帶消光比控制的多速率激光驅(qū)動(dòng)器MAX3737
關(guān)鍵詞:MAX3737;ERC;APC;激光二極管
1 引言
MAX3737是美國(guó)MAXIM公司生產(chǎn)的帶有消光比控制的激光驅(qū)動(dòng)器,它的工作速率為155Mbps~2.7Gbps,可用作多速率OC-3至OC-48 FEC等光纖系統(tǒng)中的光發(fā)射機(jī)。該產(chǎn)品與以往同類產(chǎn)品相比,不僅具有傳輸速率高、供電電流小和輸出平均功率恒定等特點(diǎn),而且在激光管的使用壽命和溫度變化范圍內(nèi)能始終保持消光比恒定。MAX3737的主要特性如下:
● 采用+3.3V單電源工作模式;
● 僅需47mA的電源供給電流;
● 能提供高達(dá)85mA的調(diào)制電流和高達(dá)100mA的偏置電流;
● 內(nèi)含自動(dòng)功率控制(APC)、自動(dòng)調(diào)制控制(AMC)和溫度補(bǔ)償電路;
● 帶有以地為參考點(diǎn)的電流監(jiān)控設(shè)置端;
● 具有安全控制和失效警告指示電路。
2 引腳功能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理
2.1 引腳功能
MAX3737采用32-pin QFN封裝形式,它的引腳排列如圖1所示。各引腳功能如下:
GND(1,10,15,16):接地端;
TX DISABLE(2):激光管輸出控制端電壓輸入,低電平有效;
VCC(3,6,11,18,23):+3.3V電源端口;
IN+(4),IN-(5):分別為數(shù)據(jù)信號(hào)的正、反向輸入端;
PC MON(7):監(jiān)控?反饋?光二極管電流監(jiān)控端。該端通過外接電阻可產(chǎn)生與反饋光二極管電流成正比、并以地為參考點(diǎn)的參考電壓;
BC MON(8):激光管偏置電流監(jiān)控端,可通過外接電阻產(chǎn)生與偏置電流成正比、并以地為參考點(diǎn)的參考電壓;
MC MON(9):調(diào)制電流監(jiān)控端,可通過外接電阻產(chǎn)生與調(diào)制電流成正比、并以地為參考點(diǎn)的參考電壓;
TX FAULT(12):傳輸失效指示端;
SHUTDOWN(13):關(guān)閉驅(qū)動(dòng)器輸出端;
VBS(14):激光管偏置電壓指示端;
BIAS(17):激光管偏置電流輸出端;
OUT-(19,20):反向輸出端,應(yīng)用時(shí)應(yīng)將這兩腳互連;
OUT+ (21,22):正向輸出端,應(yīng)用時(shí)應(yīng)將這兩腳互連;
MD(24):監(jiān)控?反饋?光二極管電流輸入端,應(yīng)用時(shí)與監(jiān)控(反饋)光二極管的正極連接;
VMD(25):監(jiān)控?反饋?光二極管電壓指示端;
APCFILT1(26), APCFILT2(27):APC環(huán)路主極點(diǎn)設(shè)置端,應(yīng)用時(shí)應(yīng)在這兩腳之間接一個(gè)電容器(CAPC);
APCSET(28):平均光功率設(shè)置端;
MODSET(29):調(diào)制電流部分設(shè)置端;
MODBCOMP(30):偏置電流對(duì)調(diào)制電流補(bǔ)償系數(shù)設(shè)置端;
TH TEMP(31):溫度補(bǔ)償電路閾值設(shè)置端;
MODTCOMP(32):溫度補(bǔ)償系數(shù)設(shè)置端。
圖2
2.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作過程
MAX3737內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示,內(nèi)部電路主要包括高速調(diào)制電路、消光比控制電路及安全邏輯控制和指示電路。其中,高速調(diào)制電路包括輸入級(jí)和輸出級(jí)兩部分,主要由輸入緩沖、數(shù)據(jù)通道和高速差分對(duì)電路組成,其功能是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)制,并為外部激光管提供所需的激勵(lì)信號(hào)。消光比控制電路包括三部分:自動(dòng)功率控制?APC?電路、自動(dòng)調(diào)制控制?AMC?電路和溫度補(bǔ)償電路,其主要作用是與監(jiān)控光二極管形成反饋控制電路,同時(shí)通過對(duì)偏置電流和調(diào)制電流的動(dòng)態(tài)控制調(diào)節(jié)來(lái)維持消光比恒定;安全邏輯控制和指示電路主要是為驅(qū)動(dòng)器正常工作提供安全保障,對(duì)驅(qū)動(dòng)器工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,同時(shí)提供驅(qū)動(dòng)器的各種工作狀態(tài)和失效信息。
