【文章內(nèi)容簡介】 有多種方式配置差分驅(qū)動(dòng)輸出，這些配置方式中的絕大多數(shù)可分成兩種類型：電感上拉式和電阻上拉式兩種。1)電感上拉方式：，圖中指示了邏輯1和邏輯0的電流路徑。由于激光器的正向電壓與OUT+引腳隔離，用MAX3735時(shí)可得到高達(dá)70mA的調(diào)制電流。上拉(電感連接到VCC)可由電感器或鐵氧體磁珠或二者的組合實(shí)現(xiàn)。直接連接到0UT引腳的元件應(yīng)具有小的直流阻抗和在MHz到GHz頻率范圍具有高阻特性。鐵氧體磁珠(如TDK MMZ1608A152ET和Murata BLMl8HG601SN)在此可很好地滿足要求，也可增加額外的串聯(lián)電感和并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)以提高性能。 差分驅(qū)動(dòng)(電感上拉)2)電阻上拉方式電阻上拉方式()與電感上拉方式非常相似，只是0UT引腳的上拉元件是電阻。這種方式提供了背向匹配，而且，只需少量電感，但傳遞給激光器的總調(diào)制電流減少了，可得到的調(diào)制電流大約為70mA．連接在激光器陽極與VCC之間的電感選擇與上拉電感的選擇相同(鐵氧體磁珠電感或二者的組合)，與其他上拉方式一樣，增加額外的電感和改善性能。并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)這些方式中的每一種都有可能變動(dòng)。例如電阻上拉方式的，串聯(lián)電阻是可選的，并且附加的交流耦合電容可加在電阻與OUT一端的磁珠之間。精確的元件和元件參數(shù)因線路板布局和所用激光器阻抗的不同而改變。 差分驅(qū)動(dòng)(電阻上拉) 光接收部分光接收部分電路主要由光電探測(cè)器、跨阻放大器、限幅放大器等幾部分構(gòu)成。： 光接收模塊原理框圖 光探測(cè)器系統(tǒng)常要求的檢測(cè)量是接收光功率的檢測(cè)和無光告警。光探測(cè)器是接收機(jī)的核心部件，是在極其微弱的光信號(hào)條件下工作的，在光電轉(zhuǎn)換過程中所引入的噪聲大小，對(duì)提高數(shù)字光接收機(jī)的主要性能指標(biāo)起著十分重要的作用。在數(shù)字光纖通信中常用的光探測(cè)器主要有本征光電二極管PIN和雪崩光電二極管(APD)。PIN光電二極管沒有倍增，使用簡單，工作偏壓低，無光放大功能，對(duì)溫度不敏感，對(duì)電源要求低，而且可以固定不變，不需任何控制，適合于短程傳輸系統(tǒng)。APD具有很高的內(nèi)部倍增因子，環(huán)境溫度對(duì)它的特性影響很大，需要較高的工作偏壓，但與合理設(shè)計(jì)的電子放大器結(jié)合，可以使APD工作在最佳工作狀態(tài)，得到比PIN高lOdB以內(nèi)的接收靈敏度，適合長距離傳輸系統(tǒng)。APD探測(cè)器需要40到60伏的偏置電壓，標(biāo)準(zhǔn)的PIN二極管的偏置電壓為1到3伏。光檢測(cè)器處于光直接檢測(cè)與前置放大單元中，實(shí)際上是一個(gè)光電變換器，通常內(nèi)部還包括有前置放大器(TIA)，用于對(duì)檢測(cè)到的微弱信號(hào)進(jìn)行預(yù)放，它完成將從光纖線路上接收的光信號(hào)變換為電信號(hào)的功能。由于光信號(hào)變換為電信號(hào)的過程是一個(gè)統(tǒng)計(jì)過程，因此有一定的光接收靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍。當(dāng)接收光功率低于光接收靈敏度時(shí)，則在其負(fù)載上檢不出光電流，而當(dāng)接收光功率過高超出動(dòng)態(tài)范圍時(shí)則出現(xiàn)光電流過飽和現(xiàn)象。 前置放大器低噪聲前置放大器作用是放大光電二極管產(chǎn)生的微弱電信號(hào)，以供主放大器進(jìn)一步放大和處理。