光模块发射电路课件

*,*,单击此处编辑母版标题样式,光模块发射电路,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,光通信激光二极管驱动电路原理与应用,成都网动光电子技术有限公司技术部,光模块发射电路,本讲座主要内容,激光二极管驱动电路基本原理,电流控制原理,自动功率控制（APC）电路原理,稳定消光比和光功率的原理和温度补偿,光模块发射电路,激光二极管的特性,激光二极管（,LD,Laser diode,）是一个,电流器件,，只在它通过的正向电流超过阈值电流,I,th,（,Threhold current,）时它发出激光,为了使,LD,高速开关工作，必须对它加上略大于阈值电流的直流偏置电流,I,BIAS,LD,的两个主要参数：阈值电流,I,th,和斜效率,S,（,Slope efficiency,）是温度的函数，,光模块发射电路,激光二极管驱动电路,驱动电路实质上,就是一个高速,电流开关,LD,调制电流输出电路原理图,LD,直流耦合接口电路原理图,光模块发射电路,R,F,C,F,阻尼网络,接在,LD,阴极的,阻容网络,（,RFCF,）的作用是,补偿,LD,封装内部的引线寄生电感，以降低,寄生电感,引起的,过冲,和,振铃,（对,LD,固有的,驰豫振荡无效,）,RF,通常是小于,100,的电阻,CF,通常是小于,10pF,的电容低速（,l55Mb/s,以下）的电路不需要,RFCF,光模块发射电路,调制电流和偏置电流设置原理,调制电流和偏置电流的大小都可以用,镜像恒流源,来设置,上图是基本型镜像恒流源电路当,Q1,和,Q2,严格配对时,Ir=IoIr,的又是由,Rr,来决定的，所以改变,Rr,就可以设置,Io,下图是实际常用的一种镜像恒流源电路,IoIrR2/R1,通过改变外接电阻,R2,，就可以设置,Io,（调制电流或偏置电流）,在驱动电路中有多处会用到镜像电流源，不光用于电流设置，,引出电流监控,也要用到镜像电流的方法,光模块发射电路,LD,的温度特性,LD,是半导体器件，它的,特性,与,二极管,类似,温度升高阈值电流,I,th,增大,斜效率,S,降低,为了保持输出平均光功率和消光比不变，在温度上升时要增大,I,BIAS,和,I,MOD,*,消光比,r,e,=P,1,/P,0,平均光功率,P,AVG,=(P,1,+P,0,)/2,光模块发射电路,LD,的温度特性,光模块发射电路,稳定光功率和消光比的方法,闭环自动功率控制（,APC,）,+,热敏电阻补偿调制电流,开环补偿法热敏电阻补偿,(,调制电流和偏置电流,),通过,MCU,查表精确设置调制电流和偏置电流,其它方法：,APC+,芯片内部对调制电流补偿,如,MAXIM,公司的,MAX3863,、,Mindspeed,公司的,M02066,等,光模块发射电路,自动功率控制（,APC,）原理,通过检测背光二极管,（,MD,）,产生的光电流（平均值）来实现闭环控制,APC,调节,偏置电流,来保持平均输出光功率稳定；,APC,只对偏置电流回路起作用,APC,对调制电流无法控制，温度升高，斜效率降低，调制幅度变小，,APC,却使偏流加大，消光比就变小了,光模块发射电路,光模块发射电路,激光器驱动电路原理图,(1),光模块发射电路,激光器驱动电路原理图,(2),光模块发射电路,驱动电路结构,一个典型的激光器驱动电路包括下列部分：,差分电流开关电路,向,LD,输出调制电流,偏置电流发生器,向,LD,提供直流偏置电流,自动功率控制（,APC,）电路,在不同温度和,LD,老化的情况下，改变,I,BIAS,，保持,P,AVG,不变,故障告警、保护电路,调制电流、偏置电流监控电路,输入端整形电路（,D,触发器）,光模块发射电路,用交流耦合驱动,LD,驱动电流,I,MOD,通过电容,C,D,耦合到,LD,流过,LD,的电流：,1 I,L,=I,BIAS,I,MOD,/20 I,L,=I,BIAS,I,MOD,/2,光模块发射电路,比较两种驱动方式,AC,耦合,DC,耦合,电路元件,多,2,4,个元件,最少,多速率工作,有低速率限制,无低速率限制,易于匹配,元件多,LD,引脚不能靠近驱动器芯片，不易匹配,LD,引脚直接连接,LDD,芯片，易于匹配，高速性能好,驱动器功耗,较大,较小,输出调制电流,较大（不受,Headroom,限制）,较小（受,Headroom,限制）,光模块发射电路,LD,和驱动芯片接口,光模块发射电路,LD,和驱动芯片接口要求,TO,型激光器安装在,PCB,边沿时，,接地层,要扩展到,PCB,边沿,以减少管脚,引线电感,，过大的电感会使波形边沿速度变慢,激光器要尽可能,靠近,驱动器,芯片,，只要接线长度,小于,传输,波长,，可以不考虑传输线的几何尺寸，减少线宽有利于,减小寄生电容,要仔细考虑高速信号,电流环路,，尽量,减小,返回路径的连接,阻抗,，并使高速电流环路,闭合面积,最小，就能减少,EMI,在激光器阳极处,Vcc,要有足够的,旁路电容,，以降低高速,电流切换,而产生的,电源开关噪声,光模块发射电路,消光比和光功率的温度稳定,温度升高时,斜效率,降低，而此时,APC,电路却使,偏流加大,了，调制幅度相对变小，这就使消光比变小,单一的,APC,无法稳定消光比,温度变化时,在同样的发射光功率下，背光二极管（,MD,）产生的,光电流,（平均值）发生了变化。,MD,的眼踪误差引起,APC,的跟踪误差,光功率会因为,MD,的跟踪误差产生较大的变化要求,MD,跟踪误差小于,1 dB,（,1.5dB,）,调制电流补偿不正确，,过补偿,或,欠补偿,都会使光功率和消光比随温度变化而发生较大的变化,解决方案,根据,LD,的温度特性精心设计,热敏电阻,补偿电路,常用,MAXIM,公司的某些芯片采用,K,因子,补偿法,某些,芯片内部,对调制电流做温度补偿,自动调制电流控制,（,AMC,）,ANALOG,公司某些芯片采用,双环电路,补偿调制电流以保持消光比不变,某些芯片设置,查找表,，配合其中的,数字电位器,，在温度变化后重新设置,偏置电流和调制电流,，可以精确保持光功率和消光比稳定,光模块发射电路,参考资料,Maxim Application note HFAN-2.0Interfacing maxim laser drivers with laser diodes,Maxim Application note HFAN-2.2.1Maintaining the extinction ratio of optical transmitters using K-factor control,Maxim design note HFDN-18.0The MAX3865 Laser Driver with Automatic Modulation Control,Analog devices Datasheet 3V Dual loop 50Mbps to 3.3Gbps laser diode driver ADN2847,Maindspeed,Datasheet,3.3 Volt Laser Driver IC for Applications to 3,Gbps,M02066,光模块发射电路,