MAX3737采用APC工作模式,當(dāng)MAX3737正常工作時(shí),數(shù)據(jù)從IN-端和IN+端輸入,經(jīng)輸入緩沖電路和數(shù)據(jù)通道處理,然后通過控制差分對(duì)調(diào)制器輸出以實(shí)現(xiàn)調(diào)制,調(diào)制后的信號(hào)從OUT-端和OUT+端輸出以驅(qū)動(dòng)外接激光管;當(dāng)輸出功率變化時(shí),反饋信號(hào)將從MD端輸入,然后通過消光比控制電路來(lái)調(diào)節(jié)調(diào)制電流和偏置電流的變化以自動(dòng)維持輸出功率的穩(wěn)定;當(dāng)溫度變化超過閾值時(shí),溫度補(bǔ)償電路會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)調(diào)制電流以維持功率穩(wěn)定;當(dāng)電路發(fā)生故障和其它意外情況發(fā)生時(shí),安全邏輯控制和指示電路將通過SHUTDOWN端輸出控制信號(hào)以關(guān)閉激光管輸出,同時(shí)由TX FAULT端輸出警告信號(hào)。
3 應(yīng)用設(shè)計(jì)
MAX3737在應(yīng)用時(shí)要求用戶自行設(shè)計(jì)的電路非常少,用戶的主要設(shè)計(jì)工作是選擇合適的激光管以及各種相關(guān)電流的設(shè)計(jì)。MAX3737典型應(yīng)用電路如圖3所示,圖中所標(biāo)元器件參數(shù)值為典型值,未標(biāo)元器件需要在具體設(shè)計(jì)中確定,激光管采用直流耦合方式。下面結(jié)合典型應(yīng)用電路來(lái)介紹MAX3737的應(yīng)用設(shè)計(jì)過程。
3.1 激光管的選擇
用戶在利用MAX3737設(shè)計(jì)光發(fā)射機(jī)時(shí),首選是根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的激光管。一般情況下,光輸出功率用平均光功率和消光比描述,用戶可根據(jù)光輸出功率來(lái)確定所需激光管的輸出平均功率和消光比,并應(yīng)在滿足輸出功率的前提下,盡量使消光比大一些。在輸出功率和消光比確定后,同時(shí)根據(jù)這些參數(shù)來(lái)選擇滿足條件的激光管。
3.2 調(diào)制電流IMOD的設(shè)計(jì)
激光管選定后,用戶可根據(jù)表1中的關(guān)系式推導(dǎo)出調(diào)制電流IMOD的計(jì)算公式。具體如下:
IMOD=2PAVG(re-1)/η(re+1);
式中,各參數(shù)的物理意義見表1所列。實(shí)際上,調(diào)制電流是由固定調(diào)制電流(IMODS)、偏置補(bǔ)償調(diào)制電流(KIBIAS)和溫度補(bǔ)償調(diào)制電流(IMODT)三部分組成的。
(1)固定調(diào)制電流(IMODS)
固定調(diào)制電流是在理想工作條件(溫度不變和輸出功率恒定)下驅(qū)動(dòng)器所需的調(diào)制電流。該電流可由MAX3737內(nèi)部電路和MODSET端的外接電阻所確定。因此,應(yīng)首先根據(jù)實(shí)際要求確定所需的固定調(diào)制電流(IMODS),然后再確定MODSET端的外接電阻(RMODSET)值?具體為:
IMODS=268VREF/RMODSET
其中,VREF為MAX3737內(nèi)部的參考電壓,一般情況下的典型值為1.3V。
(2)偏置補(bǔ)償調(diào)制電流(K IBIAS)
偏置補(bǔ)償調(diào)制電流是由偏置電流變化所引起的,其作用大小由補(bǔ)償因子K所確定,而K值大小則由MODBCOMP端的外接電阻所確定。在應(yīng)用中,可根據(jù)偏置電流和調(diào)制電流變化來(lái)確定合適的補(bǔ)償因子K,然后根據(jù)K值再確定MODBCOMP端的外接電阻(RMODBCOMP)值。
確定補(bǔ)償因子K的計(jì)算公式為:
K=△IMOD/△IBIAS=(IMOD2-IMOD1)/(IBIAS2-IBIAS1);
