光模塊發(fā)射電路

光模塊發(fā)射電路第1頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月本講座主要內(nèi)容激光二極管驅(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(bǔ)償?shù)?頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月激光二極管的特性激光二極管（LD—Laserdiode）是一個電流器件，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(guān)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3頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月激光二極管驅(qū)動電路驅(qū)動電路實質(zhì)上

就是一個高速電流開關(guān)LD調(diào)制電流輸出電路原理圖LD直流耦合接口電路原理圖第4頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月RFCF阻尼網(wǎng)絡(luò)接在LD陰極的阻容網(wǎng)絡(luò)（RFCF）的作用是補(bǔ)償LD封裝內(nèi)部的引線寄生電感，以降低寄生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5頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)制電流和偏置電流設(shè)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(shè)置上圖是基本型鏡像恒流源電路

當(dāng)Q1和Q2嚴(yán)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(shè)置Io

下圖是實際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(shè)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(shè)置，引出電流監(jiān)控也要用到鏡像電流的方法第6頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月LD的溫度特性LD是半導(dǎo)體器件，它的特性與二極管類似溫度升高

閾值電流Ith增大

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IBIAS和IMOD

*消光比re=P1/P0

平均光功率PAVG=(P1+P0)/2第7頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月LD的溫度特性第8頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月穩(wěn)定光功率和消光比的方法閉環(huán)自動功率控制（APC）+熱敏電阻補(bǔ)償調(diào)制電流開環(huán)補(bǔ)償法

熱敏電阻補(bǔ)償(調(diào)制電流和偏置電流)

通過MCU查表精確設(shè)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(bǔ)償—如MAXIM公司的MAX3863、Mindspeed公司的M02066等

第9頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月自動功率控制（APC）原理通過檢測背光二極管（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10頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月第11頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月激光器驅(qū)動電路原理圖(1)第12頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月激光器驅(qū)動電路原理圖(2)第13頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月驅(qū)動電路結(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(guān)電路—向LD輸出調(diào)制電流偏置電流發(fā)生器—向LD提供直流偏置電流自動功率控制（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(hù)電路調(diào)制電流、偏置電流監(jiān)控電路輸入端整形電路（D觸發(fā)器）第14頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月用交流耦合驅(qū)動LD驅(qū)動電流IMOD通過電容CD耦合到LD流過LD的電流：

‘1’IL=IBIAS＋I(xiàn)MOD/2

‘0’IL=IBIAS－IMOD/2第15頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月比較兩種驅(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）較小（受‘Headroom’限制）第16頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月LD和驅(qū)動芯片接口第17頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月LD和驅(qū)動芯片接口要求TO型激光器安裝在PCB邊沿時，接地層要擴(kuò)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(xì)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(guān)噪聲第18頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月消光比和光功率的溫度穩(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（1.5dB）調(diào)制電流補(bǔ)償不正確，過補(bǔ)償或欠補(bǔ)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(shè)計熱敏電阻補(bǔ)償電路—常用MAXIM公司的某些芯片采用K因子補(bǔ)償法某些芯片內(nèi)部對調(diào)制電流做溫度補(bǔ)