近年来，关于通信网络技术的新闻似乎总是涉及到一些迫切需要更多带宽的声明。事实仍在重复:越来越多的人使用电话、传真、调制解调器和计算机，通过交换数兆字节的数字化信息(视频、图像、建模程序以及数据和声音)，要求占有更大的载波频谱份额。作为回应，依靠增长而蓬勃发展的高科技通信公司正在竞相满足这种对带宽的需求。在过去的十年里，主要的资源都投入到光纤网络的开发中，在这种网络中，光波通过比人的头发还细的光纤以每秒千兆比特的速度传输信息。

赌注非常高。在2000年5月的新闻发布会上，一家名为阿伯丁集团(波士顿，马萨诸塞州)的IT咨询公司预测:“光网络市场，不包括SONET元件，到2003年将增长到177亿美元。”能够提供解决运营商面临的问题的技术的供应商将会取得成功。”

在“供应商”和“技术”中使用复数强调了本文中的一个关键问题。新兴的通信网络非常复杂。虽然少数几家大公司倾向于主导光网络的全球部署，但在幕后，有多家公司开发的技术融合，每家公司都有专门的技术专长。《格言》属于后一类;我们设计了一种专门用于光收发模块的可变电阻器系列。看看Maxim的电阻器在通信网络的宏伟计划中所处的位置，就会发现通信行业开发解决方案的方式。

认清大局

光收发模块由各种制造商设计和制造。这些模块的应用包括同步光网络(SONET)和同步数字层次(SDH)、异步传输模式(ATM)、光纤分布式数据接口(FDDI)、光纤通道、快速以太网和千兆以太网。这些系统的名称反映了国际上定义的传输协议和标准的范围。另一方面，模块本身最初开发时没有明确的物理特性。

认识到一致性的必要性，如果他们的产品要成功，一群制造商联合起来，并在1998年制定了收发器模块的多源协议(MSA)。该小组由AMP公司，惠普公司，朗讯科技微电子集团，北电(北方电信)，西门子ag光纤和住友电气光波公司组成。这些各方同意将他们的模块尺寸减少一半(宽度为0.535英寸)，并指定了一套模块封装和引脚，这些模块封装和引脚可以在各种rj -45风格(包括双工LC, MT-RJ，高速光纤通道应用中使用的SC/DC光连接器。

目前，一个新的联盟正在为收发器模块起草新的MSA，反映了更大的制造商队伍和新一代模块。这些多源制造商现在包括安捷伦科技、Glaze网络产品、E2O通信、Finisar、藤仓科技美国、日立电缆、英飞凌科技、IBM、朗讯科技、Molex、OCP、Picolight、Stratos光波、住友电气光波和泰科电子。该模块规范现在被称为SFP (small form-factor pluggable)，预计传输速率可达5.0Gb/s。这些规格反映了业界对更小尺寸和更高速度的热插拔模块中高密度信号传输的推动。

要找到我们的电阻进入图片的位置，它有助于了解有关收发器模块的一些基础知识。该模块将输入的光波转换为电信号，并将输出的电信号转换回光。基于半导体激光技术的光收发器具有基础性的意义。该模块是一个印刷电路板(PCB)，而获得梦寐以求的带宽的光源是一个微小的半导体芯片:一个发光二极管或激光二极管。在近红外光谱的频率上，激光的输出可以被调制到几十千兆赫，这是一个很大的带宽。

下面简要总结了通过收发模块的信号路径。接收端口连接到输入的光纤。光电探测器二极管将光转换为电信号，然后将其放大，这样时钟和数据信号就可以被恢复、解复用，并通过电接口发送出去。光电探测器需要一个自动功率控制的偏置电路来提供恒定的工作电压(见图1)。同时，在模块的发射端，电子时钟和数据位信号被合成并锁存并发送给激光驱动器。最后，激光驱动器将信号以电流的形式发送到激光二极管，后者将电子能量转换为光。

在一些使用激光二极管的设计中，光电探测器监视激光二极管的输出，并在反馈回路中将光重新转换回测量激光实际输出功率的电路。这种反馈稳定了激光输出功率。光学反馈是这种设计的一个复杂的缺点。然而，最新的激光技术，垂直腔面发射激光器(VCSELs)，往往不需要光电探测器，因为极低的电流。

激光驱动器必须做两件事:它必须保持一致的直流偏置电流来设置激光工作点，它必须保持调制电流来携带信号。由于制造商努力增加收发器的信号吞吐量，必须仔细表征激光源的工作常数，以控制光输出。

激光二极管和VCSEL

法布里-珀罗型激光二极管从芯片的狭窄斜面边缘发出相干光束，在芯片边缘或芯片外部安装反射镜。然而，对于通信行业的未来，一个更有前途的激光源是VCSEL。顾名思义，VCSEL从芯片顶部直径5到25微米的圆形腔中垂直发射激光束(底部是未来的可能性)。这些镜子被整合成一个集成阵列，位于腔体的两端，这种设计被称为“分布式布拉格反射器”。在未来，使用多元素VCSEL阵列的并行光互连可以实现tb级的吞吐量。

学术和企业机构正在大力开发VCSEL设计，以便更广泛地部署。与边缘发射器相比，VCSEL需要更少的电流，并且具有更低的激光阈值(1mA或2mA相对于30mA)。在这个级别，简单的电流控制通常是足够的，没有额外的光电探测器来监测输出。VCSEL的发射孔径明显较大，这意味着输出光束的发散角(色散的量度)明显较小。还有几个制造和加工优势。该芯片更小，允许更多的vcsel封装在具有更多互连的晶圆上;整个晶圆上的所有vcsel都可以一次测试。最后，VCSEL在运行中比激光二极管更稳健，具有更长的预期寿命和更低的故障率。