前置放大器在減弱或防止電磁干擾和抑制噪聲方面起著特別重要的作用，設(shè)計(jì)要在帶寬和靈敏度之間進(jìn)行折衷。性能優(yōu)良的光接收模塊應(yīng)具有無失真地檢測(cè)和恢復(fù)微弱信號(hào)的能力，要求其前端應(yīng)有低噪聲、高靈敏度和足夠的帶寬。阻抗前端根據(jù)不同的應(yīng)用要求，前端的設(shè)計(jì)是不同的。常用的有低阻抗前端、高阻抗前端和跨阻抗前端。(1)低阻抗前端低阻抗前端電路簡單，不需要或只需要很少的均衡，前置級(jí)的動(dòng)態(tài)范圍也較大，但缺點(diǎn)是靈敏度較低，噪聲比較高。(2)高阻抗前端為減少低阻抗前端熱噪聲，可采用高阻抗前端設(shè)計(jì)方案，但是負(fù)載阻抗RL增大后將使前置放大器動(dòng)態(tài)范圍縮小，而且當(dāng)比特率較高時(shí)，輸入端信號(hào)的高頻分量損失過大，對(duì)均衡電路要求很高，很難實(shí)現(xiàn)，所以高阻抗前端一般只適用于低速系統(tǒng)。光電二極管產(chǎn)生的信號(hào)光電流流經(jīng)前置放大器的輸入阻抗時(shí)，將產(chǎn)生信號(hào)光電壓，使用大的負(fù)載電阻，可使該輸入電壓增大，因此，常常使用高阻抗前置放大器。高輸入阻抗前置放大器的主要缺點(diǎn)是它的帶寬窄，假如▽f小于比特率B，就不能使用高輸入阻抗前置放大器。為了擴(kuò)大帶寬，有時(shí)使用均衡技術(shù)。均衡器扮演著濾波器的作用，它對(duì)信號(hào)進(jìn)行衰減，對(duì)信號(hào)低頻分量的衰減大，高頻分量衰減少，從而有效地增大了前置放大器的帶寬。 跨阻抗前端(3)跨(互)阻抗前端該前端將負(fù)載電阻連接為反相放大器的反饋電阻，因而又稱為互阻抗前端。它是一個(gè)性能優(yōu)良的電流/電壓轉(zhuǎn)換器，即使RL很高，而負(fù)反饋使有效輸入阻抗降低了G倍，G是前置放大器增益，從而使其帶寬比高阻抗前端增加了G倍，動(dòng)態(tài)范圍也提高了，所以具有頻帶寬、噪聲低、靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍大等綜合優(yōu)點(diǎn)被廣泛采用。因此光接收機(jī)常使用這種結(jié)構(gòu)的前放。它的主要設(shè)計(jì)問題是反饋環(huán)路的穩(wěn)定性。放大分為線性放大和非線性放大兩種。線性放大由主放大器、均衡器和自動(dòng)增益控制電路組成。為了校正和補(bǔ)償前端對(duì)帶寬的限制，在主放大器之前還可插入一個(gè)均衡器。采用自動(dòng)增益控制電路，在接收機(jī)平均入射光功率一定的范圍內(nèi)，也可把放大器的增益自動(dòng)控制在固定的輸出電平上。低通濾波器的作用是整形電壓脈沖，減小噪聲，同時(shí)避免引入更多的碼間干擾。非線性前置放大器可限制輸出信號(hào)的動(dòng)念范圍，避免前置放大器工作在飽和狀態(tài)，非線性放大特性如圖中的折線所示。如果輸入光功率，前放工作在線性放大區(qū)：當(dāng)時(shí)，前放的輸出接近一個(gè)固定的電平。這樣在沒有增大前放輸出動(dòng)態(tài)范圍的條件下，增加了輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。該前置放大器采用的是一個(gè)跨阻抗前端。根據(jù)差動(dòng)放大器的輸入輸出特性，采用式近似理想的非線性放大特性。其中為非線性前放輸出限幅電平，K為放大系數(shù)， (28)為光電二極管PIN產(chǎn)生的光電流，為非線性前放的輸出。圖中的近似曲線反映了由式?jīng)Q定的與的關(guān)系。這里，假定K=1000，=20dBm。 非線性放大特性曲線由于經(jīng)過光電探測(cè)器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)一般非常微弱，電壓多為mV級(jí)，所以跨阻抗前置放大器的作用主要有兩個(gè)方面：對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形恢復(fù)。