MAX3867激光二级管驱动电路及其应用
时间:07-22
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1. 概述
MAX3867是单电源、高速激光二极极管驱动电路,传输速率可达2.5Gbps,特别适用于SDH/SONET系统、双工器、数字交换及2.5Gbps光传输系统。
MAX3867内部的自动功率控制(APC)闭环电路,用于补偿温度变化及芯片老化引起的光输出功率的变化,维持激光二极管输出功率恒定;另外,还有其它辅助功能,如:使能控制、软启动、APC失效监测等,因此应用非常灵活方便。
2. 主要性能指标
2.1 极限参数
电源电压:-0.5V~+7.0V。
偏置电流:-20mA~+150mA。
输出电流:-20mA~+100mA。
连续功耗:1354mW(TA=+85℃)。
存贮温度范围:-65℃~+165℃。
工作结温范围:-55℃~+150℃。
引脚焊接温度:+300℃(10秒)
2.2 电气性能参数
MAX3867的主要电气性能参数如表1所列。
![](../img/eec-Analog/Analog-136030p4qkzbyu4og.jpg)
3. 封装形式及引脚功能
MAX3867采用48脚方形贴片式(TQFP)塑料封装,其引脚功能如表2所列。
![](../img/eec-Analog/Analog-136031by3frmxlca2.jpg)
4. 基本工作原理
MAX3867激光二极管驱动电路由高速调制驱动电路和自动功率控制(APC)电路两大部分组成,如图1所示。高速调制驱动电路由高速差分级和可预置调制电流源组成,采用直流耦合时,寄生电感会产生瞬间高电压冲击,因此MAX3867的调制输出通过交流耦合至激光二极管LD的负极;同时外接上拉电感保证激光二极管LD的直流偏置,这样把激光二极管正向压降与输出电路有效地隔离,以实现大摆幅输出。在自动功率控制(APC)电路中,用监测光电管FD将激光二极管LD的光输出转换为相应的光电流,经APC环路反馈控制激光二极管LD的偏置电流,从而维持光输出功率恒定。恒定功率值由外接电阻RAPCSET设定,APC环路的时间常数则由外接电容CAPC确定。
![](../img/eec-Analog/Analog-136032ophu35isceq.jpg)
5. 其他辅助功能
5.1 APC开环工作
此时APC不起作用,激光二极管LD的工作电流由外接电阻RMODSET和RBIASMAX设定。
5.2 数据输入锁定
为提高数据传输的可靠稳定性,数据输入锁定电路采用了不同形式的时钟信号,由LATCH端电平来选择,该端为高电平时,输入数据与时钟CLK+的上升沿同步;该端为低电平时,输入数据直接送至输出级。若不需锁定功能,可将时CLK+接到电源端,CLK-悬空即可。
5.3 使能控制
使能控制(ENABLE)端为低电平时,偏置电流和调制电流均被关断,激光二极管LD无输出,使能端为高电平时,MAX3867正常驱动激光二极管LD。
5.4 软启动
软启动电路的作用是设置激光二极管LD的导通延迟时间,避免激光二极管LD因受瞬间冲击而损坏。延迟时间由外接电容CSLWSTRT确定。
5.5 APC失效监测
当APC环路失效时,失效检测电路可输出一个提示信号FALT。
5.6 短路保护
当调制、偏置和内部控制电流源出现短路时,短路保护电路立刻关断偏置和调制输出电路,从而避免激光二极管LD因过流而烧毁。
6. 应用设计
6.1 设计依据
设计激光发射器时,光输出均用平均功率来表示,其他相关量的关系式如下:
平均功率 PAVE=(P0+P1)/2
熄灭率re=P1/P0
光功率幅值PP-P=2PAVE(re-1)/(rE+1)
激光效率η=PP-P/IMOD
激光监测电流变化ρMON=IMD/PAVE
