DS1859数控电阻与MAX3735激光驱动器的连接

摘要：本文介绍DS1859数控电阻与MAX3735激光驱动器连接时的三种选择，包括采用运放实现线性传输函数的新技术。它可以调整到任意电流范围，甚至可以产生一个电流大于电位器DS1859最小电阻对应电流的输出。这些技术同样可以应用于其它器件。

介绍

将DS1859数控电阻与MAX3735激光驱动器连接时设计者可以有一些选择。最简单的方式是将DS1859可变电阻直接与MAX3735的MODSET和APCSET引脚相连，这种方式称为选项 1 (图5)。这种方式的优点是不需要外部元件，缺点是在大电流时存在非线性，精度较低。

接口的另一种选择是采用电阻分压器重新调节电流的控制范围，这种方式称为选项2 (图6)。较小的范围可以得到优于选项1的精度，但仍然存在非线性问题。

第三种选择是采用运放把电流与电位器电阻的传输函数线性化，这是选项3 (图7)。除了得到更好的精度外，第三种方法可以调节到任意的电流范围，甚至可以产生一个电流大于DS1859最小电阻对应的电流。第三种方式的唯一限制是运放的电流驱动能力。选项3是一种新技术，本文将详细介绍这种方式以及所需设计信息。

本文示例基于参考设计：HFRD-04.0: 2.7Gbps, 1310nm Small Form Factor Pluggable (SFP) Transceiver。除DS1859和MAX3735外，这些技术也可以应用到其它器件。

这三项技术都在PSPICE上做过仿真(图1/2/3/4)。本文提供了原理图、仿真结果和总结。

PSPICE仿真结果

图1. PSPICE结果：调制电流与电位器阻值的对应关系


图2. 总结：调制电流与电位器阻值的对应关系


图3. PSPICE仿真结果：光电二极管电流与电位器阻值的对应关系


图4. 总结：光电二极管电流与电位器阻值的对应关系


图5. 选项1电路图

MAX3735 (图5)采用电流镜产生调制电流和APC的设定值。利用1.2V带隙基准设定MODSET和APCSET节点的电压。这些节点的对地电阻定义了镜像电流。MODSET电流乘以镜像增益270，得到最终的电流值。APC控制环路会伺服激光器功率，直到光电检测二极管电流等于APCSET定义的电流值。光电检测二极管电流是APCSET节点电流的一半(MAX3735数据资料中给出的APCSET增益为1是错误的)。

选项1
最简单的接口方案是将DS1859与MODSET和APCSET直接连接。此时得到的电流与电阻的倒数成比例。这个非线性函数意味着在大电流时具有低精度，在小电流时具有高精度。另一个问题是调制电流超过推荐的最大电流60mA，超出DS1859范围的10%，由于这些大电流值在编程或测试时可能偶尔被选用，所以必须保证它们不会损害任何元器件或对眼睛造成安全隐患。

如果可以解决上述限制，这将是成本最低的选择。


图6. 选项2电路图，分压器

选项2
这个方法在MODSET和APCSET引脚间加入了电阻分压器(图6)。流经这个分压器的总电流决定了最小电流值。上面的两个电阻(R1和R5)决定最大电流值。合理选择这些数值可以限制电流范围，在有效范围内得到更高精度。这些电阻相互之间以及与可变电阻之间相互依存。如需了解更多关于这个选项的设计技巧，请参考HFAN-02.3.3: Optimizing the Resolution of Laser Driver Current Settings Using a Linear Digital Potentiometer。


图7. 选项3电路图，运算放大器电路

选项3
在选项1和2中，流经电位器的电流与1/R成比例。这个反比例函数是导致非线性的原因。如果将电位器放在一个运放的反馈回路，那么增益就是电位器阻值的线性函数。如果这个运放以线性增益放大基准电压，运放的输出电压也会是电位器阻值的线性函数，从而产生一个与电位器阻值成线性关系的电流。一旦得到与R成线性关系的电流，1/R非线性问题就迎刃而解。

图7电路的工作过程可以按照如下方式理解(参考MODSET示例中的标示)，R1和R2在运放U3的同相输入端产生参考电压(本例中为0.2V)。因为分压器的电流也会对MODSET电流起作用，设计公式中必须考虑这些因素。参考电压乘以运放增益，1+Rds1859/R3。流过R4的电流为：MODSET的电压(1.2V)减去运放输出电压，再除以R4。

选项3设计
以下介绍设计MODSET和APCSET运放电路时需要的公式。在使用这些公式之前，必须有一些工程决定。

运放选择
运放必须有良好的直流特性，小巧且价廉。采用SC70封装的MAX4245单运放和采用SOT23封装的MAX4246双运放可以达到这些要求。它们的输入失调电压是1.5mV (最大)，输入失调电流为6nA (最大)，偏置电流为50nA (最大)。

运放同相输入端的电压
这个电压必须很大，以至于可以减小运放失调电压带来的影响。上述电路在最差情况下的PSPICE分析表明：最好超过100mV，本例选则了200mV。

最大和最小电流范围
设计者需要确定MODSET和APCSET的目标电流范围。这个范围应该足够大，可以覆盖初始误差、温度以及器件老化带来的影响。本例选取值与HFRD-04.0参考设计中的取值类似。

电阻分压器的顶部电阻
电阻分压器的顶部电阻R1和R5要求大阻值，使分压电流小于MODSET或APCSET的最小电流。本例中选择49.4kΩ，得到电流20µA，它远远小于所要求的最小电流。

如果确定了工程参数，将结果带入下式，可以得到其它电阻的阻值。通过方程得到的阻值也许不是标准值，可以选择一个相近值。重复并重新计算，仿真或用实际的电阻搭建电路，确保电路输出满足电流范围的要求。与所有电子电路一样，在投入实际生产前这些设计应该经过充分的测试。