MAX3867激光二極管驅(qū)動電路的工作原理、特性和應(yīng)用分析

1. 概述

MAX3867是單電源、高速激光二極極管驅(qū)動電路，傳輸速率可達2.5Gbps，特別適用于SDH/SONET系統(tǒng)、雙工器、數(shù)字交換及2.5Gbps光傳輸系統(tǒng)。

MAX3867內(nèi)部的自動功率控制（APC）閉環(huán)電路，用于補償溫度變化及芯片老化引起的光輸出功率的變化，維持激光二極管輸出功率恒定；另外，還有其它輔助功能，如：使能控制、軟啟動、APC失效監(jiān)測等，因此應(yīng)用非常靈活方便。

2. 主要性能指標(biāo)

2.1 極限參數(shù)

電源電壓：－0.5V～＋7.0V。

偏置電流：－20mA～＋150mA。

輸出電流：－20mA～＋100mA。

連續(xù)功耗：1354mW（TA=＋85℃）。

存貯溫度范圍：－65℃～＋165℃。

工作結(jié)溫范圍：－55℃～＋150℃。

引腳焊接溫度：＋300℃（10秒）

2.2 電氣性能參數(shù)

MAX3867的主要電氣性能參數(shù)如表1所列。

3. 封裝形式及引腳功能

MAX3867采用48腳方形貼片式（TQFP）塑料封裝，其引腳功能如表2所列。

4. 基本工作原理

MAX3867激光二極管驅(qū)動電路由高速調(diào)制驅(qū)動電路和自動功率控制（APC）電路兩大部分組成，如圖1所示。高速調(diào)制驅(qū)動電路由高速差分級和可預(yù)置調(diào)制電流源組成，采用直流耦合時，寄生電感會產(chǎn)生瞬間高電壓沖擊，因此MAX3867的調(diào)制輸出通過交流耦合至激光二極管LD的負極；同時外接上拉電感保證激光二極管LD的直流偏置，這樣把激光二極管正向壓降與輸出電路有效地隔離，以實現(xiàn)大擺幅輸出。在自動功率控制（APC）電路中，用監(jiān)測光電管FD將激光二極管LD的光輸出轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的光電流，經(jīng)APC環(huán)路反饋控制激光二極管LD的偏置電流，從而維持光輸出功率恒定。恒定功率值由外接電阻RAPCSET設(shè)定，APC環(huán)路的時間常數(shù)則由外接電容CAPC確定。

5. 其他輔助功能

5.1 APC開環(huán)工作

此時APC不起作用，激光二極管LD的工作電流由外接電阻RMODSET和RBIASMAX設(shè)定。

5.2 數(shù)據(jù)輸入鎖定

為提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽糠€(wěn)定性，數(shù)據(jù)輸入鎖定電路采用了不同形式的時鐘信號，由LATCH端電平來選擇，該端為高電平時，輸入數(shù)據(jù)與時鐘CLK＋的上升沿同步；該端為低電平時，輸入數(shù)據(jù)直接送至輸出級。若不需鎖定功能，可將時CLK＋接到電源端，CLK－懸空即可。

5.3 使能控制

使能控制（ENABLE）端為低電平時，偏置電流和調(diào)制電流均被關(guān)斷，激光二極管LD無輸出，使能端為高電平時，MAX3867正常驅(qū)動激光二極管LD。

5.4 軟啟動

軟啟動電路的作用是設(shè)置激光二極管LD的導(dǎo)通延遲時間，避免激光二極管LD因受瞬間沖擊而損壞。延遲時間由外接電容CSLWSTRT確定。

5.5 APC失效監(jiān)測

當(dāng)APC環(huán)路失效時，失效檢測電路可輸出一個提示信號FALT。

5.6 短路保護

當(dāng)調(diào)制、偏置和內(nèi)部控制電流源出現(xiàn)短路時，短路保護電路立刻關(guān)斷偏置和調(diào)制輸出電路，從而避免激光二極管LD因過流而燒毀。

6. 應(yīng)用設(shè)計

6.1 設(shè)計依據(jù)

設(shè)計激光發(fā)射器時，光輸出均用平均功率來表示，其他相關(guān)量的關(guān)系式如下：

平均功率 PAVE=（P0＋P1）／2

熄滅率re=P1/P0

光功率幅值PP-P=2PAVE（re－1）/（rE＋1）

激光效率η=PP-P/IMOD

激光監(jiān)測電流變化ρMON=IMD/PAVE

式中，P1、P0分別為光輸出功率的峰值和谷值，IMOD為調(diào)制電流。IMD為監(jiān)測光電管電流。

6.2 參考預(yù)置

（1）調(diào)制電流IMOD、偏置電流IBIASMAX的預(yù)置

根據(jù)IMOD與RMODSET，IBIASMAX與RBIASMAX關(guān)系曲線（分別如圖2、圖3所示），按所需的IMOD，IBIASMAX值查出RMODSET，RBIASMAX即可。

（2） APC恒定功率值預(yù)置

根據(jù)自動恒定功率（用監(jiān)測光電管FD的監(jiān)測光電流IMD來反映）與自動恒定功率設(shè)定電阻RAPCSET的關(guān)系曲線（圖4），按所需的恒定功率值，可查出RAPCSET。

6.3 注意事項

（1） RF，CF補償網(wǎng)絡(luò)

為減少分布電感引起的光輸出波形失真，建議采用圖1中的RF、CF補償網(wǎng)絡(luò)，RF、CF可通過實驗的方法來確定，即可用調(diào)RF、CF的方法使光輸出波形失真最小即可。

（2） 長線傳輸衰減

長線傳輸NRZ數(shù)據(jù)時，低頻衰減比較嚴重，MAX3867采用了相應(yīng)的補償措施，即外接三個無源元件：決定自動恒功率控制環(huán)路時間常數(shù)的電容CAPE、交流耦合電容CD和上拉電感LP。

（3） 輸入信號

MAX3867的數(shù)據(jù)和時鐘輸入與PECL是兼容的，若用非標(biāo)準(zhǔn)PECL輸入信號，只要其共模電壓和差分電壓的擺幅滿足MAX3867的要求，亦可正常工作。

（4） 功耗計算

MAX3867的結(jié)溫不允許超過＋150℃，總功耗P可用下式計算：

P=VCCICC＋（VCC－Vf）IBIAS＋IMOD（VCC－RLIMOD/2）

式中，RL為激光二極管LD的正向電阻，Vf為激光二極管LD的正向壓降，其他符合定義同前。

驗算結(jié)溫Tj符合下式要求即可：

Tj=P·θr≤TjMAX

式中：θr為熱阻系數(shù)（典型值為48℃/W）

TjMAX為MAX3867允許的最高結(jié)溫

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