本應(yīng)用簡(jiǎn)報(bào)描述了用于偏置光學(xué)激光驅(qū)動(dòng)器的兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（開(kāi)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(dòng)器的示例。激光模塊設(shè)計(jì)人員可以使用固定電阻器、機(jī)械電位器、數(shù)字電位器或數(shù)模轉(zhuǎn)換器 （DAC） 來(lái)控制激光驅(qū)動(dòng)器的調(diào)制和偏置電流?？?a href="http://m.xsypw.cn/v/tag/1315/" target="_blank">編程方法（POT或DAC）的優(yōu)點(diǎn)是制造過(guò)程可以自動(dòng)化，并且可以應(yīng)用數(shù)字控制（例如，補(bǔ)償溫度）。使用 POT 可能是一種比 DAC 更簡(jiǎn)單的方法。使用POT可能會(huì)有輕微的成本優(yōu)勢(shì)，但相對(duì)于設(shè)計(jì)的其他部分，這通常并不重要。使用DAC具有諸多優(yōu)勢(shì)，包括改善線性度（轉(zhuǎn)化為軟件實(shí)現(xiàn)的便利性和達(dá)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(fù)電壓激光驅(qū)動(dòng)器的易用性以及單元間的一致性。

在開(kāi)環(huán)和閉環(huán)操作的背景下，回顧了激光驅(qū)動(dòng)器與控制它的數(shù)字控制電位計(jì)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(biāo)是使用激光驅(qū)動(dòng)器的偏置和調(diào)制電路改變光的振幅，使光功率在兩個(gè)電平（P0和P1）之間擺動(dòng)。

開(kāi)環(huán)拓?fù)?/p>

在圖1a的偏置控制拓?fù)渲?，可?a target="_blank">電阻設(shè)置一個(gè)電流（I1），該電流被放大并饋送到共陰極半導(dǎo)體激光管（或從共陽(yáng)極類型吸收）。電阻兩端最常見(jiàn)的電壓為1.2V，源自激光驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的帶隙基準(zhǔn)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(duì)于電阻器提供電流的某些應(yīng)用，它可以連接到固定基準(zhǔn)或電源而不是接地。

圖1b顯示了一個(gè)低側(cè)電路（相對(duì)于地的控制），其中輸入電壓V1設(shè)置內(nèi)部電流I1，該電流被放大到I2的水平，以便通過(guò)拉電流或吸收電流來(lái)驅(qū)動(dòng)激光器。本電路中的電位計(jì)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(duì)于高端控制（圖1c），控制電壓（V1）降低會(huì)導(dǎo)致I1和激光驅(qū)動(dòng)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。

圖1.用于控制激光偏置電流的開(kāi)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(dòng)高阻抗輸入的電位計(jì)，以及（c）帶負(fù)電源的高側(cè)控制（激光陽(yáng)極接地）。

圖1.用于控制激光偏置電流的開(kāi)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(dòng)高阻抗輸入的電位計(jì)，以及（c）帶負(fù)電源的高側(cè)控制（激光陽(yáng)極接地）。

圖1.用于控制激光偏置電流的開(kāi)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(dòng)高阻抗輸入的電位計(jì)，以及（c）帶負(fù)電源的高側(cè)控制（激光陽(yáng)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(kāi)關(guān)電流。要增加發(fā)射光的峰峰值幅度，請(qǐng)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(qǐng)注意，攜帶I1或I3的激光驅(qū)動(dòng)IC的輸入級(jí)可以是雙極性npn晶體管。

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。

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?fù)?/p>

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(shí)現(xiàn)激光的閉環(huán)控制。

不太常見(jiàn)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(dòng)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(zhǔn)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?yàn)槿绻粋€(gè)軌道I1，平均光功率也會(huì)增加。

圖3b是閉環(huán)調(diào)制的簡(jiǎn)化表示。將來(lái)自光電二極管電流（Ifb）的反饋信號(hào)與基準(zhǔn)電流（I3）進(jìn)行比較會(huì)產(chǎn)生一個(gè)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(kāi)關(guān)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。

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。

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(duì)

要將激光驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(yīng)度（以 mA/mW 為單位）。DS1847電阻設(shè)置I1等于1.2/R。接下來(lái)，Pavg = I1/響應(yīng)度 = 1.2/（響應(yīng)度 × R）

請(qǐng)注意R在實(shí)現(xiàn)所需平均功率時(shí)對(duì)光電二極管特性的依賴性。因此，為了實(shí)現(xiàn)合理的設(shè)計(jì)良率，建議設(shè)計(jì)人員了解該參數(shù)的統(tǒng)計(jì)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(kāi)始，這反過(guò)來(lái)又需要 <8kΩ;電阻。DS1內(nèi)部的電阻1847應(yīng)用于APC功能。

Pmod在激光驅(qū)動(dòng)器內(nèi)不受調(diào)節(jié)，因此運(yùn)行開(kāi)環(huán)。它由一個(gè)設(shè)置I3的電阻控制（見(jiàn)圖2a）。反過(guò)來(lái)，I3設(shè)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(duì)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(yīng)使用DS1847的電阻0。

DS1847包括用于溫度補(bǔ)償?shù)牟檎冶?。這種補(bǔ)償對(duì)于APC和調(diào)制控制至關(guān)重要。在APC模式下，該表用于抵消光電二極管響應(yīng)度的溫度依賴性，根據(jù)SLT1-LN數(shù)據(jù)手冊(cè)，光電二極管響應(yīng)度的變化高達(dá)±5.40dB（約2170%）。至于調(diào)制，相應(yīng)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(dá)±3dB（2倍）。

查找表的另一個(gè)好處是，它們有助于補(bǔ)償應(yīng)用中激光驅(qū)動(dòng)器增益、電阻值和其他參數(shù)的溫度依賴性。DS1847電阻值在達(dá)拉斯工廠的不同溫度下都有表征。結(jié)果符合一個(gè)方程，其系數(shù)存儲(chǔ)在寄存器中，以便在客戶現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)時(shí)使用（參見(jiàn)應(yīng)用筆記167）。

為了說(shuō)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(jìn)行溫度補(bǔ)償后的典型特性。

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

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

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

審核編輯：郭婷