【文章內容簡介】 有多種方式配置差分驅動輸出，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時可得到高達70mA的調制電流。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現(xiàn)。直接連接到0UT引腳的元件應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)絡以提高性能。 差分驅動(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制電流減少了，可得到的調制電流大約為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)絡串聯(lián)這些方式中的每一種都有可能變動。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。 差分驅動(電阻上拉) 光接收部分光接收部分電路主要由光電探測器、跨阻放大器、限幅放大器等幾部分構成。： 光接收模塊原理框圖 光探測器系統(tǒng)常要求的檢測量是接收光功率的檢測和無光告警。光探測器是接收機的核心部件，是在極其微弱的光信號條件下工作的，在光電轉換過程中所引入的噪聲大小，對提高數(shù)字光接收機的主要性能指標起著十分重要的作用。在數(shù)字光纖通信中常用的光探測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，對溫度不敏感，對電源要求低，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具有很高的內部倍增因子，環(huán)境溫度對它的特性影響很大，需要較高的工作偏壓，但與合理設計的電子放大器結合，可以使APD工作在最佳工作狀態(tài)，得到比PIN高lOdB以內的接收靈敏度，適合長距離傳輸系統(tǒng)。APD探測器需要40到60伏的偏置電壓，標準的PIN二極管的偏置電壓為1到3伏。光檢測器處于光直接檢測與前置放大單元中，實際上是一個光電變換器，通常內部還包括有前置放大器(TIA)，用于對檢測到的微弱信號進行預放，它完成將從光纖線路上接收的光信號變換為電信號的功能。由于光信號變換為電信號的過程是一個統(tǒng)計過程，因此有一定的光接收靈敏度和動態(tài)范圍。當接收光功率低于光接收靈敏度時，則在其負載上檢不出光電流，而當接收光功率過高超出動態(tài)范圍時則出現(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生的微弱電信號，以供主放大器進一步放大和處理。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，設計要在帶寬和靈敏度之間進行折衷。性能優(yōu)良的光接收模塊應具有無失真地檢測和恢復微弱信號的能力，要求其前端應有低噪聲、高靈敏度和足夠的帶寬。阻抗前端根據(jù)不同的應用要求，前端的設計是不同的。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，前置級的動態(tài)范圍也較大，但缺點是靈敏度較低，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計方案，但是負載阻抗RL增大后將使前置放大器動態(tài)范圍縮小，而且當比特率較高時，輸入端信號的高頻分量損失過大，對均衡電路要求很高，很難實現(xiàn)，所以高阻抗前端一般只適用于低速系統(tǒng)。光電二極管產生的信號光電流流經(jīng)前置放大器的輸入阻抗時，將產生信號光電壓，使用大的負載電阻，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。為了擴大帶寬，有時使用均衡技術。均衡器扮演著濾波器的作用，它對信號進行衰減，對信號低頻分量的衰減大，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。它是一個性能優(yōu)良的電流/電壓轉換器，即使RL很高，而負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，動態(tài)范圍也提高了，所以具有頻帶寬、噪聲低、靈敏度高、動態(tài)范圍大等綜合優(yōu)點被廣泛采用。因此光接收機常使用這種結構的前放。它的主要設計問題是反饋環(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、均衡器和自動增益控制電路組成。為了校正和補償前端對帶寬的限制，在主放大器之前還可插入一個均衡器。采用自動增益控制電路，在接收機平均入射光功率一定的范圍內，也可把放大器的增益自動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的動念范圍，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)：當時，前放的輸出接近一個固定的電平。這樣在沒有增大前放輸出動態(tài)范圍的條件下，增加了輸入信號的動態(tài)范圍。該前置放大器采用的是一個跨阻抗前端。根據(jù)差動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)過光電探測器進行光電轉換后的電信號一般非常微弱，電壓多為mV級，所以跨阻抗前置放大器的作用主要有兩個方面：對信號進行整形恢復。因為這時候接收到的電信號其幅度相位在發(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的正確信號后續(xù)的處理，同時減少外在噪聲的干擾，需要對信號進行整形并恢復輸出到主放大器。對信號進行放大。由于這時接收到的電信號電壓很低，為了保證信號電壓達到后續(xù)主放大器的工作驅動電壓需要對信號電壓放大。它由一級互阻放大器、一級電壓放大器、一路輸出緩沖器、一個直流反饋的消除電路和信號強度指示器組成。 MAX3744功能圖其中互阻放大器由高增益放大器、反饋電阻以及兩個背靠背的肖特基二極管組成，輸入端的信號電流流入高增益放大器的求和節(jié)點，通過反饋電阻的并聯(lián)反饋將信號電流轉換為電壓信號，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鉗位輸出信號。： 輸出信號鉗位電壓放大器的作用是對互阻放大器輸出的電壓信號進行放大，并將單端輸入的電壓信號轉換為差分輸出。直流消除電路利用低頻反饋消除輸入信號的直流成分，使輸入信號處于互阻放大器線性范圍的中心，降低了大輸入信號帶來的脈寬失真，直流消除電路采用內部補償，無需外部電容。