带消光比控制的多速率激光驱动器MAX3737

１　引言

ＭＡＸ３７３７是美国ＭＡＸＩＭ公司生产的带有消光比控制的激光驱动器，它的工作速率为１５５Ｍｂｐｓ～２．７Ｇｂｐｓ，可用作多速率ＯＣ－３至ＯＣ－４８ ＦＥＣ等光纤系统中的光发射机。该产品与以往同类产品相比，不仅具有传输速率高、供电电流小和输出平均功率恒定等特点，而且在激光管的使用寿命和温度变化范围内能始终保持消光比恒定。ＭＡＸ３７３７的主要特性如下：

● 采用＋３．３Ｖ单电源工作模式；

● 仅需４７ｍＡ的电源供给电流；

● 能提供高达８５ｍＡ的调制电流和高达１００ｍＡ的偏置电流；

● 内含自动功率控制(ＡＰＣ)、自动调制控制（ＡＭＣ)和温度补偿威廉希尔官方网站 ；

● 带有以地为参考点的电流监控设置端；

● 具有安全控制和失效警告指示威廉希尔官方网站 。

２　引脚功能、内部结构及工作原理

２．１ 引脚功能

ＭＡＸ３７３７采用３２－ｐｉｎ ＱＦＮ封装形式，它的引脚排列如图１所示。各引脚功能如下：

ＧＮＤ（１，１０,１５，１６）：接地端；

ＴＸ ＤＩＳＡＢＬＥ(２）：激光管输出控制端电压输入，低电平有效；

ＶＣＣ(３,６，１１,１８，２３）：＋３．３Ｖ电源端口；

ＩＮ＋(４），ＩＮ－(５）：分别为数据信号的正、反向输入端；

ＰＣ ＭＯＮ(７）：监控?反馈?光二极管电流监控端。该端通过外接电阻可产生与反馈光二极管电流成正比、并以地为参考点的参考电压；

ＢＣ ＭＯＮ(８）：激光管偏置电流监控端，可通过外接电阻产生与偏置电流成正比、并以地为参考点的参考电压；

ＭＣ ＭＯＮ（９)：调制电流监控端，可通过外接电阻产生与调制电流成正比、并以地为参考点的参考电压；

ＴＸ ＦＡＵＬＴ(１２)：传输失效指示端；

ＳＨＵＴＤＯＷＮ(１３）：关闭驱动器输出端；

ＶＢＳ（１４)：激光管偏置电压指示端；

ＢＩＡＳ（１７)：激光管偏置电流输出端；

ＯＵＴ－（１９，２０）：反向输出端，应用时应将这两脚互连；

ＯＵＴ＋ (２１,２２)：正向输出端，应用时应将这两脚互连；

ＭＤ（２４)：监控?反馈?光二极管电流输入端，应用时与监控(反馈）光二极管的正极连接；

ＶＭＤ(２５）：监控?反馈?光二极管电压指示端；

ＡＰＣＦＩＬＴ１(２６）, ＡＰＣＦＩＬＴ２(２７）：ＡＰＣ环路主极点设置端，应用时应在这两脚之间接一个电容器(ＣＡＰＣ）；

ＡＰＣＳＥＴ(２８）：平均光功率设置端；

ＭＯＤＳＥＴ（２９)：调制电流部分设置端；

ＭＯＤＢＣＯＭＰ(３０）：偏置电流对调制电流补偿系数设置端；

ＴＨ ＴＥＭＰ(３１）：温度补偿威廉希尔官方网站 阈值设置端；

ＭＯＤＴＣＯＭＰ(３２）：温度补偿系数设置端。

图2

    ２．２ 内部结构及工作过程

ＭＡＸ３７３７内部结构如图２所示，内部威廉希尔官方网站 主要包括高速调制威廉希尔官方网站 、消光比控制威廉希尔官方网站 及安全逻辑控制和指示威廉希尔官方网站 。其中，高速调制威廉希尔官方网站 包括输入级和输出级两部分，主要由输入缓冲、数据通道和高速差分对威廉希尔官方网站 组成，其功能是对输入信号进行调制，并为外部激光管提供所需的激励信号。消光比控制威廉希尔官方网站 包括三部分：自动功率控制?ＡＰＣ?威廉希尔官方网站 、自动调制控制?ＡＭＣ?威廉希尔官方网站 和温度补偿威廉希尔官方网站 ，其主要作用是与监控光二极管形成反馈控制威廉希尔官方网站 ，同时通过对偏置电流和调制电流的动态控制调节来维持消光比恒定；安全逻辑控制和指示威廉希尔官方网站 主要是为驱动器正常工作提供安全保障，对驱动器工作状态进行监控，同时提供驱动器的各种工作状态和失效信息。

