保持收发器平均光功率和消光比

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1、-保持收发器的平均光功率和消光比2007年10月6日21:42  光波通信  作者：GrainLyon由于光模块尺寸、面积的减小，再加上整个系统中模块间距更加接近，模块工作时的周边温度也升高了。例如：小尺寸可插拔(SFF/SFP)光模块的采用，使得线路卡上的模块密度更高。模块高密度安装所带来的温度升高，对光模块的性能影响很大，因为激光器的特性随温度变化而变化，在设计这些低成本的SFF/SFP光模块时，必须仔细考虑激光器参数与温度之间的关系。   在设计SFF/SFP光模块时，有两个十分重要的光学参数要考虑：平均光功率和消光比（re）。这些光学参数来自激光二极管的光功率-电流曲线的斜率

2、和阈值电流。激光器的性能表现出来的特点就是参数随温度而变化。必须了解它们，而且要控制和保持系统的正常指针。即：SFF/SFP模块在电路板的整个工作温度范围内，平均光功率和消光比re保持稳定。   保持平均光功率   当激光二极管内－珀（Fabry-Perot）腔中的光学增益超过腔体端反射面的损耗时，激光器就会激射出相干的光信号，临界时激光器中的电流称为阈值电流（Ith）。随温度升高激光器腔体中的光学增益会降低，由于腔体内光学增益降低，激光器就需要更大的注入电流来获得相干光输出（图1），结果激光器的阈值电流就升高了。   (图1).---   目前，常用的有两种激光器，一种是边缘发

3、光（Edge-Emitting　Laser）激光器，另一种是面发光激光器（VCSEL）。通常，边缘发光激光器的阈值随温度的升高而升高。但是，随温度的升高，垂直腔面发光激光器的阈值却可能升高也可能降低。   FP边缘发光激光器的典型阈值电流见(表1)，当温度由－40°C升高到+85°C时，激光器的阈值电流升高了20多毫安。由于阈值电流的升高，为了保持同样的平均光功率输出，激光器的电流就需要增大；反之，如果对激光器的阈值升高不进行补偿的话，就会导致平均光功率的很大变化。   (表1).---   为了补偿激光器阈值的变化，需要采用“自动功率控制（APC）”电路，见图2。APC电路监测

4、激光器背向光检测光电二极管的电流，通过调节激光器的偏置电流来保持该光电管中的光生电流稳定。假定该光电管电流与平均光功率之间的比例关系是理想线性的，那么就可以通过保持背向光电二极管获得的光电流的稳定，使得激光器的平均光功率保持恒定。   (图2)   众多的激光器驱动器中都有APC电路，只要激光器和背光检测二极管之间的光电转换比率保持不变，闭路的APC电路就能很好地工作，克服温度变化或者激光器老化所引起的阈值变化，使得激光器的平均光功率能够保持不便。另外还有一些补偿方法，如：“热敏电阻法”或“数字查表法”，他们都可以用于保持平均光功率的稳定，由于是“开环”方式（没有反馈），所以它们无法

5、补偿激光器老化而引起的阈值电流的变化。   .---(表2)中的数据是用MAX3863激光器驱动芯片和边缘发光激光器测试的。APC电路通过增大激光器偏流保持背光检测光电二极管获得的光电流稳定。在温度变化的整个范围内，背光检测二极管中的电流只变化了8微安，对应于平均激光器光功率的变化应当小于1%。但是，表2中的数据却显示光功率变化比较大，这是因为不止光电管电流这一个因素关系到实际测量出来的光功率的变化。   　高速SFF/SFP激光驱动器MAX3738的应用武警工程学院彭月平概述MAX3738是美国MAXIM公司生产的带有消光比控制的高速激光驱动器，工作速率为1Gbps~2.7Gbps

6、，可用作千兆以太光纤网络系统中的收发器。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、输出平均功率恒定和安全稳定等特点，而且在激光管的使用寿命期间和温度变化范围内，能始终保持消光比恒定，此外，与外接激光管可采用直流耦合方式，在减少元件数的同时，使多速率工作模式变得简易。内部结构及工作原理MAX3738内部结构如图1所示，内部电路主要包括高速调制驱动电路、消光比控制电路和安全逻辑控制电路。高速调制驱动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。消光比控制电路主要包括两部分：自动功率控制

7、(APC)电路和自动调制控制(AMC)电路，其中AMC电路包括固定调制电流设置电路、温度补偿电路和偏置电流对调制电流补偿电路，其主要作用是与监控光二极管形成反馈控制电路，通过对偏置电流和调制电流的动态控制调节，维持消光比恒定。安全逻辑控制电路主要包括传输控制电路、锁存失效输出电路和失效指示电路，主要功能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，同时提供驱动器工作状态和失效信息。工作过程：MAX3738采用APC工作模式，当MAX3738正常