【正文】 激光器光功率自動(dòng)控制原理圖其工作過(guò)程為：激光器的背光被PIN管檢測(cè)到并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，由放大器A進(jìn)行放大后送入比較放大器B的一個(gè)輸入端。它可作為標(biāo)準(zhǔn)電壓送到比較放大器B的另一個(gè)輸入端。當(dāng)LD輸出功率增加時(shí)背光電流增大，放大器A的輸出電壓增高，這個(gè)電壓送到比較放大器B和直流參考電壓比較，使得Q1基極電位降低，Q1射極電流減小，從而使激光器光輸出功率降低，使激光器輸出穩(wěn)定的光功率。集成電路構(gòu)成的自動(dòng)功率控制電路將在后面激光器驅(qū)動(dòng)電路部分介紹。因此，為了保證激光器長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，必須采用自動(dòng)溫度控制電路使激光器的工作溫度保持在20℃左右。微制冷器多半采用半導(dǎo)體制冷器。所謂帕爾貼效應(yīng)，是指當(dāng)直流電流通過(guò)由兩種半導(dǎo)體材料組成的電偶時(shí)，在其一端吸熱，一端放熱的現(xiàn)象。半導(dǎo)體制冷器既可以制冷，又可加熱，是制冷還是加熱，以及制冷和加熱的速率，由通過(guò)它的電流方向和大小來(lái)決定。－ VCC 自動(dòng)溫度控制的原理圖圖中RRRRt構(gòu)成了一個(gè)橋式電路，Rt是一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，當(dāng)溫度升高，Rt變小，當(dāng)溫度降低，Rt變大，可以通過(guò)調(diào)節(jié)R3值來(lái)控制溫度。當(dāng)LD工作溫度升高時(shí)，Rt變小，故A輸出高電壓，TEC開(kāi)始制冷，使溫度恢復(fù)到指定溫度。 激光器驅(qū)動(dòng)電路所有用于直接調(diào)制的半導(dǎo)體激光二極管普遍需要一個(gè)直流偏置電流來(lái)設(shè)定工作點(diǎn)和信號(hào)調(diào)制電流。激光驅(qū)動(dòng)器應(yīng)當(dāng)具有足夠的偏置和調(diào)制電流范圍，以使激光二極管有足夠?qū)挼倪x擇范圍。實(shí)現(xiàn)這種補(bǔ)償?shù)淖詈梅椒ㄊ且胱詣?dòng)功率控制(APC)。根據(jù)比較結(jié)果，相應(yīng)增加或減小直流偏置，使激光器功率保持穩(wěn)定。和工作點(diǎn)一樣，光信號(hào)強(qiáng)度同樣受激光二極管特性的時(shí)漂和溫漂的影響。這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)增加一些外部電路，或采用集成自動(dòng)調(diào)制控制(AMC)得以解決。增加一個(gè)觸發(fā)器或鎖存器，使數(shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)再定時(shí)后再送入激光驅(qū)動(dòng)器輸出級(jí)，這樣可以改善抖動(dòng)性能。激光驅(qū)動(dòng)芯片MAX3735A介紹MAX3735A為+。與激光器直流耦合可滿足多速率應(yīng)用及減少外部元件數(shù)量。自動(dòng)功率控制(APC)反饋環(huán)路使平均光功率在整個(gè)溫度范圍及工作壽命內(nèi)保持恒定。MAX3735A提供發(fā)送禁止控制、帶鎖存的單點(diǎn)發(fā)送故障監(jiān)視輸出、光電流監(jiān)測(cè)以及用來(lái)指示APC環(huán)無(wú)法再保持平均光功率的偏置電流監(jiān)測(cè)功能。： MAX3735A功能框圖1)高速調(diào)制驅(qū)動(dòng)器輸出級(jí)由高速差分對(duì)和可編程調(diào)制電流源組成。當(dāng)激光二極管直流耦合到驅(qū)動(dòng)器時(shí)，調(diào)制電流擺幅可以達(dá)到60mA：采用交流耦合時(shí)，電流擺幅可達(dá)85mA。串聯(lián)阻尼電阻與激光二極管的等效串聯(lián)電阻應(yīng)等于15Ω。，任何加載在激光二極管陰極的電容都會(huì)惡化光輸出性能。2)激光器偏置與APC控制為保持穩(wěn)定的平均光功率，MAX3735A集成了一個(gè)APC環(huán)路，以補(bǔ)償激光器門(mén)限電流在整個(gè)溫度范圍和生命周期內(nèi)的變化。APC環(huán)路調(diào)節(jié)激光器偏置電流，以便使監(jiān)測(cè)器電流與設(shè)置的參考電流相匹配。3)保護(hù)電路保護(hù)電路包括輸出禁止(TX_DISABLE)、輸出故障鎖定(TX_FAULT)和故障檢測(cè)器。故障可以是與VCC或GND短路。利用可選的關(guān)斷電路，激光驅(qū)動(dòng)器提供備用的激光二極管關(guān)斷功能()。4)保護(hù)電路電流監(jiān)視器MAX3735A能夠監(jiān)視(BC_MON，PC_MON)偏置電流()和光電流()。進(jìn)入故障狀態(tài)。 參數(shù)定義1)設(shè)置調(diào)制電流如果已知激光器平均光功率()、斜效率(η)和消光比()，： (25)然后通過(guò)調(diào)制電流與調(diào)制電阻關(guān)系曲線圖查找該電流值所對(duì)應(yīng)的電阻，選擇25℃時(shí)的。合理選擇電阻，確定在整個(gè)溫度范圍和產(chǎn)品生命周期內(nèi)希望保持的監(jiān)視電流值。3)MAX3735與激光二極管的接口信號(hào)在激光二極管電接口處的反射會(huì)引起光輸出偏差，為了減少偏差，可在驅(qū)動(dòng)電路輸出與激光二極管之間串聯(lián)一只阻尼電阻。