ＭＡＸ３７３７采用ＡＰＣ工作模式，当ＭＡＸ３７３７正常工作时，数据从ＩＮ－端和ＩＮ＋端输入，经输入缓冲威廉希尔官方网站 和数据通道处理，然后通过控制差分对调制器输出以实现调制，调制后的信号从ＯＵＴ－端和ＯＵＴ＋端输出以驱动外接激光管；当输出功率变化时，反馈信号将从ＭＤ端输入，然后通过消光比控制威廉希尔官方网站 来调节调制电流和偏置电流的变化以自动维持输出功率的稳定；当温度变化超过阈值时，温度补偿威廉希尔官方网站 会自动调节调制电流以维持功率稳定；当威廉希尔官方网站 发生故障和其它意外情况发生时，安全逻辑控制和指示威廉希尔官方网站 将通过ＳＨＵＴＤＯＷＮ端输出控制信号以关闭激光管输出，同时由ＴＸ ＦＡＵＬＴ端输出警告信号。

３　应用设计

ＭＡＸ３７３７在应用时要求用户自行设计的威廉希尔官方网站 非常少，用户的主要设计工作是选择合适的激光管以及各种相关电流的设计。ＭＡＸ３７３７典型应用威廉希尔官方网站 如图３所示，图中所标元器件参数值为典型值，未标元器件需要在具体设计中确定，激光管采用直流耦合方式。下面结合典型应用威廉希尔官方网站 来介绍ＭＡＸ３７３７的应用设计过程。

３．１ 激光管的选择

用户在利用ＭＡＸ３７３７设计光发射机时，首选是根据实际需求选择合适的激光管。一般情况下，光输出功率用平均光功率和消光比描述，用户可根据光输出功率来确定所需激光管的输出平均功率和消光比，并应在满足输出功率的前提下，尽量使消光比大一些。在输出功率和消光比确定后，同时根据这些参数来选择满足条件的激光管。

３．２ 调制电流ＩＭＯＤ的设计

激光管选定后，用户可根据表１中的关系式推导出调制电流ＩＭＯＤ的计算公式。具体如下：

ＩＭＯＤ＝２ＰＡＶＧ（ｒｅ－１）／η（ｒｅ＋１）；

式中，各参数的物理意义见表１所列。实际上，调制电流是由固定调制电流（ＩＭＯＤＳ)、偏置补偿调制电流（ＫＩＢＩＡＳ)和温度补偿调制电流（ＩＭＯＤＴ)三部分组成的。

（１)固定调制电流（ＩＭＯＤＳ)

固定调制电流是在理想工作条件（温度不变和输出功率恒定)下驱动器所需的调制电流。该电流可由ＭＡＸ３７３７内部威廉希尔官方网站 和ＭＯＤＳＥＴ端的外接电阻所确定。因此，应首先根据实际要求确定所需的固定调制电流（ＩＭＯＤＳ)，然后再确定ＭＯＤＳＥＴ端的外接电阻（ＲＭＯＤＳＥＴ)值?具体为：

ＩＭＯＤＳ＝２６８ＶＲＥＦ／ＲＭＯＤＳＥＴ

其中，ＶＲＥＦ为ＭＡＸ３７３７内部的参考电压，一般情况下的典型值为１．３Ｖ。

（２)偏置补偿调制电流（Ｋ ＩＢＩＡＳ）

偏置补偿调制电流是由偏置电流变化所引起的，其作用大小由补偿因子Ｋ所确定，而Ｋ值大小则由ＭＯＤＢＣＯＭＰ端的外接电阻所确定。在应用中，可根据偏置电流和调制电流变化来确定合适的补偿因子Ｋ，然后根据Ｋ值再确定ＭＯＤＢＣＯＭＰ端的外接电阻(ＲＭＯＤＢＣＯＭＰ）值。

确定补偿因子Ｋ的计算公式为：

Ｋ＝△ＩＭＯＤ／△ＩＢＩＡＳ＝(ＩＭＯＤ２－ＩＭＯＤ１）／（ＩＢＩＡＳ２－ＩＢＩＡＳ１）；

而Ｋ值与ＲＭＯＤＢＣＯＭＰ的关系为：

Ｋ＝[１７００／(１０００＋ＲＭＯＤＢＣＯＭＰ）] ±１０％

(３）温度补偿调制电流(ＩＭＯＤＴ）

温度补偿调制电流一般是由温度超过阈值温度所引起的，其作用是补偿温度变化对调制电流的影响，当Ｔ＞ＴＴＨ时，温度补偿调制电流(ＩＭＯＤＴ）的计算公式为：

ＩＭＯＤＴ＝ＴＣ(Ｔ－ＴＴＨ）；

其中，ＴＴＨ为温度阈值，其值可由ＴＨ＿ＴＥＭＰ端的外接电阻(ＲＴＨ＿ＴＥＭＰ）来确定；ＴＣ为温度补偿系数，其值由ＭＯＤＴＣＯＭＰ端的外接电阻（ＲＭＯＤＴＣＯＭＰ)确定。