： 直流消除效應輸出緩沖器提供反向終端匹配的電壓輸出，用于驅動OUT+和 OUT間的1OOR差分負載，一般使MAX3744直接耦合到MAX3748。信號強度指示器能夠產生一個與光電二極管平均電流成比例的信號。此信號是加到數(shù)據(jù)輸出OUT+和 OUT的共模電壓。MAX3744的RSSI信號與MAX3748和DSl859配合使用可以完全滿足SFF8472對平均接收功率的監(jiān)測。 限幅放大器光接收模塊中，一個高增益放大器(稱為主放大器)與一個低通濾波器組成接收模塊的線性通道，對信號進行高增益放大與整形，提高信噪比，減少誤碼率。有時在主放大器前接入一個均衡濾波器以校正前端有限的帶寬。自動增益控制(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)的碼間串擾。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。在接收模塊的設計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△fB時，電脈沖展寬超過了規(guī)定的比特時隙，將可能干擾相鄰比特時隙的檢測，引起碼間串擾。隨著光收發(fā)模塊尺寸的減小，對帶有接收信號強度指示(RSSI)、結構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構((SFP)多源協(xié)議及其它應用所必需的。通過光二極管互阻放大器限幅放大器檢測光信號時，限幅放大器確定數(shù)據(jù)是“1”，還是“0”。如果信號為“1”、而且信噪比相當?shù)?，受噪聲的影響，信號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通路，可由下一級電路(通常是時鐘和數(shù)據(jù)恢復單元)做出高、低電平的判決。帶有縱向門限調節(jié)的時鐘與數(shù)據(jù)恢復(CDR)電路可以將電平判決門限調節(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信號功率進行逐級放大，同時由時鐘和數(shù)據(jù)恢復電路提取出的時鐘和復位信號對接收到的信號動態(tài)建立判決閉值以使數(shù)據(jù)恢復輸出．在多級直接耦合放大器中，零點漂移產生的輸出干擾將使放大器無法放大和輸出微弱信號，輸入級的零漂是產生這種干擾的主要原因，如果輸入級采用差動放大器則將大大減少直流耦合的零點漂移。在高速光纖系統(tǒng)中，由于噪聲、定時濾波器失諧、碼間干擾、有限脈寬作用、限幅器的門限漂移等方面的影響，將會產生抖動現(xiàn)象。其主要表現(xiàn)為：輸出信號的失真，發(fā)生誤碼等，這些勢必影響信號的傳輸質量。為了保證整個傳輸系統(tǒng)的性能。設法減少系統(tǒng)的抖動是關鍵因素之一，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)定性對光模塊抖動輸出和抖動容限的影響較大，應盡量選擇性能良好的集成式鎖相環(huán)器件：時鐘與信碼之間的相位關系對輸入抖動容限影響較大，為提高輸入抖動容限，應盡量使時鐘的上升邊對準脈沖寬度的中間：抖動傳遞函數(shù)與光發(fā)射脈沖的形狀和抖動性能有關，為了改善光接收模塊的抖動傳遞函數(shù)，光信號進人光接收模塊前應進行整形。MAX3748的組成部分MAX3748芯片通常放置在光電探測器和互倒系數(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、多級放大器、失調校準電路、輸出緩沖器、功率檢測電路及信號檢測電路組成。1)輸入緩沖器：輸入緩沖器為每一個輸入信號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LOS端與DISABLE端相連時，只要輸入信號電平低于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載。 MAX3748 CML輸出緩沖器3)校準環(huán)路：由于其高增益的特性，在信道傳輸中MAX3748易于受到信號通路直流失調的影響。在使用占空比為50%的NRZ碼型的通信系統(tǒng)中，信號的脈寬失真或互阻放大器產生的脈寬失真表現(xiàn)為輸入失調，需要靠失調校準環(huán)路抑制。對于千兆位以太網(wǎng)和光纖通道應用無需使用電容。對于SONET應用中，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)檢測和信號丟失指示器：MAX3748有一個LOS電路，指示輸入信號是否低于設置門限，門限值由TH引腳的外接Rth電阻設置。平均峰值功率檢測器將輸入信號幅度和此門限進行比較，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的報警和解除報警門限。為了防止LOS在設定門限附近動作，在LOS的報警/解除報警電路中引入了大約2dB的滯回。一旦報警產生，LOS將在輸入信號幅度恢復到所需要的電平后解除報警。 MAX3748的LOS輸出電路MAX3748參數(shù)設計設定LOS報警閾值由外部電阻Rth設定LOS閾值。我們可以根據(jù)設計參考圖選擇電阻。1)設定耦合電容值當需要進行交流耦合時，應選取耦合電容和的值，使接收器的確定性抖動性最小。當輸入低通頻率截止值()降低時抖動將會減少。 (29)對于使用NRZ碼型的ATM/SONET或其他應用中，選取≥≥，可以提供＜32KHz，對于使用8B/10B數(shù)據(jù)碼型的光纖信道、吉比特以太網(wǎng)或其他應用，選取≥≥，可以提供＜320KHz。2)失調校準電容設定和之間的電容值決定了信號通道直流失調抑制環(huán)路的時間常數(shù)。為保持穩(wěn)定，要在和直流失調抑制電路的對應低截止頻率()之間保持十倍的間隔。對于使用NRZ碼型的ATM/SONET或其他應用中，＜32KHz，故＜，因此=(=2KHz)。對于光纖通道、G比特以太網(wǎng)或其它應用，使和開路。3)RSSI實現(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前置放大器測量光電二極管的平均電流，并將測量結果提供給共模輸出。MAX3748的RSSI電路檢測輸入信號IN+和1N的共模直流電平，產生一個與光電二極管電流成正比、以地為參考的輸出信號(RSSI)。這個實現(xiàn)方式的優(yōu)點在于它允許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DSl859