因此，與的串聯(lián)等效電阻應(yīng)為15Ω，其中是激光二極管的等效電阻。為改善性能，常在靠近激光二極管陽(yáng)極處接一旁路電容()。對(duì)普通同軸激光器，可選擇電阻和電容的初始值為：=50Ω，=8PF。4)模塊相關(guān)抖動(dòng)為滿足SFP的時(shí)序要求，并使與APC環(huán)路時(shí)間常數(shù)相關(guān)的模塊相關(guān)抖動(dòng)最小，保證環(huán)路的穩(wěn)定，在APCFILT1與APCFILT2之間接一電容。為保持穩(wěn)定，并留有適當(dāng)?shù)南辔辉Ａ?對(duì)應(yīng)于和產(chǎn)生的兩個(gè)極點(diǎn))，一般MAX3735的應(yīng)該比大20倍。 (26) 激光器與驅(qū)動(dòng)器的耦合方式直流耦合方式隨著高速激光驅(qū)動(dòng)器輸出結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，MAX3735A能夠在+。圖27 驅(qū)動(dòng)器和激光管之間直流耦合但是采用直流耦合要注意凈空電壓的問(wèn)題。該正向電壓等于帶隙電壓和激光二極管等效串連電阻上的壓降和()。舉個(gè)例子計(jì)算直流耦合接口的凈空問(wèn)題，考慮到一個(gè)封裝好的激光二極管的最大正向電壓為1．6V，60mA調(diào)制電流和80ps的20%～80%上升時(shí)間，=O．68V，同時(shí)我們還必須包括串連阻尼電阻上的壓降=1．2V(假設(shè)=20歐)。交流耦合方式上述直流耦合的問(wèn)題在驅(qū)動(dòng)器和激光二極管交流耦合的情況下將大大改善。交流耦合的電壓降如下：(1)激光二極管的交流壓降僅僅是其等效串聯(lián)電阻(而不是帶隙)上壓降的函數(shù)，等于調(diào)制電流與等效串聯(lián)電阻的乘積。(3)串聯(lián)阻尼電阻上的壓降，等于調(diào)制電流與乘積的一半。流過(guò)的電流必定有從0到最大峰峰電流擺幅之間的平均值。1/2從激光管流入CD，在激光輸出弱的時(shí)候，1/2從CD流向激光管，因此流過(guò)激光管的電流，等于從激光二極管陰極處流出的電流和。高低輸出時(shí)的電流差正好等于 (2—7) 交流耦合接口電路 直流耦合和交流耦合時(shí)的輸出電壓和激光管電流交流耦合方法的不足之處在于它需要額外的分立元件，這些分立元件包括耦合電容和用于驅(qū)動(dòng)器晶體管偏置的上拉電感或電阻()。因此，必須采用很好的高頻印刷電路板布線技術(shù)。(2)電阻上拉時(shí)，輸出電壓是，而不是電感上拉的()交流耦合電容同時(shí)會(huì)阻斷低頻輸出，會(huì)影響系統(tǒng)的位像抖動(dòng)(pattern dependent jittet)。差分驅(qū)動(dòng)差分驅(qū)動(dòng)激光器能夠明顯改善光學(xué)性能和EMI輻射指標(biāo)，但應(yīng)該看到差分驅(qū)動(dòng)也有一些缺點(diǎn)有可能會(huì)影響系統(tǒng)的整體性能。與直流耦合相比，差分驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)有：1)低頻截止：差分驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)必須采用交流耦合而交流耦合引入了低頻截止這在利用長(zhǎng)模板時(shí)由于基線波動(dòng)將影響低數(shù)據(jù)率的性能2)需要更多的元件；差分驅(qū)動(dòng)配置比直流耦合配置需要更多的外部元件通常比直流耦合接口多2到5個(gè)元件3)功耗；差分驅(qū)動(dòng)的功耗比直流耦合輸出要大因?yàn)榻涣黢詈陷敵鲂枰龃笃秒娏髦绷黢詈蠒r(shí)調(diào)制電流會(huì)增大平均光功率故交流耦合接口大約比直流耦合輸出需要多出()的電流。1)電感上拉方式：，圖中指示了邏輯1和邏輯0的電流路徑。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)。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。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(yáng)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。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。 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(guò)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。PIN光電二極管沒(méi)有倍增，使用簡(jiǎn)單，工作偏壓低，無(wú)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。由于光信號(hào)變換為電信號(hào)的過(guò)程是一個(gè)統(tǒng)計(jì)過(guò)程，因此有一定的光接收靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍。 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。性能優(yōu)良的光接收模塊應(yīng)具有無(wú)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。常用的有低阻抗前端、高阻抗前端和跨阻抗前端。(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(guò)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)。