应用时，应根据实际情况确定合适的温度阈值和温度补偿系数，然后根据下列公式来确定ＲＴＨ＿ＴＥＭＰ和ＲＭＯＤＴＣＯＭＰ：。

ＴＴＨ＝－７０℃＋[１．４５ＭΩ／(９．２ｋΩ＋ＲＴＨ－ＴＥＭＰ）] ℃±１０％；

３．３ 监控光二极管反馈电流ＩＭＤ的设计

当激光管选定后，转移系数ＰＭＯＮ即可确定，设计时可以参见表１中的参数设置公式。当用户确定平均光功率后，即可根据公式ＰＡＶＧ＝ＩＭＤ／ＰＭＯＮ来确定ＩＭＤ的理论值。

在ＭＡＸ３７３７中，反馈电流ＩＭＤ可以由ＡＰＣＳＥＴ端外接电阻设定，因此ＩＭＤ设计的实质是确定ＡＰＣＳＥＴ端的外接电阻ＲＡＰＣＳＥＴ。用户根据下式可确定ＲＡＰＣＳＥＴ值。

ＩＭＤ＝ＶＲＥＦ／（２ＲＡＰＣＳＥＴ）

ＲＡＰＣＳＥＴ确定后，实际提供的反馈电流ＩＭＤ就确定了，这样，ＡＰＣ威廉希尔官方网站 就会根据ＩＭＤ的变化来自动调整偏置电流ＩＢＩＡＳ，从而维持平均光功率的稳定。

图3

    ３．４ ＡＰＣ环路滤波电容的设计

在ＡＰＣ威廉希尔官方网站 中，滤波电容ＣＡＰＣ的作用是延迟ＡＰＣ威廉希尔官方网站 的作用时间，减少低频信号干扰。滤波电容ＣＡＰＣ的值可由低频截止频率ｆ３ＤＢ来确定，用户可以首先根据要求确定低频截止频率ｆ３ＤＢ，然后根据下式确定ＣＡＰＣ的值。

ＣＡＰＣ（μＦ）≈η６８ρＭＯＮ／ｆ３ＤＢ(ｋＨｚ）

为滤除高频噪声，在ＭＤ端需接一下拉电容ＣＭＤ到地，一般情况下，下拉电容ＣＭＤ的值约为滤波电容ＣＡＰＣ值的四分之一。

３．５ 注意事项

在设计过程中，为使威廉希尔官方网站 正常工作，对各种电流要有一定的条件限制。若所需调制电流不大于６０ｍＡ，ＭＡＸ３７３７和外接激光管可采用直流耦合方式；若调制电流大于６０ｍＡ，则应采用交流耦合方式。不管采用哪种耦合方式，在输出端ＯＵＴ＋，各种电流都应满足如下要求：

(１） 对于直流耦合

ＶＯＵＴ＋＝ＶＣＣ－ＶＤＩＯＤＥ－ＩＭＯＤ(ＲＤ＋ＲＬ）－ＩＢＩＡＳＲＬ≥０．７Ｖ

式中，ＶＤＩＯＤＥ为激光二极管的偏置端电压，典型值为１．２Ｖ；ＲＬ是激光二极管的偏置端电阻，典型值为５Ω；ＲＤ为串行匹配电阻，典型值为２０Ω。

(２) 对于交流耦合

ＶＯＵＴ＋＝ＶＣＣ－ＩＭＯＤ（ＲＤ＋ＲＬ)／２≥０．７５Ｖ

此外，由于ＭＡＸ３７３７是高频产品，威廉希尔官方网站 布局对其影响很大，在威廉希尔官方网站 设计时，应当采用性能比较优越的高频布局技术，同时，用户应采用具有公共接地层的多层威廉希尔官方网站 板来降低电磁干扰和交调失真；威廉希尔官方网站 板应采用低损耗的介质材料，以减少能量损耗；数据输入端引线和调制输出端引线应采用阻抗可控的传输线，这样?可以方便威廉希尔官方网站 调整，减少能量损耗和降低干扰。

４　结束语

ＭＡＸ３７３７激光驱动器具有同类产品无法比拟的优点，主要在于它带有三个控制威廉希尔官方网站 (ＡＰＣ威廉希尔官方网站 、ＡＭＣ威廉希尔官方网站 和温度补偿威廉希尔官方网站 ），因而能始终保持消光比的恒定?同时也适合多种传输速率，因此?该产品在光纤通信中具有广泛的应用前景。