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1、高速激光驱动器高速激光驱动器 MAX3996MAX3996 及其应用及其应用 发表日期：1/22/2007 3:41:12 PM 来源：电子元器件应用 高速激光驱动器 MAX3996 及其应用MAX3996 是美国 MAXIM 公司生产的高速激光驱动器，文中介绍了该驱动器的主要性能、引脚功能、内部结构及工作原理；最后结合典型应用电路，介绍了其应用设计过程。彭月平 刘长泉 张娟子 武警工程学院引言MAX3996 是美国 MAXIM 公司生产的适用于 VCSEL(垂直腔面发射激光管)及高效边沿发射激光管的高速激光驱动器，其工作速率高达 2.5 Gbps，可用作 SFF 光纤 LAN 系统中的发送器
2、。该产品不仅具有传输速率高、性能安全稳定和输出平均功率恒定等特点，而且可开关高达 30 mA 的激光器调制电流并吸入高达 60 mA 的偏置电流，同时可提供调温补偿电路，以在工作温度范围内保持消光比符合规范要求；MAX3996 采用低成本的包括 TO-46 头在内的多种激光器封装，与工业标准的传送器眼图模板相比，其低确定性抖动(9psP-P)结合快边沿速率(65ps)能够提供极好的余量。MAX3996 主要特性如下：(1) 采用+3.3+5 V 的单电源工作模式；(2) 可提供高达 30 mA 的调制电流和 60 mA 的偏置电流；(3) 支持共阳和差分两种激光管配置模式；(4) 具有低至 9
3、psP-P 的确定性抖动；(5)内含自动功率控制(APC)电路和调制电流温度补偿电路；(6)带有集成安全控制及失效指示电路；(7) 符合 SFF 和 SFP MSA 技术规范。引脚功能、内部结构及工作原理 引脚功能MAX3996 的工作温度范围是 070，采用 20 引脚 QFN 或 20 引脚薄型 QFN 封装形式，其引脚排列如图1 所示。各引脚的功能如下：TC(1)：调制电流温度补偿设置端；FAULT(2)：失效指示输出端；GND(3,9)：电源接地端；TX_DISABLE(4)：传输控制端；PORDLY(5)：电源复位延时设置端；VCC(6,16,19)：电源供给端；IN+(7)，IN-
4、(8)：数据正向、反向输入端；MON1(10)，MON2(11)：偏置电流驱动放大器负反馈设置端；COMP(12)：APC 环路主极点设置端；MD(13)：监控(反馈)光二极管电流输入端；SHDNDRV(14)：驱动器输出控制端；BIAS(15)：激光管偏置电流输出端；OUT+(17)，OUT-(18)：调制电流正向、反向输出端；MODSET(20)：温度恒定时的调制电流设置端；EP：外露焊片，应用时必须接地。 内部结构及工作过程MAX3996 内部结构如图 2 所示，内部电路主要包括高速激光调制电路、集成安全控制电路和带自动功率控制(APC)的偏置电流产生电路。偏置电流产生电路主要由带功率控
5、制的放大电路和开启平滑电路组成，主要功能是为外接激光管提供合适的偏置电流，APC 电路通过调节偏置电流变化来维持光输出功率的稳定，而开启平滑电路的主要作用是平滑在电源开启时所产生的尖峰电流，确保电路安全，延长激光管使用寿命。集成安全电路包括输出控制电路、失效锁存输出电路、失效检测电路和电源复位电路，主要功能是监视驱动器的工作状态，当失效情况发生时，关闭驱动器输出，同时输出失效指示信息，直到 TX_DISABLE 端为低电平或电源重新复位后再恢复正常状态；高速调制电路包括输入缓冲电路、调制电流控制电路和高速差分对电路，其主要功能是对输入信号进行调制，并为外部激光管提供所需的激励信号，此外还提供对
6、调制电流的温度补偿功能。MAX3996 在正常工作过程中，数据先从 IN+端和 IN-端输入，经输入缓冲电路处理后，控制高速差分对调制器输出以实现调制，调制后的信号从 OUT+端和 OUT-端输出，去驱动外接激光管；当输出功率变化时，反馈信号从 MD 端输入，此时 APC 电路通过调节偏置电流变化来自动维持输出功率的稳定；当温度变化时，温度补偿电路通过调节调制电流来维持消光比的恒定；当电路发生故障和其它意外情况时，集成安全电路则可在关闭激光管输出的同时，输出失效指示信号。应用设计MAX3996 典型应用电路如图 3 所示，图中所标识的元器件值为典型值，未标出的元器件值需要用户在具体设计中确定。
