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數(shù)字控制電位器和電阻器與激光驅(qū)動器接口

星星科技指導員 ? 來源:ADI ? 作者:ADI ? 2023-06-09 16:40 ? 次閱讀

本應用簡報描述了用于偏置光學激光驅(qū)動器的兩種拓撲結(jié)構(gòu)(開環(huán)和閉環(huán)),并演示了使用DS1847數(shù)字電位器和MAX3273激光驅(qū)動器的示例。激光模塊設計人員可以使用固定電阻器、機械電位器、數(shù)字電位器或數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC) 來控制激光驅(qū)動器的調(diào)制和偏置電流。可編程方法(POT或DAC)的優(yōu)點是制造過程可以自動化,并且可以應用數(shù)字控制(例如,補償溫度)。使用 POT 可能是一種比 DAC 更簡單的方法。使用POT可能會有輕微的成本優(yōu)勢,但相對于設計的其他部分,這通常并不重要。使用DAC具有諸多優(yōu)勢,包括改善線性度(轉(zhuǎn)化為軟件實現(xiàn)的便利性和達到所需精度的能力)、更高的電路板密度、更寬的分辨率范圍、更好的優(yōu)化范圍、負電壓激光驅(qū)動器的易用性以及單元間的一致性。

在開環(huán)和閉環(huán)操作的背景下,回顧了激光驅(qū)動器與控制它的數(shù)字控制電位計和電阻器之間的不同電氣接口模式。這些光纖系統(tǒng)的目標是使用激光驅(qū)動器的偏置和調(diào)制電路改變光的振幅,使光功率在兩個電平(P0和P1)之間擺動。

開環(huán)拓撲

在圖1a的偏置控制拓撲中,可變電阻設置一個電流(I1),該電流被放大并饋送到共陰極半導體激光管(或從共陽極類型吸收)。電阻兩端最常見的電壓為1.2V,源自激光驅(qū)動器內(nèi)部的帶隙基準電壓源。I1 的范圍從微安到幾毫安,I2 的范圍從幾十毫安到 100mA。對于電阻器提供電流的某些應用,它可以連接到固定基準或電源而不是接地。

圖1b顯示了一個低側(cè)電路(相對于地的控制),其中輸入電壓V1設置內(nèi)部電流I1,該電流被放大到I2的水平,以便通過拉電流或吸收電流來驅(qū)動激光器。本電路中的電位計非常適合V1的高輸入阻抗。(在圖1a配置中,可變電阻更合適。

對于高端控制(圖1c),控制電壓(V1)降低會導致I1和激光驅(qū)動電流I2增加。因此,為了增加激光輸出的平均光功率,電阻必須降低,圖1b中的電阻必須減小,V1必須增加,V1必須減小圖1c。

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圖1.用于控制激光偏置電流的開環(huán)方法包括(a)使用可變電阻器的低側(cè)控制(激光陰極接地),或(b)驅(qū)動高阻抗輸入的電位計,以及(c)帶負電源的高側(cè)控制(激光陽極接地)。

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圖1.用于控制激光偏置電流的開環(huán)方法包括(a)使用可變電阻器的低側(cè)控制(激光陰極接地),或(b)驅(qū)動高阻抗輸入的電位計,以及(c)帶負電源的高側(cè)控制(激光陽極接地)。

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圖1.用于控制激光偏置電流的開環(huán)方法包括(a)使用可變電阻器的低側(cè)控制(激光陰極接地),或(b)驅(qū)動高阻抗輸入的電位計,以及(c)帶負電源的高側(cè)控制(激光陽極接地)。

用于控制激光調(diào)制電平的電路配置(圖2a和2b)與控制偏置電流的電路配置相似。數(shù)據(jù)載波的幅度調(diào)制產(chǎn)生開關電流。要增加發(fā)射光的峰峰值幅度,請降低圖2a中的可變電阻或增加圖3b中的V2。 (這些圖顯示了向激光器注入偏置電流以及調(diào)制電流。在圖1b和2b中,請注意,攜帶I1或I3的激光驅(qū)動IC的輸入級可以是雙極性npn晶體管

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圖2.用于激光調(diào)制電流低側(cè)控制的電路類似于圖1a和1b中的偏置電流控制電路。

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圖2.用于激光調(diào)制電流低側(cè)控制的電路類似于圖1a和1b中的偏置電流控制電路。

閉環(huán)拓撲

平均功率控制(APC)是調(diào)節(jié)激光器平均光輸出的常用方法。激光由反饋路徑中的光電二極管監(jiān)視器控制,從而實現(xiàn)激光的閉環(huán)控制。

