补偿非线性APD响应

光学激光模块需要补偿APD（雪崩光电二极管）的非线性响应。本应用笔记讨论了Maxim的光学控制器如何设计以补偿这种行为。DS1875 SFP控制器作为本文的示例器件。

APD 特性

光模块使用基于APD（雪崩光电二极管）的光接收器，用于高灵敏度应用。

从APD收到的反馈是非线性的（平均接收功率）。这种非线性使得难以实现对激光模块的良好控制。典型APD非线性的特点如图1所示。

图1.典型的APD性能显示非线性响应。

为了正常工作，有必要补偿这种非线性行为。这种补偿允许线性反馈到SFP控制器模块，并提高系统的稳定性。然后，补偿响应将如图2所示。

图2.这是指示预期典型响应的平均曲线。补偿生产过程中响应的微小变化是不可行的。

使用 RSSI 校正非线性

Maxim的光控制器（如DS1875）可以补偿APD的非线性行为。

DS1875的一个输入通道（MON3）有两个范围（精细和粗略），每个范围都有独立的刻度和失调，用于校正接收功率的非线性。该校正是通过非线性APD二极管响应的分段线性近似来完成的。

除了提供两个独立的量程外，DS1875还允许在精细量程内右移ADC结果。通过右移，即使输入信号没有覆盖整个输入范围，也可以获得更高的分辨率。

滞后的重要性

DS1875根据给定交越点的输入信号幅度自动在两个量程之间切换。滞后在分频点提供，当从粗范围到细范围时，迟滞会发生变化。这可确保设备不会在范围之间切换并导致不稳定。

根据为精细范围编程的正确换档，分频点会有所不同。表 1 详细说明了在右移的各种设置下交叉点如何变化。请注意 DEC 列中将值更改为“滞后”列。

右移	十六进制	12 月	磁滞现象
0	FFF8	65528	61440
1	7FFC	32764	30720
2	3FFE	16382	15360
3	1FFF	8191	7680
4	FFF	4095	3840
5	7FF	2047	1920
6	3FF	1023	960
7	1FF	511	480

校准DS1875

DS1875的MON3输入的两个量程必须校准，以便正确接近所需的APD响应。使用以下过程，为两个不同的范围标识比例和偏移值。

确保对精细和粗略范围进行编程，以便每个范围的有效响应是线性的。工厂编程值的设置使响应是线性的，在3的精细范围内右移。

在 MON3P 上强制两个输入（“a”dB 和“b”dB）。使用工厂校准，测量数字MON3值。两个输入已经配置，以便粗略范围使用“a”dB，精细范围使用“b”dB。可以选择任意两个点，一个在精细范围内，另一个在粗略范围内。根据识别的误差，必须重新评估这些测量值，以获得最佳分段线性近似值。

在步骤2中获得的值将与补偿APD非线性响应所需的值不同。精细和粗刻度和偏移值都必须进行校准，以便它们与所需值正确匹配。

这两个测量值被视为“x”值。两个点的所需输出被视为“y”值。

计算精细ADC范围的比例和失调。此计算将使用两个点。第一个点是在第一次计算（步骤 2）中测量的 b dB 输入的 x 值和 y 值 （x1， y1）。另一个是 （0， 0） 点 （x2， y2）。0， 0 点是一个假设，它允许我们仅用两个数据点来修剪刻度和偏移量。如果 （0， 0） 不适合所需的响应，则用户可能希望使用另一个数据点。

对于所需的响应，请找到所需的最接近的右移位。将所需输出（b dB点的y值）与表1中的DEC值进行比较。最接近所需响应的 DEC 值应用作 x 值。相应的所需 （y） 值应使用上面的m_fine和c_fine值计算。这一点是（x2，y2）。

使用 （x2， y2） 交叉值作为数据点，使用 b db 点 （x3， y3） 的值，使用以下方法计算粗略 ADC 范围的比例和失调：

将失调（c_fine和c_coarse）加载到DS1875的相应寄存器中。请注意，如果偏移值为负，则2的补码值将编程到寄存器中。

现在必须单独调整精细和粗标度值，以读取两个输入（a dB 和 b dB）的所需值。

可以根据修改后的响应（使用新的标度和失调值）和所需的响应生成误差曲线（图3）。误差曲线可以根据两个点（a和b）的位置改变。第一个波瓣表示精细范围内的误差;第二个波瓣表示粗略范围内的误差。更改点将允许操纵误差大小以满足最终用户的需求。

结果

新的精细值和粗值可用于查看设备是否近似于所需的响应。图 3 显示了图 2 中响应的结果。

图3.该误差曲线显示了使用新的标度和偏移值以及所需响应的修改响应。

所需响应和计算响应之间的误差如图4所示。

图4.计算所需响应后出错。

审核编辑：郭婷