MAX3867激光二极管驱动电路的工作原理、特性和应用分析

1. 概述

MAX3867是单电源、高速激光二极极管驱动电路，传输速率可达2.5Gbps，特别适用于SDH/SONET系统、双工器、数字交换及2.5Gbps光传输系统。

MAX3867内部的自动功率控制（APC）闭环电路，用于补偿温度变化及芯片老化引起的光输出功率的变化，维持激光二极管输出功率恒定；另外，还有其它辅助功能，如：使能控制、软启动、APC失效监测等，因此应用非常灵活方便。

2. 主要性能指标

2.1 极限参数

电源电压：－0.5V～＋7.0V。

偏置电流：－20mA～＋150mA。

输出电流：－20mA～＋100mA。

连续功耗：1354mW（TA=＋85℃）。

存贮温度范围：－65℃～＋165℃。

工作结温范围：－55℃～＋150℃。

引脚焊接温度：＋300℃（10秒）

2.2 电气性能参数

MAX3867的主要电气性能参数如表1所列。

3. 封装形式及引脚功能

MAX3867采用48脚方形贴片式（TQFP）塑料封装，其引脚功能如表2所列。

4. 基本工作原理

MAX3867激光二极管驱动电路由高速调制驱动电路和自动功率控制（APC）电路两大部分组成，如图1所示。高速调制驱动电路由高速差分级和可预置调制电流源组成，采用直流耦合时，寄生电感会产生瞬间高电压冲击，因此MAX3867的调制输出通过交流耦合至激光二极管LD的负极；同时外接上拉电感保证激光二极管LD的直流偏置，这样把激光二极管正向压降与输出电路有效地隔离，以实现大摆幅输出。在自动功率控制（APC）电路中，用监测光电管FD将激光二极管LD的光输出转换为相应的光电流，经APC环路反馈控制激光二极管LD的偏置电流，从而维持光输出功率恒定。恒定功率值由外接电阻RAPCSET设定，APC环路的时间常数则由外接电容CAPC确定。

5. 其他辅助功能

5.1 APC开环工作

此时APC不起作用，激光二极管LD的工作电流由外接电阻RMODSET和RBIASMAX设定。

5.2 数据输入锁定

为提高数据传输的可靠稳定性，数据输入锁定电路采用了不同形式的时钟信号，由LATCH端电平来选择，该端为高电平时，输入数据与时钟CLK＋的上升沿同步；该端为低电平时，输入数据直接送至输出级。若不需锁定功能，可将时CLK＋接到电源端，CLK－悬空即可。

5.3 使能控制

使能控制（ENABLE）端为低电平时，偏置电流和调制电流均被关断，激光二极管LD无输出，使能端为高电平时，MAX3867正常驱动激光二极管LD。

5.4 软启动

软启动电路的作用是设置激光二极管LD的导通延迟时间，避免激光二极管LD因受瞬间冲击而损坏。延迟时间由外接电容CSLWSTRT确定。

5.5 APC失效监测

当APC环路失效时，失效检测电路可输出一个提示信号FALT。

5.6 短路保护

当调制、偏置和内部控制电流源出现短路时，短路保护电路立刻关断偏置和调制输出电路，从而避免激光二极管LD因过流而烧毁。

6. 应用设计

6.1 设计依据

设计激光发射器时，光输出均用平均功率来表示，其他相关量的关系式如下：

平均功率 PAVE=（P0＋P1）／2

熄灭率re=P1/P0

光功率幅值PP-P=2PAVE（re－1）/（rE＋1）

激光效率η=PP-P/IMOD

激光监测电流变化ρMON=IMD/PAVE

式中，P1、P0分别为光输出功率的峰值和谷值，IMOD为调制电流。IMD为监测光电管电流。

6.2 参考预置

（1）调制电流IMOD、偏置电流IBIASMAX的预置

根据IMOD与RMODSET，IBIASMAX与RBIASMAX关系曲线（分别如图2、图3所示），按所需的IMOD，IBIASMAX值查出RMODSET，RBIASMAX即可。

（2） APC恒定功率值预置

根据自动恒定功率（用监测光电管FD的监测光电流IMD来反映）与自动恒定功率设定电阻RAPCSET的关系曲线（图4），按所需的恒定功率值，可查出RAPCSET。

6.3 注意事项

（1） RF，CF补偿网络

为减少分布电感引起的光输出波形失真，建议采用图1中的RF、CF补偿网络，RF、CF可通过实验的方法来确定，即可用调RF、CF的方法使光输出波形失真最小即可。

（2） 长线传输衰减

长线传输NRZ数据时，低频衰减比较严重，MAX3867采用了相应的补偿措施，即外接三个无源元件：决定自动恒功率控制环路时间常数的电容CAPE、交流耦合电容CD和上拉电感LP。

（3） 输入信号

MAX3867的数据和时钟输入与PECL是兼容的，若用非标准PECL输入信号，只要其共模电压和差分电压的摆幅满足MAX3867的要求，亦可正常工作。

（4） 功耗计算

MAX3867的结温不允许超过＋150℃，总功耗P可用下式计算：

P=VCCICC＋（VCC－Vf）IBIAS＋IMOD（VCC－RLIMOD/2）

式中，RL为激光二极管LD的正向电阻，Vf为激光二极管LD的正向压降，其他符合定义同前。

验算结温Tj符合下式要求即可：

Tj=P·θr≤TjMAX

式中：θr为热阻系数（典型值为48℃/W）

TjMAX为MAX3867允许的最高结温

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