数字控制电位器和电阻器与激光驱动器接口

本应用简报描述了用于偏置光学激光驱动器的两种拓扑结构（开环和闭环），并演示了使用DS1847数字电位器和MAX3273激光驱动器的示例。激光模块设计人员可以使用固定电阻器、机械电位器、数字电位器或数模转换器（DAC） 来控制激光驱动器的调制和偏置电流。可编程方法（POT或DAC）的优点是制造过程可以自动化，并且可以应用数字控制（例如，补偿温度）。使用 POT 可能是一种比 DAC 更简单的方法。使用POT可能会有轻微的成本优势，但相对于设计的其他部分，这通常并不重要。使用DAC具有诸多优势，包括改善线性度（转化为软件实现的便利性和达到所需精度的能力）、更高的电路板密度、更宽的分辨率范围、更好的优化范围、负电压激光驱动器的易用性以及单元间的一致性。

在开环和闭环操作的背景下，回顾了激光驱动器与控制它的数字控制电位计和电阻器之间的不同电气接口模式。这些光纤系统的目标是使用激光驱动器的偏置和调制电路改变光的振幅，使光功率在两个电平（P0和P1）之间摆动。

开环拓扑

在图1a的偏置控制拓扑中，可变电阻设置一个电流（I1），该电流被放大并馈送到共阴极半导体激光管（或从共阳极类型吸收）。电阻两端最常见的电压为1.2V，源自激光驱动器内部的带隙基准电压源。I1 的范围从微安到几毫安，I2 的范围从几十毫安到 100mA。对于电阻器提供电流的某些应用，它可以连接到固定基准或电源而不是接地。

图1b显示了一个低侧电路（相对于地的控制），其中输入电压V1设置内部电流I1，该电流被放大到I2的水平，以便通过拉电流或吸收电流来驱动激光器。本电路中的电位计非常适合V1的高输入阻抗。（在图1a配置中，可变电阻更合适。

对于高端控制（图1c），控制电压（V1）降低会导致I1和激光驱动电流I2增加。因此，为了增加激光输出的平均光功率，电阻必须降低，图1b中的电阻必须减小，V1必须增加，V1必须减小图1c。

图1.用于控制激光偏置电流的开环方法包括（a）使用可变电阻器的低侧控制（激光阴极接地），或（b）驱动高阻抗输入的电位计，以及（c）带负电源的高侧控制（激光阳极接地）。

图1.用于控制激光偏置电流的开环方法包括（a）使用可变电阻器的低侧控制（激光阴极接地），或（b）驱动高阻抗输入的电位计，以及（c）带负电源的高侧控制（激光阳极接地）。

图1.用于控制激光偏置电流的开环方法包括（a）使用可变电阻器的低侧控制（激光阴极接地），或（b）驱动高阻抗输入的电位计，以及（c）带负电源的高侧控制（激光阳极接地）。

用于控制激光调制电平的电路配置（图2a和2b）与控制偏置电流的电路配置相似。数据载波的幅度调制产生开关电流。要增加发射光的峰峰值幅度，请降低图2a中的可变电阻或增加图3b中的V2。 （这些图显示了向激光器注入偏置电流以及调制电流。在图1b和2b中，请注意，携带I1或I3的激光驱动IC的输入级可以是双极性npn晶体管。

图2.用于激光调制电流低侧控制的电路类似于图1a和1b中的偏置电流控制电路。

图2.用于激光调制电流低侧控制的电路类似于图1a和1b中的偏置电流控制电路。

闭环拓扑

平均功率控制（APC）是调节激光器平均光输出的常用方法。激光由反馈路径中的光电二极管监视器控制，从而实现激光的闭环控制。

不太常见的是闭环调制控制电路。图3a和3b显示了与此类激光驱动器的电阻接口。

在图3a中，激光偏置电流是从光电二极管监视器（Ifa）反馈的电流与基准电流（I1）之间误差的放大版本。随着可变电阻的减小，I1增加。因为如果一个轨道I1，平均光功率也会增加。

图3b是闭环调制的简化表示。将来自光电二极管电流（Ifb）的反馈信号与基准电流（I3）进行比较会产生一个误差，该误差被放大并用于调制数据载波幅度，从而产生开关电流。随着电阻的减小，峰峰值光功率增加。偏置电流（I2）包含在图3b中以完成图片。

图3.（a） 允许闭环激光控制的光电二极管监视器也可以容纳 （b） 调制电流的控制。

图3.（a） 允许闭环激光控制的光电二极管监视器也可以容纳 （b） 调制电流的控制。

示例：MAX3273/DS1847对

要将激光驱动器MAX3273连接至DS1847数控电阻，首先确定平均光功率（Pavg）和峰峰值光调制功率（Pmod）。

Pavg 由激光驱动器周围的 APC 环路调节（图 3a），直接取决于 I1 和光电二极管的响应度（以 mA/mW 为单位）。DS1847电阻设置I1等于1.2/R。接下来，Pavg = I1/响应度 = 1.2/（响应度 × R）

请注意R在实现所需平均功率时对光电二极管特性的依赖性。因此，为了实现合理的设计良率，建议设计人员了解该参数的统计分布及其温度依赖性。例如，Pavg = 2170.0mW 的 DFB 激光器 （SLT4-LN） 产生的光电二极管电流范围从 0.15mA 开始，这反过来又需要 <8kΩ;电阻。DS1内部的电阻1847应用于APC功能。

Pmod在激光驱动器内不受调节，因此运行开环。它由一个设置I3的电阻控制（见图2a）。反过来，I3设置峰峰值调制电流，将其添加到偏置电流中并注入激光器。因此，激光输出由直流分量和脉冲分量组成。脉冲分量 （Pmod） 取决于以 mW/mA 表示的激光量子效率 （η）、增益 Gm（图 2a）和 I3（等于 1.2/Rmod）。因此，Pmod = 1.2 × Gm × h/Rmod。

同样，Rmod 取决于给定 Pmod 的η，因此了解 h 的变化很重要。对于包含相同激光器 （SLT2170-LN） 且 Pmod = 0.6mW、Gm = 165、η = 0.06 的系统，所需的电阻小于 20kΩ;。调制功能应使用DS1847的电阻0。

DS1847包括用于温度补偿的查找表。这种补偿对于APC和调制控制至关重要。在APC模式下，该表用于抵消光电二极管响应度的温度依赖性，根据SLT1-LN数据手册，光电二极管响应度的变化高达±5.40dB（约2170%）。至于调制，相应的表格主要用于抵消激光效率η的温度依赖性，其变化可高达±3dB（2倍）。

查找表的另一个好处是，它们有助于补偿应用中激光驱动器增益、电阻值和其他参数的温度依赖性。DS1847电阻值在达拉斯工厂的不同温度下都有表征。结果符合一个方程，其系数存储在寄存器中，以便在客户现场校准时使用（参见应用笔记167）。

为了说明上一段中描述的一些概念，图4a、4b和4c显示了激光器和光电二极管在用查找表进行温度补偿后的典型特性。

图 4a.如果使用如图1a所示的开环操作，则通过查找表实现激光偏置电流变化。

图 4b.如果使用开环操作（如图2a）所示，则通过查找表实现峰峰值激光调制电流变化。

图 4c.如果使用闭环操作（APC），如图3a所示，则通过查找表实现集成光电二极管电流变化。

审核编辑：郭婷