式中,P1、P0分别为光输出功率的峰值和谷值,IMOD为调制电流。IMD为监测光电管电流。
6.2 参考预置
(1)调制电流IMOD、偏置电流IBIASMAX的预置
根据IMOD与RMODSET,IBIASMAX与RBIASMAX关系曲线(分别如图2、图3所示),按所需的IMOD,IBIASMAX值查出RMODSET,RBIASMAX即可。
![](../img/eec-Analog/Analog-136033rlfkylfv045.jpg)
(2) APC恒定功率值预置
根据自动恒定功率(用监测光电管FD的监测光电流IMD来反映)与自动恒定功率设定电阻RAPCSET的关系曲线(图4),按所需的恒定功率值,可查出RAPCSET。
![](../img/eec-Analog/Analog-136034xmjz1igqy0a.jpg)
6.3 注意事项
(1) RF,CF补偿网络
为减少分布电感引起的光输出波形失真,建议采用图1中的RF、CF补偿网络,RF、CF可通过实验的方法来确定,即可用调RF、CF的方法使光输出波形失真最小即可。
(2) 长线传输衰减
长线传输NRZ数据时,低频衰减比较严重,MAX3867采用了相应的补偿措施,即外接三个无源元件:决定自动恒功率控制环路时间常数的电容CAPE、交流耦合电容CD和上拉电感LP。
(3) 输入信号
MAX3867的数据和时钟输入与PECL是兼容的,若用非标准PECL输入信号,只要其共模电压和差分电压的摆幅满足MAX3867的要求,亦可正常工作。
(4) 功耗计算
MAX3867的结温不允许超过+150℃,总功耗P可用下式计算:
P=VCCICC+(VCC-Vf)IBIAS+IMOD(VCC-RLIMOD/2)
式中,RL为激光二极管LD的正向电阻,Vf为激光二极管LD的正向压降,其他符合定义同前。
验算结温Tj符合下式要求即可:
Tj=P·θr≤TjMAX
式中:θr为热阻系数(典型值为48℃/W)
TjMAX为MAX3867允许的最高结温
MAX3867是单电源、高速激光二极极管驱动电路,传输速率可达2.5Gbps,特别适用于SDH/SONET系统、双工器、数字交换及2.5Gbps光传输系统。
MAX3867内部的自动功率控制(APC)闭环电路,用于补偿温度变化及芯片老化引起的光输出功率的变化,维持激光二极管输出功率恒定;另外,还有其它辅助功能,如:使能控制、软启动、APC失效监测等,因此应用非常灵活方便。
2. 主要性能指标
2.1 极限参数
电源电压:-0.5V~+7.0V。
偏置电流:-20mA~+150mA。
输出电流:-20mA~+100mA。
连续功耗:1354mW(TA=+85℃)。
存贮温度范围:-65℃~+165℃。
工作结温范围:-55℃~+150℃。
引脚焊接温度:+300℃(10秒)
2.2 电气性能参数
MAX3867的主要电气性能参数如表1所列。
![](../img/eec-Analog/Analog-136030p4qkzbyu4og.jpg)
3. 封装形式及引脚功能
MAX3867采用48脚方形贴片式(TQFP)塑料封装,其引脚功能如表2所列。
![](../img/eec-Analog/Analog-136031by3frmxlca2.jpg)
4. 基本工作原理
MAX3867激光二极管驱动电路由高速调制驱动电路和自动功率控制(APC)电路两大部分组成,如图1所示。高速调制驱动电路由高速差分级和可预置调制电流源组成,采用直流耦合时,寄生电感会产生瞬间高电压冲击,因此MAX3867的调制输出通过交流耦合至激光二极管LD的负极;同时外接上拉电感保证激光二极管LD的直流偏置,这样把激光二极管正向压降与输出电路有效地隔离,以实现大摆幅输出。在自动功率控制(APC)电路中,用监测光电管FD将激光二极管LD的光输出转换为相应的光电流,经APC环路反馈控制激光二极管LD的偏置电流,从而维持光输出功率恒定。恒定功率值由外接电阻RAPCSET设定,APC环路的时间常数则由外接电容CAPC确定。