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。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。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。它的主要設(shè)計(jì)問(wèn)題是反饋環(huán)路的穩(wěn)定性。線性放大由主放大器、均衡器和自動(dòng)增益控制電路組成。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。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。這樣在沒(méi)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。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。圖中的近似曲線反映了由式?jīng)Q定的與的關(guān)系。 非線性放大特性曲線由于經(jīng)過(guò)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)。對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。 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(guò)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(guò)大時(shí)鉗位輸出信號(hào)。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(lái)的脈寬失真，直流消除電路采用內(nèi)部補(bǔ)償，無(wú)需外部電容。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)。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)。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。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)_。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。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(zhǎng)。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。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(mén)限以下，使限幅放大器輸出為“0”。帶有縱向門(mén)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(mén)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(guò)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(wú)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。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。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(wèn)題之一。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。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。如果TIA采用MAX3744，則MAX3748與TIA采用直流耦合。高帶寬的增益范圍約為53dB。輸出電流大約是18mA。當(dāng)LOS端與DISABLE端相連時(shí)，只要輸入信號(hào)電平低于LOS門(mén)限，輸出端OUT+和OUT將處于靜態(tài)電壓狀態(tài)(靜噪)。 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。對(duì)于千兆位以太網(wǎng)和光纖通道應(yīng)用無(wú)需使用電容。此電容決定了數(shù)據(jù)通路的3dB頻率。平均峰值功率檢測(cè)器將輸入信號(hào)幅度和此門(mén)限進(jìn)行比較，返回比較信息給集電極開(kāi)路輸出的LOS。為了防止LOS在設(shè)定門(mén)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。 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。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。 (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。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)于光纖通道、G比特以太網(wǎng)或其它應(yīng)用，使和開(kāi)路。MAX3748和MAX3744接收組件通過(guò)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。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)。將MAX3748的