.30              -0.08

c                0.18              0.05

c1               0.15              0.05

O1               3.0              +0.03
                                   -0.02

                                   3.0

O2               12.0             3.0
                                   3.0
O3               12.0             0.15

L                0.55

L1               0.95 BSC

aaa              0.10

bbb              0.08

ccc              0.25

e                0.65 BSC

S                0.525 BSC

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