摘要: 本应用简介介绍了用于偏置光学激光驱动器的两种拓扑结构(开环和闭环),并演示了使用DS1847数字电位器和MAX3273激光驱动器的示例。
本应用简介介绍了用于偏置光学激光驱动器的两种拓扑结构(开环和闭环),并演示了使用DS1847数字电位器和MAX3273激光驱动器的示例。激光模块设计人员可以使用固定电阻、机械罐、数字罐或数字转换器(DAC)来控制激光驱动器的调制和偏置电流。可编程方法(POT或DAC)的优点是制造过程可以自动化,并且可以应用数字控制(例如,补偿温度)。使用POTs可能是比DAC更简单的方法。使用POT可能会有一点成本优势,但与设计的其他部分相比,这通常并不重要。使用DAC可以提供优势,包括改进的线性度(转换为易于软件实现和达到所需精度的能力),增加的板密度,更宽的分辨率范围,更好的优化范围,易于使用负电压激光驱动器,以及单位对单位的一致性。
在开环和闭环操作的背景下,回顾了激光驱动器与控制它的数字控制电位器和电阻器之间的不同电接口模式。这些光纤系统的目标是利用激光驱动器的偏置和调制电路来改变光的振幅,使光功率在两个电平(P0和P1)之间摆动。
在图1a的偏置控制拓扑中,可变电阻设置一个电流(I1),该电流被放大并馈送到共阴极激光二极管(或从共阳极类型沉没)。电阻器上最常见的电压是1.2V,这是由激光驱动器内部的带隙参考得来的。I1的范围从微安到几毫安,I2的范围从几十毫安到100毫安。在某些应用中,电阻器提供电流,它可以连接到固定基准或电源而不是地。
图1b显示了一个低侧电路(相对于地的控制),其中输入电压V1设置了一个内部电流I1,该电流被放大到I2,通过源电流或下沉电流驱动激光。这个电路中的电位器对于V1看到的高输入阻抗是理想的。(在图1a配置中,可变电阻更合适。)
对于高侧控制(图1c),降低的控制电压(V1)导致I1和激光驱动电流I2的增加。因此,为了提高激光输出的平均光功率,图1a中的电阻必须减小,图1b中的V1必须增大,图1c中的V1必须减小。
图1所示。开环方法控制激光偏置电流包括(a)低侧控制(激光阴极接地)与可变电阻,或(b)电位器驱动高阻抗输入,和(c)高侧控制(激光阳极接地)与负电源。
图1所示。开环方法控制激光偏置电流包括(a)低侧控制(激光阴极接地)与可变电阻,或(b)电位器驱动高阻抗输入,和(c)高侧控制(激光阳极接地)与负电源。
图1所示。开环方法控制激光偏置电流包括(a)低侧控制(激光阴极接地)与可变电阻,或(b)电位器驱动高阻抗输入,和(c)高侧控制(激光阳极接地)与负电源。
用于控制激光调制电平的电路配置(图2a和2b)与用于控制偏置电流的电路配置相似。数据载波的调幅产生开关电流。为了增加发射光的峰间幅值,可以降低图2a中的可变电阻或增大图2b中的V3。(这些图表显示了向激光器注入偏置电流以及调制电流。)在图1b和2b中,请注意,携带I1或I3的激光驱动器IC的输入级可以是双极npn晶体管。
图2。用于激光调制电流低侧控制的电路类似于图1a和图1b中用于控制偏置电流的电路。
图2。用于激光调制电流低侧控制的电路类似于图1a和图1b中用于控制偏置电流的电路。
平均功率控制(APC)是调节激光器平均光输出的常用手段。激光在反馈路径上由光电二极管监视器控制,从而实现激光的闭环控制。
不太常见的是闭环调制控制电路。图3a和3b显示了这种激光驱动器的电阻接口。
在图3a中,激光偏置电流是光电二极管监视器(Ifa)反馈的电流与参考电流(I1)之间误差的放大版本。随着可变电阻的减小,I1增大。因为如果a跟踪11,平均光功率也会增加。
图3b是闭环调制的简化表示。比较来自光电二极管电流(Ifb)的反馈信号与参考电流(I3)产生的误差,该误差被放大并用于调制数据载波幅度,从而产生开关电流。随着电阻的减小,峰对峰光功率增加。偏置电流(I2)包含在图3b中以完成该图。
图3。(a)允许闭环激光控制的光电二极管监视器也可以容纳(b)调制电流的控制。
图3。(a)允许闭环激光控制的光电二极管监视器也可以容纳(b)调制电流的控制。
为了将激光驱动器MAX3273连接到DS1847数字控制电阻,首先确定平均光功率(Pavg)和峰对峰光调制功率(Pmod)。
Pavg由激光驱动器周围的APC环路调节(图3a),并直接取决于I1和光电二极管的响应度(以mA/mW为单位)。DS1847电阻器设置I1等于1.2/R。接下来,Pavg = 1/响应度= 1.2/(响应度× R)
注意R在实现所需平均功率时对光电二极管特性的依赖。因此,为了达到合理的设计成品率,建议设计者了解该参数的统计分布及其与温度的依赖关系。例如,Pavg = 0.4mW的DFB激光器(SLT2170-LN)产生的光电二极管电流范围从0.15mA以上,这反过来又需要<8k欧姆;阻力。DS1847内部的电阻1应用于APC功能。
Pmod在激光驱动器内不受调节,因此运行开环。它由设置为I3的电阻器控制(参见图2a)。反过来,I3设置峰对峰调制电流,将其添加到偏置电流中并注入激光器。因此,激光输出由直流分量和脉冲分量组成。脉冲分量(Pmod)取决于以mW/mA表示的激光量子效率(η)、增益Gm(图2a)和I3(等于1.2/Rmod)。因此,Pmod = 1.2 × Gm × h/Rmod。
同样,对于给定的Pmod, Rmod取决于η,因此了解h的变化非常重要。对于包含相同激光器(SLT2170-LN)的系统,Pmod = 0.6mW, Gm = 165, η = 0.06,所需电阻小于20k欧姆;DS1847的电阻0应该用于调制功能。
DS1847包括温度补偿查找表(请参阅Maxim/Dallas半导体应用程序注释167:DS1847/1848查找表的注意事项)。这种补偿对于APC和调制控制是必不可少的。在APC模式下,该表用于抵消光电二极管响应度的温度依赖性,根据SLT2170-LN数据表,其变化可达±1.5dB(约40%)。至于调制,相应的表格主要用于抵消激光效率η的温度依赖性,其变化可达±3dB(2倍)。
查找表的另一个好处是它们有助于补偿激光驱动器增益、电阻器值和应用程序中其他参数对温度的依赖。DS1847电阻器值在达拉斯工厂的不同温度下表征。结果符合一个方程,其系数存储在寄存器中,以便在客户现场校准时使用(参见应用说明167)。
为了说明上一段中描述的一些概念,图4a、4b和4c显示了用查找表进行温度补偿后激光器和光电二极管的典型特性。
图4。如果使用如图1a所示的开环操作,则通过查找表实现激光偏置电流变化。
图4 b。如果使用开环操作(如图2a),则使用查找表实现峰对峰激光调制电流变化。
图4 c。如果使用闭环操作(APC),如图3a,则通过查找表实现集成的光电二极管电流变化。
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