帶消光比控制的多速率激光驅動器MAX3737

摘要：MAX3737是MAXIM公司生產的一種帶有消光比控制的激光驅動器。該器件的傳輸速率為155Mbps～２.７Gbps，可用作光纖網絡中的光發(fā)射機。該產品具有功耗低、工作電流小和消光比恒定等特點。文中介紹了MAX3737的主要性能、引腳功能、內部結構及工作原理；同時結合其典型應用電路介紹了MAX3737的應用設計過程。

１　引言

ＭＡＸ３７３７是美國ＭＡＸＩＭ公司生產的帶有消光比控制的激光驅動器，它的工作速率為１５５Ｍｂｐｓ～２．７Ｇｂｐｓ，可用作多速率ＯＣ－３至ＯＣ－４８ ＦＥＣ等光纖系統(tǒng)中的光發(fā)射機。該產品與以往同類產品相比，不僅具有傳輸速率高、供電電流小和輸出平均功率恒定等特點，而且在激光管的使用壽命和溫度變化范圍內能始終保持消光比恒定。ＭＡＸ３７３７的主要特性如下：

● 采用＋３．３Ｖ單電源工作模式；

● 僅需４７ｍＡ的電源供給電流；

● 能提供高達８５ｍＡ的調制電流和高達１００ｍＡ的偏置電流；

● 內含自動功率控制(ＡＰＣ)、自動調制控制（ＡＭＣ)和溫度補償電路；

● 帶有以地為參考點的電流監(jiān)控設置端；

● 具有安全控制和失效警告指示電路。

２　引腳功能、內部結構及工作原理

２．１ 引腳功能

ＭＡＸ３７３７采用３２－ｐｉｎ ＱＦＮ封裝形式，它的引腳排列如圖１所示。各引腳功能如下：

ＧＮＤ（１，１０,１５，１６）：接地端；

ＴＸ ＤＩＳＡＢＬＥ(２）：激光管輸出控制端電壓輸入，低電平有效；

ＶＣＣ(３,６，１１,１８，２３）：＋３．３Ｖ電源端口；

ＩＮ＋(４），ＩＮ－(５）：分別為數據信號的正、反向輸入端；

ＰＣ ＭＯＮ(７）：監(jiān)控?反饋?光二極管電流監(jiān)控端。該端通過外接電阻可產生與反饋光二極管電流成正比、并以地為參考點的參考電壓；

ＢＣ ＭＯＮ(８）：激光管偏置電流監(jiān)控端，可通過外接電阻產生與偏置電流成正比、并以地為參考點的參考電壓；

ＭＣ ＭＯＮ（９)：調制電流監(jiān)控端，可通過外接電阻產生與調制電流成正比、并以地為參考點的參考電壓；

ＴＸ ＦＡＵＬＴ(１２)：傳輸失效指示端；

ＳＨＵＴＤＯＷＮ(１３）：關閉驅動器輸出端；

ＶＢＳ（１４)：激光管偏置電壓指示端；

ＢＩＡＳ（１７)：激光管偏置電流輸出端；

ＯＵＴ－（１９，２０）：反向輸出端，應用時應將這兩腳互連；

ＯＵＴ＋ (２１,２２)：正向輸出端，應用時應將這兩腳互連；

ＭＤ（２４)：監(jiān)控?反饋?光二極管電流輸入端，應用時與監(jiān)控(反饋）光二極管的正極連接；

ＶＭＤ(２５）：監(jiān)控?反饋?光二極管電壓指示端；

ＡＰＣＦＩＬＴ１(２６）, ＡＰＣＦＩＬＴ２(２７）：ＡＰＣ環(huán)路主極點設置端，應用時應在這兩腳之間接一個電容器(ＣＡＰＣ）；

ＡＰＣＳＥＴ(２８）：平均光功率設置端；

ＭＯＤＳＥＴ（２９)：調制電流部分設置端；

ＭＯＤＢＣＯＭＰ(３０）：偏置電流對調制電流補償系數設置端；

ＴＨ ＴＥＭＰ(３１）：溫度補償電路閾值設置端；

ＭＯＤＴＣＯＭＰ(３２）：溫度補償系數設置端。

圖2

２．２ 內部結構及工作過程

ＭＡＸ３７３７內部結構如圖２所示，內部電路主要包括高速調制電路、消光比控制電路及安全邏輯控制和指示電路。其中，高速調制電路包括輸入級和輸出級兩部分，主要由輸入緩沖、數據通道和高速差分對電路組成，其功能是對輸入信號進行調制，并為外部激光管提供所需的激勵信號。消光比控制電路包括三部分：自動功率控制?ＡＰＣ?電路、自動調制控制?ＡＭＣ?電路和溫度補償電路，其主要作用是與監(jiān)控光二極管形成反饋控制電路，同時通過對偏置電流和調制電流的動態(tài)控制調節(jié)來維持消光比恒定；安全邏輯控制和指示電路主要是為驅動器正常工作提供安全保障，對驅動器工作狀態(tài)進行監(jiān)控，同時提供驅動器的各種工作狀態(tài)和失效信息。

ＭＡＸ３７３７采用ＡＰＣ工作模式，當ＭＡＸ３７３７正常工作時，數據從ＩＮ－端和ＩＮ＋端輸入，經輸入緩沖電路和數據通道處理，然后通過控制差分對調制器輸出以實現調制，調制后的信號從ＯＵＴ－端和ＯＵＴ＋端輸出以驅動外接激光管；當輸出功率變化時，反饋信號將從ＭＤ端輸入，然后通過消光比控制電路來調節(jié)調制電流和偏置電流的變化以自動維持輸出功率的穩(wěn)定；當溫度變化超過閾值時，溫度補償電路會自動調節(jié)調制電流以維持功率穩(wěn)定；當電路發(fā)生故障和其它意外情況發(fā)生時，安全邏輯控制和指示電路將通過ＳＨＵＴＤＯＷＮ端輸出控制信號以關閉激光管輸出，同時由ＴＸ ＦＡＵＬＴ端輸出警告信號。

３　應用設計

ＭＡＸ３７３７在應用時要求用戶自行設計的電路非常少，用戶的主要設計工作是選擇合適的激光管以及各種相關電流的設計。ＭＡＸ３７３７典型應用電路如圖３所示，圖中所標元器件參數值為典型值，未標元器件需要在具體設計中確定，激光管采用直流耦合方式。下面結合典型應用電路來介紹ＭＡＸ３７３７的應用設計過程。

３．１ 激光管的選擇

用戶在利用ＭＡＸ３７３７設計光發(fā)射機時，首選是根據實際需求選擇合適的激光管。一般情況下，光輸出功率用平均光功率和消光比描述，用戶可根據光輸出功率來確定所需激光管的輸出平均功率和消光比，并應在滿足輸出功率的前提下，盡量使消光比大一些。在輸出功率和消光比確定后，同時根據這些參數來選擇滿足條件的激光管。

３．２ 調制電流ＩＭＯＤ的設計

激光管選定后，用戶可根據表１中的關系式推導出調制電流ＩＭＯＤ的計算公式。具體如下：

ＩＭＯＤ＝２ＰＡＶＧ（ｒｅ－１）／η（ｒｅ＋１）；

式中，各參數的物理意義見表１所列。實際上，調制電流是由固定調制電流（Ｉ

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