光模塊發(fā)射電路(共20張PPT)精選

光模塊(mókuài)發(fā)射電路第一頁，共20頁。本講座(jiǎngzuò)主要內(nèi)容激光(jīguāng)二極管驅(qū)動電路基本原理電流控制原理自動功率控制（APC）電路原理穩(wěn)定消光比和光功率的原理和溫度補償?shù)诙?，?0頁。激光(jīguāng)二極管的特性激光二極管（LD—Laserdiode）是一個(yīɡè)電流器件，只在它通過的正向電流超過閾值電流Ith（Threholdcurrent）時它發(fā)出激光為了使LD高速開關工作，必須對它加上略大于閾值電流的直流偏置電流IBIASLD的兩個主要參數(shù)：閾值電流Ith和斜效率S（Slopeefficiency）是溫度的函數(shù)，第三頁，共20頁。激光二極管驅(qū)動(qūdònɡ)電路驅(qū)動電路(diànlù)實質(zhì)上就是一個高速電流開關LD調(diào)制電流輸出(shūchū)電路原理圖LD直流耦合接口電路原理圖第四頁，共20頁。RFCF阻尼(zǔní)網(wǎng)絡接在LD陰極的阻容網(wǎng)絡（RFCF）的作用是補償LD封裝內(nèi)部的引線寄生(jìshēng)電感，以降低寄生(jìshēng)電感引起的過沖和振鈴（對LD固有的馳豫振蕩無效）RF通常是小于100Ω的電阻

CF通常是小于10pF的電容

低速（l55Mb/s以下）的電路不需要RFCF第五頁，共20頁。調(diào)制電流和偏置(piānzhì)電流設置原理調(diào)制電流和偏置電流的大小都可以用鏡像恒流源來設置上圖是基本型鏡像恒流源電路

當Q1和Q2嚴格配對時Ir=Io

Ir的又是由Rr來決定的，所以改變Rr就可以設置Io

下圖是實際(shíjì)常用的一種鏡像恒流源電路Io≈IrR2/R1

通過改變外接電阻R2，就可以設置Io（調(diào)制電流或偏置電流）在驅(qū)動電路中有多處會用到鏡像電流源，不光用于電流設置，引出電流監(jiān)控也要用到鏡像電流的方法第六頁，共20頁。LD的溫度(wēndù)特性LD是半導體器件，它的特性與二極管類似溫度升高

閾值電流Ith增大(zēnɡdà)

斜效率S降低為了保持輸出平均光功率和消光比不變，在溫度上升時要增大(zēnɡdà)IBIAS和IMOD

*消光比re=P1/P0

平均光功率PAVG=(P1+P0)/2第七頁，共20頁。LD的溫度(wēndù)特性第八頁，共20頁。穩(wěn)定(wěndìng)光功率和消光比的方法閉環(huán)自動(zìdòng)功率控制（APC）+熱敏電阻補償調(diào)制電流開環(huán)補償法

熱敏電阻補償(調(diào)制電流和偏置電流)

通過MCU查表精確設置調(diào)制電流和偏置電流其它方法：

APC+芯片內(nèi)部對調(diào)制電流補償—如MAXIM公司的MAX3863、Mindspeed公司的M02066等

第九頁，共20頁。自動(zìdòng)功率控制（APC）原理通過檢測(jiǎncè)背光二極管（MD）產(chǎn)生的光電流（平均值）來實現(xiàn)閉環(huán)控制APC調(diào)節(jié)偏置電流來保持平均輸出光功率穩(wěn)定；APC只對偏置電流回路起作用APC對調(diào)制電流無法控制，溫度升高，斜效率降低，調(diào)制幅度變小，APC卻使偏流加大，消光比就變小了第十頁，共20頁。第十一頁，共20頁。一個典型的激光器驅(qū)動電路包括下列部分：某些芯片設置查找表，配合其中的數(shù)字電位器，在溫度變化后重新設置偏置電流和調(diào)制電流，可以精確保持光功率和消光比穩(wěn)定(wěndìng)APC對調(diào)制電流無法控制，溫度升高，斜效率降低，調(diào)制幅度變小，APC卻使偏流加大，消光比就變小了流過LD的電流：

‘1’IL=IBIAS＋IMOD/2

‘0’IL=IBIAS－IMOD/2RF通常是小于100Ω的電阻

CF通常是小于10pF的電容

低速（l55Mb/s以下）的電路不需要RFCF激光器要盡可能靠近(kàojìn)驅(qū)動器芯片，只要接線長度小于傳輸波長，可以不考慮傳輸線的幾何尺寸，減少線寬有利于減小寄生電容自動功率控制（APC）電路—在不同溫度和LD老化的情況下，改變IBIAS，保持PAVG不變通過檢測(jiǎncè)背光二極管（MD）產(chǎn)生的光電流（平均值）來實現(xiàn)閉環(huán)控制元件多LD引腳不能靠近驅(qū)動器芯片，不易匹配消光比和光功率的溫度(wēndù)穩(wěn)定比較(bǐjiào)兩種驅(qū)動方式LD的兩個主要參數(shù)：閾值電流Ith和斜效率S（Slopeefficiency）是溫度的函數(shù)，激光二極管（LD—Laserdiode）是一個(yīɡè)電流器件，只在它通過的正向電流超過閾值電流Ith（Threholdcurrent）時它發(fā)出激光MD的眼蹤誤差引起APC的跟蹤誤差—光功率會因為MD的跟蹤誤差產(chǎn)生較大的變化