因?yàn)檫@時(shí)候接收到的電信號(hào)其幅度相位在發(fā)射后經(jīng)過延遲發(fā)生了很大的變化，為了保證接收的工作頻率范圍內(nèi)的正確信號(hào)后續(xù)的處理，同時(shí)減少外在噪聲的干擾，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形并恢復(fù)輸出到主放大器。對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。由于這時(shí)接收到的電信號(hào)電壓很低，為了保證信號(hào)電壓達(dá)到后續(xù)主放大器的工作驅(qū)動(dòng)電壓需要對(duì)信號(hào)電壓放大。它由一級(jí)互阻放大器、一級(jí)電壓放大器、一路輸出緩沖器、一個(gè)直流反饋的消除電路和信號(hào)強(qiáng)度指示器組成。 MAX3744功能圖其中互阻放大器由高增益放大器、反饋電阻以及兩個(gè)背靠背的肖特基二極管組成，輸入端的信號(hào)電流流入高增益放大器的求和節(jié)點(diǎn)，通過反饋電阻的并聯(lián)反饋將信號(hào)電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，兩只背靠背的肖特基二極管與反饋電阻并聯(lián)，用于在輸入電流過大時(shí)鉗位輸出信號(hào)。： 輸出信號(hào)鉗位電壓放大器的作用是對(duì)互阻放大器輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行放大，并將單端輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分輸出。直流消除電路利用低頻反饋消除輸入信號(hào)的直流成分，使輸入信號(hào)處于互阻放大器線性范圍的中心，降低了大輸入信號(hào)帶來的脈寬失真，直流消除電路采用內(nèi)部補(bǔ)償，無需外部電容。： 直流消除效應(yīng)輸出緩沖器提供反向終端匹配的電壓輸出，用于驅(qū)動(dòng)OUT+和 OUT間的1OOR差分負(fù)載，一般使MAX3744直接耦合到MAX3748。信號(hào)強(qiáng)度指示器能夠產(chǎn)生一個(gè)與光電二極管平均電流成比例的信號(hào)。此信號(hào)是加到數(shù)據(jù)輸出OUT+和 OUT的共模電壓。MAX3744的RSSI信號(hào)與MAX3748和DSl859配合使用可以完全滿足SFF8472對(duì)平均接收功率的監(jiān)測(cè)。 限幅放大器光接收模塊中，一個(gè)高增益放大器(稱為主放大器)與一個(gè)低通濾波器組成接收模塊的線性通道，對(duì)信號(hào)進(jìn)行高增益放大與整形，提高信噪比，減少誤碼率。有時(shí)在主放大器前接入一個(gè)均衡濾波器以校正前端有限的帶寬。自動(dòng)增益控制(AGC)將放大器的平均輸出電壓限制在固定電平而不隨輸入平均光功率而變。低通濾波器使電壓脈沖整形，降低噪聲，控制可能出現(xiàn)的碼間串?dāng)_。接收模塊噪聲正比于接收模塊帶寬，為降低噪聲，采用帶寬△f小于比特率B的低通濾波器。在接收模塊的設(shè)計(jì)中其他部件的帶寬均大于濾波器帶寬，因此接收模塊的帶寬主要由線性通道的低通濾波器決定。當(dāng)△fB時(shí)，電脈沖展寬超過了規(guī)定的比特時(shí)隙，將可能干擾相鄰比特時(shí)隙的檢測(cè)，引起碼間串?dāng)_。隨著光收發(fā)模塊尺寸的減小，對(duì)帶有接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)、結(jié)構(gòu)緊湊的限幅放大器的需求也迅速增長。