7、下面结合典型应用电路来介绍 MAX3996 应用设计过程。 激光管的选择用户在利用 MAX3996 设计光发送器时，在充分了解 MAX3996 的电气特性后，首要应根据实际需求选择合适的激光管。一般情况下，用户首先要根据所需光输出功率来确定所需激光管的输出平均功率和消光比；再根据表 1 选择满足条件的激光管。在满足输出功率的前提下，还应根据不同的传输速率选择相应的不同上升沿时间的激光管，对于 1.25 Gbps 的传输速率，其激光管的上升沿时间应不大于 260 ps，而对于 2.5G bps 的传输速率，激光管的上升沿时间则不大于 130 ps，为保持激光管性能最佳，应尽量缩短其包装引线，以减
8、少其所引起的电感量，必要时，还应采用补偿滤波网络来维持信号稳定、减少波形抖动等现象的发生。此外，为了满足 MAX3996 交流特性的要求，OUT+端和 OUT-端的输出电压在任何时候都不应低于 VCC-1V。 调制电流 IMOD 的设计调制电流由 MODSET 端的外接电阻(RMOD)和 TC 端的外接电阻(RTC)来确定，其中：MODSET 端外接电阻(RMOD)确定温度恒定时的调制电流部分(IMODS)；TC 端外接电阻(RTC)决定温度升高时调制电流的补偿电流(IMODT)的大小。温度变化会引起调制电流变化，补偿调制电流(IMODT)就是补偿温度变化时对调制电流的影响，而IMODT 是由
9、温度补偿系数 TEMPCO 来确定的。因此，应用时，用户应根据实际情况计算出合适的温度补偿系数(TEMPCO)。当激光管选定后，用户可从激光管的两个不同温度所对应的斜率()计算 TEMPCO的值，如一激光管在温度为 25时所对应的斜率是：25=0.021 mW/mA，在温度为 70时所对应的斜率为：70=0.018 mW/mA，那么，可由下式求出 TEMPCO：当 TEMPCO 计算出来后，即可根据下式来确定 RTC 的值：其中：IMOD 是根据表 1 中的公式所求出的所需调制的电流值。IMODS 是在理想工作条件(温度不变和输出功率恒定)下驱动器所需的调制电流，可由 MAX3996 内部电路
10、和 MODSET 端的外接电阻(RMOD)来确定。当用户求出 RTC 后，可根据下式求出 RMOD：若用户不采用温度补偿电路，则可将 TC 端悬空。值得注意的是，IMOD 的范围为 230 mA。 偏置电路设计偏置电流是为外接电路元件提供合适的工作电流，用户在选择激光管时，应注意使激光管所需的偏置电流在 MAX3996 所提供偏置电流范围内。为降低系统性抖动，在激光管阴极与 MAX3996 的 BIAS 端应串接一个内带铁氧芯的电感。APC 电路通过检测监控电流(IMD)变化来调节偏置电流变化，以维持平均功率稳定。所需的参考监控电流值是由 MAX3996 的 MD 端的串接电阻(RSET)来设
11、置的。为确保 APC 电路工作稳定，减少干扰，在 MAX3996 的 COMP 端应外接一电容(CCOMP)到地，以设置所需的 APC 电路时间常数(典型值为 0.1F)。MAX3996 的 MON2 端到地的等效电阻为偏置电流放大器的负反馈电阻(RMON)，其主要目的是稳定放大器的静态工作点，以及确定 APC 电路工作的时间常数，在实际应用中，用户应根据下式选择 RMON：RMON=400 mV/(IBIAS)MAX其中：(IBIAS)MAX 为激光管偏置电流的最大值。当 MAX3996 的 MON1 端接地，而 MON2 端悬空时，RMON为 11。 应注意的问题由于 MAX3996 是高频产品，工作频率很高，电路布局对其影响很大。在电路设计时，应采用性能优越的高频布线技术，用户应采用具有公共接地层的多层电路板，以降低电磁干扰和交调失真；电路板应采用低损耗的介质材料，以减少能量损耗；数据输入端的引线和调制输出端的引线应尽可能的短，以使电感量最小。必要时，还应增加滤波网络。此外，外露焊片也必须接地。结束语MAX3996 是新一代适合 VCSEL(垂直腔面发射激光管)及高效率的边沿发射激光管的高速激光驱动器，该驱动器应用设计灵活，工作模式多样，在应用时，所需外围元件较少，电路较为简单，同时也具有同类产品的优良性能，在光纤网络中有一定的应用前景。