![](../img/eec-Analog/Analog-136032ophu35isceq.jpg)
5. 其他辅助功能
5.1 APC开环工作
此时APC不起作用,激光二极管LD的工作电流由外接电阻RMODSET和RBIASMAX设定。
5.2 数据输入锁定
为提高数据传输的可靠稳定性,数据输入锁定电路采用了不同形式的时钟信号,由LATCH端电平来选择,该端为高电平时,输入数据与时钟CLK+的上升沿同步;该端为低电平时,输入数据直接送至输出级。若不需锁定功能,可将时CLK+接到电源端,CLK-悬空即可。
5.3 使能控制
使能控制(ENABLE)端为低电平时,偏置电流和调制电流均被关断,激光二极管LD无输出,使能端为高电平时,MAX3867正常驱动激光二极管LD。
5.4 软启动
软启动电路的作用是设置激光二极管LD的导通延迟时间,避免激光二极管LD因受瞬间冲击而损坏。延迟时间由外接电容CSLWSTRT确定。
5.5 APC失效监测
当APC环路失效时,失效检测电路可输出一个提示信号FALT。
5.6 短路保护
当调制、偏置和内部控制电流源出现短路时,短路保护电路立刻关断偏置和调制输出电路,从而避免激光二极管LD因过流而烧毁。
6. 应用设计
6.1 设计依据
设计激光发射器时,光输出均用平均功率来表示,其他相关量的关系式如下:
平均功率 PAVE=(P0+P1)/2
熄灭率re=P1/P0
光功率幅值PP-P=2PAVE(re-1)/(rE+1)
激光效率η=PP-P/IMOD
激光监测电流变化ρMON=IMD/PAVE
式中,P1、P0分别为光输出功率的峰值和谷值,IMOD为调制电流。IMD为监测光电管电流。
6.2 参考预置
(1)调制电流IMOD、偏置电流IBIASMAX的预置
根据IMOD与RMODSET,IBIASMAX与RBIASMAX关系曲线(分别如图2、图3所示),按所需的IMOD,IBIASMAX值查出RMODSET,RBIASMAX即可。
![](../img/eec-Analog/Analog-136033rlfkylfv045.jpg)
(2) APC恒定功率值预置
根据自动恒定功率(用监测光电管FD的监测光电流IMD来反映)与自动恒定功率设定电阻RAPCSET的关系曲线(图4),按所需的恒定功率值,可查出RAPCSET。
![](../img/eec-Analog/Analog-136034xmjz1igqy0a.jpg)
6.3 注意事项
(1) RF,CF补偿网络
为减少分布电感引起的光输出波形失真,建议采用图1中的RF、CF补偿网络,RF、CF可通过实验的方法来确定,即可用调RF、CF的方法使光输出波形失真最小即可。
(2) 长线传输衰减
长线传输NRZ数据时,低频衰减比较严重,MAX3867采用了相应的补偿措施,即外接三个无源元件:决定自动恒功率控制环路时间常数的电容CAPE、交流耦合电容CD和上拉电感LP。
(3) 输入信号
MAX3867的数据和时钟输入与PECL是兼容的,若用非标准PECL输入信号,只要其共模电压和差分电压的摆幅满足MAX3867的要求,亦可正常工作。
(4) 功耗计算
MAX3867的结温不允许超过+150℃,总功耗P可用下式计算:
P=VCCICC+(VCC-Vf)IBIAS+IMOD(VCC-RLIMOD/2)
式中,RL为激光二极管LD的正向电阻,Vf为激光二极管LD的正向压降,其他符合定义同前。
验算结温Tj符合下式要求即可:
Tj=P·θr≤TjMAX
式中:θr为热阻系数(典型值为48℃/W)
TjMAX为MAX3867允许的最高结温
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