而K值與RMODBCOMP的關(guān)系為:
K=[1700/(1000+RMODBCOMP)] 10%
(3)溫度補(bǔ)償調(diào)制電流(IMODT)
溫度補(bǔ)償調(diào)制電流一般是由溫度超過閾值溫度所引起的,其作用是補(bǔ)償溫度變化對(duì)調(diào)制電流的影響,當(dāng)T>TTH時(shí),溫度補(bǔ)償調(diào)制電流(IMODT)的計(jì)算公式為:
IMODT=TC(T-TTH);
其中,TTH為溫度閾值,其值可由TH_TEMP端的外接電阻(RTH_TEMP)來(lái)確定;TC為溫度補(bǔ)償系數(shù),其值由MODTCOMP端的外接電阻(RMODTCOMP)確定。
應(yīng)用時(shí),應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定合適的溫度閾值和溫度補(bǔ)償系數(shù),然后根據(jù)下列公式來(lái)確定RTH_TEMP和RMODTCOMP:。
TTH=-70℃+[1.45MΩ/(9.2kΩ+RTH-TEMP)] ℃10%;
3.3 監(jiān)控光二極管反饋電流IMD的設(shè)計(jì)
當(dāng)激光管選定后,轉(zhuǎn)移系數(shù)PMON即可確定,設(shè)計(jì)時(shí)可以參見表1中的參數(shù)設(shè)置公式。當(dāng)用戶確定平均光功率后,即可根據(jù)公式PAVG=IMD/PMON來(lái)確定IMD的理論值。
在MAX3737中,反饋電流IMD可以由APCSET端外接電阻設(shè)定,因此IMD設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是確定APCSET端的外接電阻RAPCSET。用戶根據(jù)下式可確定RAPCSET值。
IMD=VREF/(2RAPCSET)
RAPCSET確定后,實(shí)際提供的反饋電流IMD就確定了,這樣,APC電路就會(huì)根據(jù)IMD的變化來(lái)自動(dòng)調(diào)整偏置電流IBIAS,從而維持平均光功率的穩(wěn)定。
圖3
在APC電路中,濾波電容CAPC的作用是延遲APC電路的作用時(shí)間,減少低頻信號(hào)干擾。濾波電容CAPC的值可由低頻截止頻率f3DB來(lái)確定,用戶可以首先根據(jù)要求確定低頻截止頻率f3DB,然后根據(jù)下式確定CAPC的值。
CAPC(μF)≈η68ρMON/f3DB(kHz)
為濾除高頻噪聲,在MD端需接一下拉電容CMD到地,一般情況下,下拉電容CMD的值約為濾波電容CAPC值的四分之一。
3.5 注意事項(xiàng)
在設(shè)計(jì)過程中,為使電路正常工作,對(duì)各種電流要有一定的條件限制。若所需調(diào)制電流不大于60mA,MAX3737和外接激光管可采用直流耦合方式;若調(diào)制電流大于60mA,則應(yīng)采用交流耦合方式。不管采用哪種耦合方式,在輸出端OUT+,各種電流都應(yīng)滿足如下要求:
(1) 對(duì)于直流耦合
VOUT+=VCC-VDIODE-IMOD(RD+RL)-IBIASRL≥0.7V
式中,VDIODE為激光二極管的偏置端電壓,典型值為1.2V;RL是激光二極管的偏置端電阻,典型值為5Ω;RD為串行匹配電阻,典型值為20Ω。
(2) 對(duì)于交流耦合
VOUT+=VCC-IMOD(RD+RL)/2≥0.75V
此外,由于MAX3737是高頻產(chǎn)品,電路布局對(duì)其影響很大,在電路設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)當(dāng)采用性能比較優(yōu)越的高頻布局技術(shù),同時(shí),用戶應(yīng)采用具有公共接地層的多層電路板來(lái)降低電磁干擾和交調(diào)失真;電路板應(yīng)采用低損耗的介質(zhì)材料,以減少能量損耗;數(shù)據(jù)輸入端引線和調(diào)制輸出端引線應(yīng)采用阻抗可控的傳輸線,這樣?可以方便電路調(diào)整,減少能量損耗和降低干擾。
4 結(jié)束語(yǔ)
MAX3737激光驅(qū)動(dòng)器具有同類產(chǎn)品無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn),主要在于它帶有三個(gè)控制電路(APC電路、AMC電路和溫度補(bǔ)償電路),因而能始終保持消光比的恒定?同時(shí)也適合多種傳輸速率,因此?該產(chǎn)品在光纖通信中具有廣泛的應(yīng)用前景。
評(píng)論