要求MD跟蹤誤差小于1dB（）激光二極管（LD—Laserdiode）是一個(yīɡè)電流器件，只在它通過的正向電流超過閾值電流Ith（Threholdcurrent）時它發(fā)出激光激光器驅(qū)動(qūdònɡ)電路原理圖(1)第十二頁，共20頁。激光器驅(qū)動(qūdònɡ)電路原理圖(2)第十三頁，共20頁。驅(qū)動電路(diànlù)結(jié)構(gòu)一個典型的激光器驅(qū)動電路包括下列部分：差分電流開關電路—向LD輸出調(diào)制電流偏置(piānzhì)電流發(fā)生器—向LD提供直流偏置(piānzhì)電流自動功率控制（APC）電路—在不同溫度和LD老化的情況下，改變IBIAS，保持PAVG不變故障告警、保護電路調(diào)制電流、偏置(piānzhì)電流監(jiān)控電路輸入端整形電路（D觸發(fā)器）第十四頁，共20頁。用交流(jiāoliú)耦合驅(qū)動LD驅(qū)動電流IMOD通過(tōngguò)電容CD耦合到LD流過LD的電流：

‘1’IL=IBIAS＋IMOD/2

‘0’IL=IBIAS－IMOD/2第十五頁，共20頁。比較(bǐjiào)兩種驅(qū)動方式AC耦合DC耦合電路元件多2～4個元件最少多速率工作有低速率限制無低速率限制易于匹配元件多LD引腳不能靠近驅(qū)動器芯片，不易匹配LD引腳直接連接LDD芯片，易于匹配，高速性能好驅(qū)動器功耗較大較小輸出調(diào)制電流較大（不受‘Headroom’限制）較?。ㄊ堋瓾eadroom’限制）第十六頁，共20頁。LD和驅(qū)動芯片(xīnpiàn)接口第十七頁，共20頁。LD和驅(qū)動芯片(xīnpiàn)接口要求TO型激光器安裝在PCB邊沿時，接地層要擴展到PCB邊沿以減少管腳引線電感，過大的電感會使波形邊沿速度變慢激光器要盡可能靠近(kàojìn)驅(qū)動器芯片，只要接線長度小于傳輸波長，可以不考慮傳輸線的幾何尺寸，減少線寬有利于減小寄生電容要仔細考慮高速信號電流環(huán)路，盡量減小返回路徑的連接阻抗，并使高速電流環(huán)路閉合面積最小，就能減少EMI在激光器陽極處Vcc要有足夠的旁路電容，以降低高速電流切換而產(chǎn)生的電源開關噪聲第十八頁，共20頁。接在LD陰極的阻容網(wǎng)絡（RFCF）的作用是補償LD封裝內(nèi)部的引線寄生(jìshēng)電感，以降低寄生(jìshēng)電感引起的過沖和振鈴（對LD固有的馳豫振蕩無效）LD的兩個主要參數(shù)：閾值電流Ith和斜效率S（Slopeefficiency）是溫度的函數(shù)，消光比和光功率的溫度(wēndù)穩(wěn)定自動功率控制（APC）電路—在不同溫度和LD老化的情況下，改變IBIAS，保持PAVG不變較小（受‘Headroom’限制）APC對調(diào)制電流無法控制，溫度升高，斜效率降低，調(diào)制幅度變小，APC卻使偏流加大，消光比就變小了LD的兩個主要參數(shù)：閾值電流Ith和斜效率S（Slopeefficiency）是溫度的函數(shù)，元件多LD引腳不能靠近驅(qū)動器芯片，不易匹配APC調(diào)節(jié)偏置電流來保持平均輸出光功率穩(wěn)定；偏置(piānzhì)電流發(fā)生器—向LD提供直流偏置(piānzhì)電流流過LD的電流：

‘1’IL=IBIAS＋IMOD/2

‘0’IL=IBIAS－IMOD/2激光器要盡可能靠近(kàojìn)驅(qū)動器芯片，只要接線長度小于傳輸波長，可以不考慮傳輸線的幾何尺寸，減少線寬有利于減小寄生電容用交流(jiāoliú)耦合驅(qū)動LDLD的溫度(wēndù)特性調(diào)制電流補償不正確，過補償或欠補償都會使光功率和消光比隨溫度變化而發(fā)生較大的變化

解決方案輸入端整形電路（D觸發(fā)器）較大（不受‘Headroom’限制）消光比和光功率的溫度(wēndù)穩(wěn)定溫度升高時斜效率降低，而此時APC電路卻使偏流加大了，調(diào)制幅度相對變小，這就使消光比變小—單一的APC無法穩(wěn)定(wěndìng)消光比溫度變化時,在同樣的發(fā)射光功率下，背光二極管（MD）產(chǎn)生的光電流（平均值）發(fā)生了變化。MD的眼蹤誤差引起APC的跟蹤誤差—光功率會因為MD的跟蹤誤差產(chǎn)生較大的變化

要求MD跟蹤誤差小于1dB（）調(diào)制電流補償不正確，過補償或欠補償都會使光功率和消光比隨溫度變化而發(fā)生較大的變化

解決方案根據(jù)LD的溫度特性精心設計熱敏