激光驅(qū)動器與激光二極管接口優(yōu)化調(diào)試

1、激光驅(qū)動器與激光二極管接口優(yōu)化調(diào)試Maxim高頻光纖通信部一、概述:在激光驅(qū)動器與激光二極管的接口電路設(shè)計中即使是對電路做了仔細、周密的考慮也很難達到最優(yōu)狀態(tài)系統(tǒng)調(diào)試過程中仍需對各部分電路加以調(diào)整、優(yōu)化圖1是采用Maxim的2.5Gbps激光驅(qū)動器MAX3869構(gòu)成的激光驅(qū)動器典型連接電路。本文以該電路為例以激光二極管的輸出通過光電(OE)轉(zhuǎn)換后顯示在示波器上的波形為基礎(chǔ)列舉了一些通用接口問題和可能的解決辦法。二、優(yōu)化設(shè)計以下列舉了八個

2、常見激光管接口問題激光管的輸入是偽隨機比特流(PRBS)。A.眼圖不清晰(圖2):圖2中在顯示的眼圖最下面有黑色水平線。當(dāng)減少偏置電流時波形會被壓縮波形上端下移底端固定不變。導(dǎo)致這一問題的原因可能是偏置電流設(shè)置得太低數(shù)字零電平低于激光管的門限?？梢蕴岣呒す夤艿钠秒娏髦钡绞静ㄆ魃系牟ㄐ伍_始上移(表示數(shù)字零電平已高于激光管門限)當(dāng)偏置電流增加時眼圖會變得清晰可辨。B.欠阻尼振蕩(圖3):在波形圖上有較大的過沖示波器顯示的眼圖最下方有黑色水

3、平線。減小偏置電流使數(shù)字1電平下移但過沖幅度保持不變甚至增大。偏置電流減小時波形底端(數(shù)字0電平)保持不變。造成這一現(xiàn)象的可能原因是偏置電流設(shè)得太低。數(shù)字0電平低于激光管的門限。當(dāng)激光管從低于門限電平向高電平切換時需要額外的時間從而導(dǎo)致了上升邊沿的延遲。開關(guān)延遲使電勢積累增加一旦克服了門限就沖過數(shù)字1電平(被稱作欠阻尼振蕩)?？赏ㄟ^提高激光管的偏置電流解決提高激光管的偏置電流直到示波器上的波形開始上移(表示數(shù)字零電流已高于激光管門限)。

4、當(dāng)數(shù)字0電平高于門限值后過沖將顯著減少。C.過沖(圖4)：圖4所示波形的上升沿沖過了數(shù)字1電平。當(dāng)偏置電流和調(diào)制電流變化時過沖的相對幅度沒有變化。沒有明顯的振鈴?？赡茉蛴袃蓚€:(a)上升太快(b)用于上拉的鐵氧體磁珠Q值太高。解決的方法是:(a)插入截止頻率為75%數(shù)據(jù)率的低通濾波器減慢上升和下降沿減小過沖。(b)降低與鐵氧體磁珠并聯(lián)的電阻(圖1中的RP)阻值使Q值降低。(c)調(diào)整串聯(lián)阻尼電阻(圖1中的RD)。D.欠沖(圖5):當(dāng)輸出

5、電路過阻尼會造成欠沖現(xiàn)象示波器顯示波形的上升或下降沿在單個間隔的前半部分不能到達高或低電平。這是由置于OUT和OUT間的0.5pF電容(用來阻尼某些振鈴)引起的。解決途徑有:(a)如果可能減小OUT和OUT間的電容。(b)減小OUT的負載電容。(c)減小串聯(lián)阻尼電阻(圖1中的RD)的值。E.振鈴(圖6):振鈴指的是眼圖的上升或下降沿相對于正確電平出現(xiàn)振蕩、振幅逐漸衰減的現(xiàn)象。可能原因是:阻抗不匹配電路中電感過大電路元件產(chǎn)生諧振。在圖6顯

6、示的圖像中振鈴是由拿走鐵氧體磁珠的并聯(lián)電阻(圖1中的RP)引起的。解決方法是:(a)盡可能消除阻抗不匹配。(b)盡可能縮短激光二極管的引線長度以減少寄生電感。(c)減小鐵氧體磁珠的并聯(lián)電阻(圖11中的RP)的阻值。(d)調(diào)整RF和CF(參見圖1)以補償激光管的寄生因素。F.反射(圖7):傳輸線阻抗不匹配造成的反射可能以過沖、欠沖、振鈴或其它失真的方式出現(xiàn)。通過降低比特率并展寬示波器的時間尺度觀察稍寬的波形就可以看出反射導(dǎo)致的信號疊加(如

7、圖7所示)。解決方法是:(a)激光驅(qū)動器和激光二極管的距離要盡可能的短。(b)確保在PC板布線時采用正確的阻抗控制。(c)用時域反射計來定位阻抗不連續(xù)點提高PC板布線質(zhì)量。(d)調(diào)整補償網(wǎng)絡(luò)各個元件(圖1中RF和CF)的值使傳輸線的負載端達到最佳阻抗匹配。G.眼圖出現(xiàn)雙線(碼型相關(guān)抖動)(圖8)圖8所示:眼圖的某些部分分離成明顯的兩條線。當(dāng)輸入數(shù)據(jù)碼型改變時雙線效應(yīng)會相應(yīng)變化。產(chǎn)生原因是:NRZ數(shù)據(jù)流中包含的連續(xù)比特數(shù)(長1或長0)變化

8、范圍很大而系統(tǒng)帶寬有限從而導(dǎo)致碼型相關(guān)抖動(PDJ)很多情況下均會引起這種效應(yīng)。圖8中的失真是由調(diào)制電流增加使輸出晶體管飽和而限制了其高速開關(guān)的能力引起的。確定低頻端3dB截止點很重要必須保證與長連續(xù)比特流(圖9)有關(guān)的低頻通過從而消除PDJ。高頻帶寬不夠同樣會出現(xiàn)PDJ(圖10)。如果放大器響應(yīng)速度不夠快在單比特圖像時不能完成過渡過程?；蛘叻糯笃鳑]有充足的建立時間就會產(chǎn)生高頻PDJ。解決的方法是:(a)增大交流耦合電容(圖1中的CD)

9、。(b)增大串聯(lián)阻尼電阻(圖1中的RD)。(c)增大VCC。(d)降低調(diào)制電流。H.不對稱眼圖(圖11):圖11中上升時間與下降時間明顯不同眼圖的交叉零點高于或低于中點(脈寬失真PWD)。造成波形不對稱的原因是由于上升和下降時電流通路不同而引起的因為不同的路徑可能有不同的充放電特性。由于直流偏移01轉(zhuǎn)換的中點和10轉(zhuǎn)換的中點不在相同的電平上(圖12)也會產(chǎn)生PWD。上升下降速度不一致、直流偏移都會使眼圖上出現(xiàn)不對稱。具體的解決方法是:(