不太常見的是閉環(huán)調(diào)制控制電路。圖3a和3b顯示了與此類激光驅(qū)動器的電阻接口。

在圖3a中,激光偏置電流是從光電二極管監(jiān)視器(Ifa)反饋的電流與基準電流(I1)之間誤差的放大版本。隨著可變電阻的減小,I1增加。因為如果一個軌道I1,平均光功率也會增加。

圖3b是閉環(huán)調(diào)制的簡化表示。將來自光電二極管電流(Ifb)的反饋信號與基準電流(I3)進行比較會產(chǎn)生一個誤差,該誤差被放大并用于調(diào)制數(shù)據(jù)載波幅度,從而產(chǎn)生開關電流。隨著電阻的減小,峰峰值光功率增加。偏置電流(I2)包含在圖3b中以完成圖片。

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圖3.(a) 允許閉環(huán)激光控制的光電二極管監(jiān)視器也可以容納 (b) 調(diào)制電流的控制。

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圖3.(a) 允許閉環(huán)激光控制的光電二極管監(jiān)視器也可以容納 (b) 調(diào)制電流的控制。

示例:MAX3273/DS1847對

要將激光驅(qū)動器MAX3273連接至DS1847數(shù)控電阻,首先確定平均光功率(Pavg)和峰峰值光調(diào)制功率(Pmod)。

Pavg 由激光驅(qū)動器周圍的 APC 環(huán)路調(diào)節(jié)(圖 3a),直接取決于 I1 和光電二極管的響應度(以 mA/mW 為單位)。DS1847電阻設置I1等于1.2/R。接下來,Pavg = I1/響應度 = 1.2/(響應度 × R)

請注意R在實現(xiàn)所需平均功率時對光電二極管特性的依賴性。因此,為了實現(xiàn)合理的設計良率,建議設計人員了解該參數(shù)的統(tǒng)計分布及其溫度依賴性。例如,Pavg = 2170.0mW 的 DFB 激光器 (SLT4-LN) 產(chǎn)生的光電二極管電流范圍從 0.15mA 開始,這反過來又需要 <8kΩ;電阻。DS1內(nèi)部的電阻1847應用于APC功能。

Pmod在激光驅(qū)動器內(nèi)不受調(diào)節(jié),因此運行開環(huán)。它由一個設置I3的電阻控制(見圖2a)。反過來,I3設置峰峰值調(diào)制電流,將其添加到偏置電流中并注入激光器。因此,激光輸出由直流分量和脈沖分量組成。脈沖分量 (Pmod) 取決于以 mW/mA 表示的激光量子效率 (η)、增益 Gm(圖 2a)和 I3(等于 1.2/Rmod)。因此,Pmod = 1.2 × Gm × h/Rmod。

同樣,Rmod 取決于給定 Pmod 的η,因此了解 h 的變化很重要。對于包含相同激光器 (SLT2170-LN) 且 Pmod = 0.6mW、Gm = 165、η = 0.06 的系統(tǒng),所需的電阻小于 20kΩ;。調(diào)制功能應使用DS1847的電阻0。

DS1847包括用于溫度補償?shù)牟檎冶怼_@種補償對于APC和調(diào)制控制至關重要。在APC模式下,該表用于抵消光電二極管響應度的溫度依賴性,根據(jù)SLT1-LN數(shù)據(jù)手冊,光電二極管響應度的變化高達±5.40dB(約2170%)。至于調(diào)制,相應的表格主要用于抵消激光效率η的溫度依賴性,其變化可高達±3dB(2倍)。

查找表的另一個好處是,它們有助于補償應用中激光驅(qū)動器增益、電阻值和其他參數(shù)的溫度依賴性。DS1847電阻值在達拉斯工廠的不同溫度下都有表征。結(jié)果符合一個方程,其系數(shù)存儲在寄存器中,以便在客戶現(xiàn)場校準時使用(參見應用筆記167)。

為了說明上一段中描述的一些概念,圖4a、4b和4c顯示了激光器和光電二極管在用查找表進行溫度補償后的典型特性。

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圖 4a.如果使用如圖1a所示的開環(huán)操作,則通過查找表實現(xiàn)激光偏置電流變化。

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圖 4b.如果使用開環(huán)操作(如圖2a)所示,則通過查找表實現(xiàn)峰峰值激光調(diào)制電流變化。

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圖 4c.如果使用閉環(huán)操作(APC),如圖3a所示,則通過查找表實現(xiàn)集成光電二極管電流變化。

審核編輯:郭婷

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