带消光比控制的多速率激光驱动器MAX3737

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:MAX3737是MAXIM公司生产的一种带有消光比控制的激光驱动器。该器件的传输速率为155Mbps~2.7Gbps,可用作光纤网络中的光发射机。该产品具有功耗低、工作电流小和消光比恒定等特点。文中介绍了MAX3737的主要性能、引脚功能、内部结构及工作原理;同时结合其典型应用电路介绍了MAX3737的应用设计过程。 关键词:MAX3737;ERC;APC;激光二极管 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)和温度补偿电路; ● 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电路。 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):温度补偿电路阈值设置端; 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,内部电路主要包括高速调制电路、消光比控制电路及安全逻辑控制和指示电路。其中,高速调制电路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电路组成,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。消光比控制电路包括三部分:自动功率控制APC电路、自动调制控制AMC电路和温度补偿电路,其主要作用是与监控光二极管形成反馈控制电路,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电路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,经输入缓冲电路和数据通道处理,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电路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,温度补偿电路会自动调节调制电流以维持功率稳定;当电路发生故障和其它意外情况发生时,安全逻辑控制和指示电路将通过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电路非常少,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典型应用电路如图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。下面结合典型应用电路来介绍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内部电路和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)] %26;#177;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)] ℃%26;#177;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电路就会根据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电路中,滤波电容CAPC的作用是延迟APC电路的作用时间,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,为使电路正常工作,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,电路布局对其影响很大,在电路设计时,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电路板来降低电磁干扰和交调失真;电路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可以方便电路调整,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电路(APC电路、AMC电路和温度补偿电路),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。
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