DS1859數(shù)控電阻與MAX3735激光驅(qū)動(dòng)器的連接

摘要：本文介紹DS1859數(shù)控電阻與MAX3735激光驅(qū)動(dòng)器連接時(shí)的三種選擇，包括采用運(yùn)放實(shí)現(xiàn)線性傳輸函數(shù)的新技術(shù)。它可以調(diào)整到任意電流范圍，甚至可以產(chǎn)生一個(gè)電流大于電位器DS1859最小電阻對(duì)應(yīng)電流的輸出。這些技術(shù)同樣可以應(yīng)用于其它器件。

介紹

將DS1859數(shù)控電阻與MAX3735激光驅(qū)動(dòng)器連接時(shí)設(shè)計(jì)者可以有一些選擇。最簡單的方式是將DS1859可變電阻直接與MAX3735的MODSET和APCSET引腳相連，這種方式稱為選項(xiàng) 1 (圖5)。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是不需要外部元件，缺點(diǎn)是在大電流時(shí)存在非線性，精度較低。

接口的另一種選擇是采用電阻分壓器重新調(diào)節(jié)電流的控制范圍，這種方式稱為選項(xiàng)2 (圖6)。較小的范圍可以得到優(yōu)于選項(xiàng)1的精度，但仍然存在非線性問題。

第三種選擇是采用運(yùn)放把電流與電位器電阻的傳輸函數(shù)線性化，這是選項(xiàng)3 (圖7)。除了得到更好的精度外，第三種方法可以調(diào)節(jié)到任意的電流范圍，甚至可以產(chǎn)生一個(gè)電流大于DS1859最小電阻對(duì)應(yīng)的電流。第三種方式的唯一限制是運(yùn)放的電流驅(qū)動(dòng)能力。選項(xiàng)3是一種新技術(shù)，本文將詳細(xì)介紹這種方式以及所需設(shè)計(jì)信息。

本文示例基于參考設(shè)計(jì)：HFRD-04.0: 2.7Gbps, 1310nm Small Form Factor Pluggable (SFP) Transceiver。除DS1859和MAX3735外，這些技術(shù)也可以應(yīng)用到其它器件。

這三項(xiàng)技術(shù)都在PSPICE上做過仿真(圖1/2/3/4)。本文提供了原理圖、仿真結(jié)果和總結(jié)。

PSPICE仿真結(jié)果

圖1. PSPICE結(jié)果：調(diào)制電流與電位器阻值的對(duì)應(yīng)關(guān)系


圖2. 總結(jié)：調(diào)制電流與電位器阻值的對(duì)應(yīng)關(guān)系


圖3. PSPICE仿真結(jié)果：光電二極管電流與電位器阻值的對(duì)應(yīng)關(guān)系


圖4. 總結(jié)：光電二極管電流與電位器阻值的對(duì)應(yīng)關(guān)系


圖5. 選項(xiàng)1電路圖

MAX3735 (圖5)采用電流鏡產(chǎn)生調(diào)制電流和APC的設(shè)定值。利用1.2V帶隙基準(zhǔn)設(shè)定MODSET和APCSET節(jié)點(diǎn)的電壓。這些節(jié)點(diǎn)的對(duì)地電阻定義了鏡像電流。MODSET電流乘以鏡像增益270，得到最終的電流值。APC控制環(huán)路會(huì)伺服激光器功率，直到光電檢測二極管電流等于APCSET定義的電流值。光電檢測二極管電流是APCSET節(jié)點(diǎn)電流的一半(MAX3735數(shù)據(jù)資料中給出的APCSET增益為1是錯(cuò)誤的)。

選項(xiàng)1
最簡單的接口方案是將DS1859與MODSET和APCSET直接連接。此時(shí)得到的電流與電阻的倒數(shù)成比例。這個(gè)非線性函數(shù)意味著在大電流時(shí)具有低精度，在小電流時(shí)具有高精度。另一個(gè)問題是調(diào)制電流超過推薦的最大電流60mA，超出DS1859范圍的10%，由于這些大電流值在編程或測試時(shí)可能偶爾被選用，所以必須保證它們不會(huì)損害任何元器件或?qū)ρ劬υ斐砂踩[患。

