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1、带消光比控制的多速率激光驱动器MAX3737摘要：MAX3737是MAXIM公司生产的一种带有消光比控制的激光驱动器。该器件的传输速率 为155Mbps2. 7 Gbps，可用作光纤网络中的光发射机。该产品具有功耗低、工作电流小 和消光比恒定等特点。文中介绍了 MAX3737的主要性能、引脚功能、内部结构及工作原理； 同时结合其典型应用电路介绍了 MAX3737的应用设计过程。关键词：MAX3737； ERC； APC；激光二极管1引言MAX 3 7 3 7是美国MAXIM公司生产的带有消光比控制的激光驱动器，它的工 作速率为155Mbps2.7Gbps，可用作多速率0C 3至OC 4 8 F
2、EC 等光纤系统中的光发射机。该产品与以往同类产品相比，不仅具有传输速率高、供电电流小 和输出平均功率恒定等特点，而且在激光管的使用寿命和温度变化范围内能始终保持消光比 恒定MAX3737的主要特性如下：采用+3.3V单电源工作模式；仅需4 7 mA的电源供给电流；能提供高达8 5 mA的调制电流和高达10 0 mA的偏置电流；内含自动功率控制（APC）、自动调制控制（AMC）和温度补偿电路；带有以地为参考点的电流监控设置端;GND24MD2VccVcc322OUT+IN+19OUT-1817QgOON CJS O ca n A Q具有安全控制和失效警告指示电路。1 MAX3737引脚排列图2
3、引脚功能、内部结构及工作原理2.1引脚功能MAX 3 7 3 7采用32-pin QFN封装形式，它的引脚排列如图1所示。各引脚功能如下:GND(1,10, 15,16):接地端;TX DISABLE(2):激光管输出控制端电压输入，低电平有效;PC-M0NBC-M0NBIASTX-DISABLE21 0UT+20 OUT-:MAX3737涯TIC赵VCC(3,6,11,18,23)：+3.3V 电源端口;IN + (4),IN (5):分别为数据信号的正、反向输入端；PC MON(7 ):监控 反馈 光二极管电流监控端。该端通过外接电阻可产生与 反馈光二极管电流成正比、并以地为参考点的参考电
4、压；BC MON(8):激光管偏置电流监控端，可通过外接电阻产生与偏置电流成正比、 并以地为参考点的参考电压；MC MON(9)：调制电流监控端，可通过外接电阻产生与调制电流成正比、并以 地为参考点的参考电压；TX FAULT(12)：传输失效指示端；SHUTDOWN (13):关闭驱动器输出端；VBS(14)：激光管偏置电压指示端；BIAS(17)：激光管偏置电流输出端；OUT(19,20 ):反向输出端，应用时应将这两脚互连；OUT+ (2 1,2 2)：正向输出端，应用时应将这两脚互连；MD(2 4)：监控反馈光二极管电流输入端，应用时与监控(反馈)光二极管的 正极连接；VMD(2 5)
5、:监控 反馈 光二极管电压指示端；APCFILT1(26), APCFILT2(27)：APC 环路主极点设置端， 应用时应在这两脚之间接一个电容器(CAPC)；APCSET(2 8):平均光功率设置端；MODSET(2 9)：调制电流部分设置端；MODBCOMP(3 0 ):偏置电流对调制电流补偿系数设置端；TH TEMP (3 1 )：温度补偿电路阈值设置端;MODTCOMP(3 2):温度补偿系数设置端。T7APCFILT2Rm冗.册ININ-ImFKjajrMOES&TJL 则佃逓RmCKCjiHinxjvTE* 2T團戈F4AX3737 :A部鈿枸示意團2.2内部结构及工作过程MAX
6、 3 7 3 7内部结构如图2所示，内部电路主要包括高速调制电路、消光比控制 电路及安全逻辑控制和指示电路。其中，高速调制电路包括输入级和输出级两部分，主要由 输入缓冲、数据通道和高速差分对电路组成，其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。消光比控制电路包括三部分：自动功率控制 APC 电路、自动 调制控制 AMC 电路和温度补偿电路，其主要作用是与监控光二极管形成反馈控制电 路，同时通过对偏置电流和调制电流的动态控制调节来维持消光比恒定；安全逻辑控制和指示电路主要是为驱动器正常工作提供安全保障，对驱动器工作状态进行监控，同时提供驱动 器的各种工作状态和失效信息。MAX
7、 3 7 3 7采用APC工作模式，当MAX 3 7 3 7正常工作时，数据从IN 端和IN+端输入，经输入缓冲电路和数据通道处理，然后通过控制差分对调制器输出以实 现调制，调制后的信号从OUT端和OUT+端输出以驱动外接激光管；当输出功率变化 时，反馈信号将从MD端输入，然后通过消光比控制电路来调节调制电流和偏置电流的变化 以自动维持输出功率的稳定；当温度变化超过阈值时，温度补偿电路会自动调节调制电流以 维持功率稳定；当电路发生故障和其它意外情况发生时，安全逻辑控制和指示电路将通过S HUTDOWN端输出控制信号以关闭激光管输出，同时由TX FAULT端输出警告信 号。3应用设计MAX 3
8、7 3 7在应用时要求用户自行设计的电路非常少，用户的主要设计工作是选 择合适的激光管以及各种相关电流的设计MAX 3 7 3 7典型应用电路如图3所示，图中 所标元器件参数值为典型值，未标元器件需要在具体设计中确定,激光管采用直流耦合方式。 下面结合典型应用电路来介绍MAX 3 7 3 7的应用设计过程。3.1激光管的选择用户在利用MAX 3 7 3 7设计光发射机时，首选是根据实际需求选择合适的激光管。 一般情况下，光输出功率用平均光功率和消光比描述，用户可根据光输出功率来确定所需激 光管的输出平均功率和消光比，并应在满足输出功率的前提下，尽量使消光比大一些。在输 出功率和消光比确定后，同