无论是激光二极管还是VCSEL，任何光收发器中的激光发射器都是一种半导体，其光电效应取决于电流、电压和电阻的相互作用。以下一些因素会影响安全性和性能:

• 激光输出对温度极为敏感。

• 激光功率输出在激光器的使用寿命中会发生变化，这种老化随着温度的升高而增加。

• 由于vcsel在比二极管低得多的功率和温度下工作，故障率随时间的推移也相应降低。

• 激光发射器需要防止随机功率瞬变和上、下电瞬变。

• 尽管激光的近红外光对人类来说是不可见的，但进入眼睛的光束仍然会聚焦在视网膜上，并可能造成永久性损伤。由于对人身安全和激光功能的潜在严重影响，法规要求激光输出功率限制在几百微瓦。

控制激光电流不仅是vcsel和激光二极管的安全问题，而且也是影响性能的一个因素。与半导体特性一致，VCSEL的最大输出功率随着温度的降低而线性增加;相反，输出波长随温度的升高而增加。总之，控制电流对温度的响应是控制性能的重要因素。

从宏观的角度来看，我们可以将积累的事实描述如下:

• 对带宽需求的爆炸式增长导致了光网络的发展。

• 光网络通过光模块实现光电信号和电信号的物理转换。

• 收发器模块的制造商被驱动着减小物理尺寸，并将信号吞吐量提高到每秒千兆位。

• 收发模块使用光电二极管接收光信号，使用激光二极管或vcsel发送光信号。

• 随着数据速率的不断增加，模块的光源组件需要更加精确，可靠的功率控制，以防止激光故障，延长预期寿命，和/或在所需的输出参数内工作。

这最后把我们带到了Maxim的可变电阻。通过激光二极管和vcsel控制电流，从而控制功率输出的方法是控制电阻。曾经有一段时间，人类技术人员有一份全职工作，手动调整“微调”电位器，试图获得一个好的“眼模式”。对于这种控制和调谐问题，一个更好的解决方案是电子编程设备，它可以响应温度变化。

利基行业

虽然不是严格意义上的通信公司之一，但Maxim在几个相关技术方面带来了专业知识:数字控制可变电阻和电位器，EEPROM，温度传感器和极低功耗CMOS方法。为了响应千兆光技术的需求，Maxim生产了具有一系列新功能的产品系列。

凭借带EEPROM的DS1845双电位器，Dallas Semiconductor (Maxim Integrated的全资子公司)设计了半导体行业第一款带集成存储器的电位器，专门用于可插拔千兆收发器模块。DS1845结合了两个线性锥度电位计和256字节的EEPROM，这是MSA标准所要求的。更高分辨率的256位电位器可用于控制调制电流，100位电位器可用于控制偏置电流。用户配置输出和存储雨刷设置和所需的串行ID数据在片上，非易失性EEPROM存储器供参考在操作期间。

在旨在缩小为sfp的模块中，更密集的集成组件将存储器和两个单独配置的电位器结合在一起，通过替换多个部件来节省空间。此外，DS1845的2线接口满足收发器生产商对在线可编程性的要求，并与现有的2线EEPROM兼容。

为了满足更特殊的需求，达拉斯半导体公司开发了DS1846，它结合了三个线性锥度电位计，非易失性存储器和一个CPU管理器，采用简化的TSSOP封装。在这样一个小芯片上的这种集成度节省了电路板空间，降低了成本和采购延迟，加快了产品开发。与DS1845一样，非易失性存储器用于配置和存储特定应用的校准数据。而且，为了控制每个电位器的刮水器设置，还有可用于用户特定数据的存储空间。

DS1846的片上微监视器跟踪电压。当检测到超容差电压水平时，微监视器启动并保持系统复位，直到安全操作条件返回。微监视器是可编程的各种电压水平，包括手动复位。

第三个电位器可用于监测另一个变量或为其他电阻器之一提供粗修剪。

专为苛刻的激光应用，DS1847和DS1848补偿激光的温度范围内的热特性(见图2)。DS1848有一个额外的128字节的通用EEPROM;否则两者是相似的。芯片在板载查找表(LUT)中存储与温度相关的电阻特性。集成的温度传感器在激光操作过程中不断测量和报告温度。DS1847或DS1848将测量值与存储在LUT中的值进行比较，并根据设计人员定义的电阻特性调整电阻。由温度传感器确定的值也存储在EEPROM中(每10毫秒更新一次)，并通过2线总线提供给用户。还应该注意的是，DS1847和DS1848是自动操作的。当检测到温度变化时，控制电路自动调整电阻以实现补偿电流值，而无需用户干预。

作为一个整体，所有的Maxim电路采用低功耗CMOS技术，有助于保持一个敏感的功率预算。所有电路在整个工业温度范围内工作，并具有3V和5V电源。

显然，在像光通信网络这样一个庞大、复杂、受驱动的市场中，许多参与者在许多层面上运作。激光是一项新奇技术中的明星，它的成功可能取决于一个相对老而熟悉的参与者，那就是不起眼的电阻器。当然，马克西姆对这个寓言寓意的告诫是:“这不再是你祖父的电阻了。”