限幅放大器可提供低抖動(dòng)數(shù)據(jù)輸出，而RSSI則可反映出互阻放大器(TIA)增益的變化和激光管的變化，監(jiān)視光輸入功率。這兩種性能都是可熱插拔的小型化結(jié)構(gòu)((SFP)多源協(xié)議及其它應(yīng)用所必需的。通過光二極管互阻放大器限幅放大器檢測(cè)光信號(hào)時(shí)，限幅放大器確定數(shù)據(jù)是“1”，還是“0”。如果信號(hào)為“1”、而且信噪比相當(dāng)?shù)?，受噪聲的影響，信?hào)有可能跌落到高電平的判決門限以下，使限幅放大器輸出為“0”。如果利用AGC和工作在線性區(qū)域的TIA保持一條從光二極管到后置放大器的線性信號(hào)通路，可由下一級(jí)電路(通常是時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)單元)做出高、低電平的判決。帶有縱向門限調(diào)節(jié)的時(shí)鐘與數(shù)據(jù)恢復(fù)(CDR)電路可以將電平判決門限調(diào)節(jié)到噪聲電平以下，以獲得最低誤碼率(BER)限幅放大器其功能主要是通過電路中的若干放大器對(duì)信號(hào)功率進(jìn)行逐級(jí)放大，同時(shí)由時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路提取出的時(shí)鐘和復(fù)位信號(hào)對(duì)接收到的信號(hào)動(dòng)態(tài)建立判決閉值以使數(shù)據(jù)恢復(fù)輸出．在多級(jí)直接耦合放大器中，零點(diǎn)漂移產(chǎn)生的輸出干擾將使放大器無法放大和輸出微弱信號(hào)，輸入級(jí)的零漂是產(chǎn)生這種干擾的主要原因，如果輸入級(jí)采用差動(dòng)放大器則將大大減少直流耦合的零點(diǎn)漂移。在高速光纖系統(tǒng)中，由于噪聲、定時(shí)濾波器失諧、碼間干擾、有限脈寬作用、限幅器的門限漂移等方面的影響，將會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)現(xiàn)象。其主要表現(xiàn)為：輸出信號(hào)的失真，發(fā)生誤碼等，這些勢(shì)必影響信號(hào)的傳輸質(zhì)量。為了保證整個(gè)傳輸系統(tǒng)的性能。設(shè)法減少系統(tǒng)的抖動(dòng)是關(guān)鍵因素之一，也是必需探討的問題之一。鎖相環(huán)路中壓控振蕩和數(shù)字窄帶濾波器的穩(wěn)定性對(duì)光模塊抖動(dòng)輸出和抖動(dòng)容限的影響較大，應(yīng)盡量選擇性能良好的集成式鎖相環(huán)器件：時(shí)鐘與信碼之間的相位關(guān)系對(duì)輸入抖動(dòng)容限影響較大，為提高輸入抖動(dòng)容限，應(yīng)盡量使時(shí)鐘的上升邊對(duì)準(zhǔn)脈沖寬度的中間：抖動(dòng)傳遞函數(shù)與光發(fā)射脈沖的形狀和抖動(dòng)性能有關(guān)，為了改善光接收模塊的抖動(dòng)傳遞函數(shù)，光信號(hào)進(jìn)人光接收模塊前應(yīng)進(jìn)行整形。MAX3748的組成部分MAX3748芯片通常放置在光電探測(cè)器和互倒系數(shù)及前置放大器之后，限制處理放大器給邏輯輸出提供必需的增益。MAX3748芯片由輸入緩沖器、多級(jí)放大器、失調(diào)校準(zhǔn)電路、輸出緩沖器、功率檢測(cè)電路及信號(hào)檢測(cè)電路組成。1)輸入緩沖器：輸入緩沖器為每一個(gè)輸入信號(hào)IN+和IN提供50Ω的端接電阻。MAX3748與TIA可以是直流耦合或交流耦合。如果TIA采用MAX3744，則MAX3748與TIA采用直流耦合。CML輸入緩沖器處于最優(yōu)化。高帶寬的增益范圍約為53dB。 MAX3748 CML輸入緩沖器2)CML輸出緩沖：MAX3748限幅放大器的CML輸出為阻抗失配和感性連接器提供了較高的容限。輸出電流大約是18mA。