9、时根据这些参数来选择满足条件的激光管。3.2调制电流IMOD的设计激光管选定后，用户可根据表1中的关系式推导出调制电流IMOD的计算公式。具 体如下:IM0D=2PAVG（re-l）/n （re+1）；式中，各参数的物理意义见表1所列。实际上，调制电流是由固定调制电流（IMO DS）、偏置补偿调制电流（KIBIAS）和温度补偿调制电流（IMODT）三部分组成 的。（1 ）固定调制电流（IMODS）固定调制电流是在理想工作条件（温度不变和输出功率恒定）下驱动器所需的调制电 流。该电流可由MAX 3 7 3 7内部电路和MODSET端的外接电阻所确定。因此，应首 先根据实际要求确定所需的固定调制电
10、流（IMODS）,然后再确定MODSET端的外 接电阻（RMODSET）值具体为：IMODS=268VREF/RMODSET其中，VREF为MAX 3 7 3 7内部的参考电压，一般情况下的典型值为1 .3V。（2）偏置补偿调制电流（K IBIAS）偏置补偿调制电流是由偏置电流变化所引起的，其作用大小由补偿因子K所确定，而 K值大小则由MODBCOMP端的外接电阻所确定。在应用中，可根据偏置电流和调制电 流变化来确定合适的补偿因子K,然后根据K值再确定MODBCOMP端的外接电阻（R MODBCOMP）值。确定补偿因子K的计算公式为：K=AIMOD/AIBIAS=（IMOD2IMOD1）/（I
11、BIAS2IBIAS1）；而K值与RMODBCOMP的关系为：K = 17OO/（1OOO+RMODBCOMP） 10%（3）温度补偿调制电流（IMODT）温度补偿调制电流一般是由温度超过阈值温度所引起的，其作用是补偿温度变化对调 制电流的影响，当TTTH时，温度补偿调制电流(IMODT )的计算公式为：IMODT = TC(T TTH)；其中，TTH为温度阈值，其值可由TH_TEMP端的外接电阻(RTH_TEMP) 来确定；TC为温度补偿系数，其值由MODTCOMP端的外接电阻(RMODTCOM P)确定。应用时，应根据实际情况确定合适的温度阈值和温度补偿系数，然后根据下列公式来 确定RTH
12、_TEMP和RMODTCOMP：。TTH = 7OC + 1. 4 5MQ / (9. 2kQ + RTH TEMP) C10%；3.3监控光二极管反馈电流IMD的设计当激光管选定后，转移系数PMON即可确定，设计时可以参见表1中的参数设置公 式。当用户确定平均光功率后，即可根据公式PAVG=IMD/PMON来确定IMD的 理论值。在MAX 3 7 3 7中，反馈电流IMD可以由APCSET端外接电阻设定，因此I MD设计的实质是确定APCSET端的外接电阻RAPCSET。用户根据下式可确定R APCSET 值。IMD=VREF/(2RAPCSET)RAPCSET确定后，实际提供的反馈电流IM
13、D就确定了，这样，APC电路就 会根据IMD的变化来自动调整偏置电流IBIAS，从而维持平均光功率的稳定。+33V四可I U FQZDIfKmo.cohpRtilt 测 p1N+IN-MODBCOMPMODTCOMPTH_TEMP5、七S5SE-asdp-UTo+UTo切暑Jd 丐冨 s呈 rIu WEUJVRhiDDFTOHFHTLN 呈J8Z+ 33V 53迢本工10QFERftlTE BEADffl 3 M.3737典型臧用电路3.4 APC环路滤波电容的设计在APC电路中，滤波电容CAPC的作用是延迟APC电路的作用时间，减少低频 信号干扰。滤波电容CAPC的值可由低频截止频率f3DB
14、来确定，用户可以首先根据要 求确定低频截止频率f3DB，然后根据下式确定CAPC的值。CAPCCp F)n 68p MON/f3DB(kHz)为滤除高频噪声，在MD端需接一下拉电容CMD到地，一般情况下，下拉电容CM D的值约为滤波电容CAPC值的四分之一。3.5注意事项在设计过程中，为使电路正常工作，对各种电流要有一定的条件限制。若所需调制电 流不大于6 0 mA, MAX 3 7 3 7和外接激光管可采用直流耦合方式；若调制电流大于6 0 mA，则应采用交流耦合方式。不管采用哪种耦合方式，在输出端OUT+，各种电流都 应满足如下要求:(1) 对于直流耦合VOUT+=VCC-VDIODE-I
15、MOD(RD+RL)-IBIASRL0.7V式中，VDIODE为激光二极管的偏置端电压，典型值为1 .2V；RL是激光二 极管的偏置端电阻，典型值为5Q ； RD为串行匹配电阻，典型值为2 0Q。(2) 对于交流耦合VOUT + = VCCIMOD(RD + RL)/2 20.7 5V此外，由于MAX 3 7 3 7是高频产品，电路布局对其影响很大，在电路设计时，应 当采用性能比较优越的高频布局技术，同时，用户应采用具有公共接地层的多层电路板来降 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；数据输入端引 线和调制输出端引线应采用阻抗可控的传输线，这样 可以方便电路调整，减少能量损耗和 降低干扰。4结束语MAX 3 7 3 7激光驱动器具有同类产品无法比拟的优点，主要在于它带有三个控制电路(APC电路、AMC电路和温度补偿电路)，因而能始终保持消光比的恒定 同时也