如果可以解決上述限制，這將是成本最低的選擇。


圖6. 選項(xiàng)2電路圖，分壓器

選項(xiàng)2
這個(gè)方法在MODSET和APCSET引腳間加入了電阻分壓器(圖6)。流經(jīng)這個(gè)分壓器的總電流決定了最小電流值。上面的兩個(gè)電阻(R1和R5)決定最大電流值。合理選擇這些數(shù)值可以限制電流范圍，在有效范圍內(nèi)得到更高精度。這些電阻相互之間以及與可變電阻之間相互依存。如需了解更多關(guān)于這個(gè)選項(xiàng)的設(shè)計(jì)技巧，請(qǐng)參考HFAN-02.3.3: Optimizing the Resolution of Laser Driver Current Settings Using a Linear Digital Potentiometer。


圖7. 選項(xiàng)3電路圖，運(yùn)算放大器電路

選項(xiàng)3
在選項(xiàng)1和2中，流經(jīng)電位器的電流與1/R成比例。這個(gè)反比例函數(shù)是導(dǎo)致非線性的原因。如果將電位器放在一個(gè)運(yùn)放的反饋回路，那么增益就是電位器阻值的線性函數(shù)。如果這個(gè)運(yùn)放以線性增益放大基準(zhǔn)電壓，運(yùn)放的輸出電壓也會(huì)是電位器阻值的線性函數(shù)，從而產(chǎn)生一個(gè)與電位器阻值成線性關(guān)系的電流。一旦得到與R成線性關(guān)系的電流，1/R非線性問題就迎刃而解。

圖7電路的工作過程可以按照如下方式理解(參考MODSET示例中的標(biāo)示)，R1和R2在運(yùn)放U3的同相輸入端產(chǎn)生參考電壓(本例中為0.2V)。因?yàn)榉謮浩鞯碾娏饕矔?huì)對(duì)MODSET電流起作用，設(shè)計(jì)公式中必須考慮這些因素。參考電壓乘以運(yùn)放增益，1+Rds1859/R3。流過R4的電流為：MODSET的電壓(1.2V)減去運(yùn)放輸出電壓，再除以R4。

選項(xiàng)3設(shè)計(jì)
以下介紹設(shè)計(jì)MODSET和APCSET運(yùn)放電路時(shí)需要的公式。在使用這些公式之前，必須有一些工程決定。

運(yùn)放選擇
運(yùn)放必須有良好的直流特性，小巧且價(jià)廉。采用SC70封裝的MAX4245單運(yùn)放和采用SOT23封裝的MAX4246雙運(yùn)放可以達(dá)到這些要求。它們的輸入失調(diào)電壓是1.5mV (最大)，輸入失調(diào)電流為6nA (最大)，偏置電流為50nA (最大)。

運(yùn)放同相輸入端的電壓
這個(gè)電壓必須很大，以至于可以減小運(yùn)放失調(diào)電壓帶來的影響。上述電路在最差情況下的PSPICE分析表明：最好超過100mV，本例選則了200mV。

最大和最小電流范圍
設(shè)計(jì)者需要確定MODSET和APCSET的目標(biāo)電流范圍。這個(gè)范圍應(yīng)該足夠大，可以覆蓋初始誤差、溫度以及器件老化帶來的影響。本例選取值與HFRD-04.0參考設(shè)計(jì)中的取值類似。

電阻分壓器的頂部電阻
電阻分壓器的頂部電阻R1和R5要求大阻值，使分壓電流小于MODSET或APCSET的最小電流。本例中選擇49.4kΩ，得到電流20μA，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于所要求的最小電流。

如果確定了工程參數(shù)，將結(jié)果帶入下式，可以得到其它電阻的阻值。通過方程得到的阻值也許不是標(biāo)準(zhǔn)值，可以選擇一個(gè)相近值。重復(fù)并重新計(jì)算，仿真或用實(shí)際的電阻搭建電路，確保電路輸出滿足電流范圍的要求。與所有電子電路一樣，在投入實(shí)際生產(chǎn)前這些設(shè)計(jì)應(yīng)該經(jīng)過充分的測試。