將DISABLE引腳與VCC連接可禁止輸出。當(dāng)LOS端與DISABLE端相連時(shí)，只要輸入信號(hào)電平低于LOS門限，輸出端OUT+和OUT將處于靜態(tài)電壓狀態(tài)(靜噪)。輸出緩沖器可以交流或直流耦合到負(fù)載。 MAX3748 CML輸出緩沖器3)校準(zhǔn)環(huán)路：由于其高增益的特性，在信道傳輸中MAX3748易于受到信號(hào)通路直流失調(diào)的影響。在使用占空比為50%的NRZ碼型的通信系統(tǒng)中，信號(hào)的脈寬失真或互阻放大器產(chǎn)生的脈寬失真表現(xiàn)為輸入失調(diào)，需要靠失調(diào)校準(zhǔn)環(huán)路抑制。對(duì)于千兆位以太網(wǎng)和光纖通道應(yīng)用無需使用電容。對(duì)于SONET應(yīng)用中，推薦值=。此電容決定了數(shù)據(jù)通路的3dB頻率。 MAX3748功能框圖4)檢測(cè)和信號(hào)丟失指示器：MAX3748有一個(gè)LOS電路，指示輸入信號(hào)是否低于設(shè)置門限，門限值由TH引腳的外接Rth電阻設(shè)置。平均峰值功率檢測(cè)器將輸入信號(hào)幅度和此門限進(jìn)行比較，返回比較信息給集電極開路輸出的LOS。兩路控制電壓和，定義了LOS的報(bào)警和解除報(bào)警門限。為了防止LOS在設(shè)定門限附近動(dòng)作，在LOS的報(bào)警/解除報(bào)警電路中引入了大約2dB的滯回。一旦報(bào)警產(chǎn)生，LOS將在輸入信號(hào)幅度恢復(fù)到所需要的電平后解除報(bào)警。 MAX3748的LOS輸出電路MAX3748參數(shù)設(shè)計(jì)設(shè)定LOS報(bào)警閾值由外部電阻Rth設(shè)定LOS閾值。我們可以根據(jù)設(shè)計(jì)參考圖選擇電阻。1)設(shè)定耦合電容值當(dāng)需要進(jìn)行交流耦合時(shí)，應(yīng)選取耦合電容和的值，使接收器的確定性抖動(dòng)性最小。當(dāng)輸入低通頻率截止值()降低時(shí)抖動(dòng)將會(huì)減少。 (29)對(duì)于使用NRZ碼型的ATM/SONET或其他應(yīng)用中，選取≥≥，可以提供＜32KHz，對(duì)于使用8B/10B數(shù)據(jù)碼型的光纖信道、吉比特以太網(wǎng)或其他應(yīng)用，選取≥≥，可以提供＜320KHz。2)失調(diào)校準(zhǔn)電容設(shè)定和之間的電容值決定了信號(hào)通道直流失調(diào)抑制環(huán)路的時(shí)間常數(shù)。為保持穩(wěn)定，要在和直流失調(diào)抑制電路的對(duì)應(yīng)低截止頻率()之間保持十倍的間隔。對(duì)于使用NRZ碼型的ATM/SONET或其他應(yīng)用中，＜32KHz，故＜，因此=(=2KHz)。對(duì)于光纖通道、G比特以太網(wǎng)或其它應(yīng)用，使和開路。3)RSSI實(shí)現(xiàn)SFF8472數(shù)字診斷規(guī)范要求監(jiān)視輸入接收功率。MAX3748和MAX3744接收組件通過測(cè)量光電二極管的平均直流電流監(jiān)視接收平均光功率值。MAX3744前置放大器測(cè)量光電二極管的平均電流，并將測(cè)量結(jié)果提供給共模輸出。MAX3748的RSSI電路檢測(cè)輸入信號(hào)IN+和1N的共模直流電平，產(chǎn)生一個(gè)與光電二極管電流成正比、以地為參考的輸出信號(hào)(RSSI)。這個(gè)實(shí)現(xiàn)方式的優(yōu)點(diǎn)在于它允許TIA封裝在低功耗的傳統(tǒng)的4腳T046中。將MAX3748的RSSI輸出與DSl859模擬輸入通道連接，可將模擬信息轉(zhuǎn)換為16位數(shù)字。DSl859通過2線接口為光接收器主板提供接收器功率信息，同時(shí)DSl859