激光器驱动电路的基本原理 V100ppt课件
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激光管的阻抗匹配
方法X：在激光管上串联电阻，得到预期的阻抗；
电阻
通常这个电阻集成在TO的封装内部，不过 现在的好像看到越来越多的供应商根本就不 使用这个电阻，任由低阻抗的激光管直接连 接到传输线上，具体的理由还不清楚； 包括在我们的设计中，实际上都没有考虑这 个问题了；
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克服引线的电感
通常，在激光管的接口电路中，还增加RC匹配电路来补偿管脚和引线上的分 布电感；改善眼图的形状；
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自动功率控制电路：连续模式SINGLE LOOP APC电路原理I
RC电路充当一个低通滤波器，用来测量平均的光功率或者背光电流； 由于APC环路只关心光功率的平均值，为了减少长0和长1对光功率的影 响，需要APC环路的带宽尽量的小； PHYWORKS 107X芯片有两个可选的带宽，分别为5KHZ/15KHZ；
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自动功率控制电路：连续模式SINGLE LOOP APC电路原理II
在温度不变、发光效率不变的情况下，如果激光管的阈值发生变化， APC环路可以保持发射光功率不变；
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自动功率控制电路：SINGLE LOOP APC电路问 题
如果激光管仅仅阈值电流和温度、时间有关系，发光效率保持永远一致， 单环路的APC电路会工作的非常可靠； 但是，实际上发光效率也随时间和温度发生明显的变化；
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驱动器和激光管的连接
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驱动器和激光管的连接
在实际应用中，驱动器电路和 激光管需要通过PCB上的铜线 互联，信号还可能需要穿过激 光管的引脚，这些互联线，在 高速情况下，都会对信号的质 量产生影响；
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驱动器和激光管的连接
互联线的阻抗不一致，就会导致 信号出现反射；
流体、或者波的传播中，我们都 可以看到这种反射的现象；是一 种普遍的现象；
最基本的道理总结起来： 如果传输介质是均匀的，即阻抗 一致，就不会有反射；
如果终点是开路，会产生一个同 相同幅度的反射波
如果终点是短路，会产生一个反 相同幅度的反射波
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驱动器和激光管的连接
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驱动器和激光管的连接
在远端观察到的实际信号
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驱动器和激光管的连接
重要结论：在互联线的两端，都必须保持阻抗的一 致性，即传输线的阻抗、负载(激光管）的阻抗、驱 动器的阻抗一样； 常见错误，我们现在设计激光管到LASER DRIVER的 互联线，很多都是按照差分100欧姆来设计，实际上， 这个没有什么特别的道理，只要能符合上述的规律， 实际上任何的阻抗的差分线，都应该可以工作；
产品简介
激光器驱动电路的基本原理
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重要声明
本章节的主要内容是根据平时工作中的一些理解总结得 到，没有特别严格的理论分析； 本章节中的内容希望对大家的工作起到指引的作用，并 希望在后面的工作中不断的完善； 目前本章节的内容仅限于DML的激光器的驱动电路
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重要参考资料
BroadBand Circuit for Optical Fiber communication 《信号完整性分析》 MAXIM application Notes: Interface Maxim laser drivers with laser diode
B: 在任何工作状态下，对电路的供电电流都是稳定的， 减少由于供电电流不稳定带来的问题；
C: 对调制电流的控制，可以通过控制电流元的电路完 成，简单可靠，注意，我们对激光管的调制，关注的要 点都是电流；
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调制电路：假负载的作用
假负载（DUMMY LOAD)的存在是为了保证差分电流驱动电路的两端的负 载一致，稳定工作； 假负载可以用一个二极管+电阻来模拟激光管，也可以简单的用一个电阻 来模拟激光管，甚至有时候被直接连接到VCC 这几种用法在实际的设计中，都有会看到；
激光器的特点：老化特性-P-I曲线
发
射
25度 0 YEAR
光
功
率
25度 3YEAR
Ith: 阈值电流
.
通过激光管电流
调制电路：差分电流驱动电路
偏置电路给出适当的偏置电流
DIFFERENT CURRENT SWITCH 所有激光驱动电路的核心
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调制电路：差分电流驱动电路优点
和所有的差分电路的优点类似： A: 对输入信号的共模干扰不敏感 COMMON MODE NOISE
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自动功率控制电路：APC电路的重要性
根本的原因：激光器有明显的温度特性，并且会明显的老化； APC电路的基本原理：通过一个几乎没有温度特性、几乎不会老 化、并且和激光器耦合效率非常稳定的光电二极管来监视激光器 的发射光功率，自动调整偏置电流，保持激光器发射光功率稳定 阈值：和温度和工作时间有关系； 发光效率：和温度和工作时间有关系；
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PASSIVE BACK TERMINATION
BACK TERMINATION 电阻用于吸收从激光 管远端因为匹配不良 反射回来的信号；
有BACK TERMINATION的驱动电路，缺点是这个时候，对 驱动器而言，需要驱动两个负载，需要的电流要加倍； 我们的很多设计上，都使用了BACK TERMINATION的方案；
.
半导体激光器的基本原理和二极管一样的符号 两个极分别称为： 阴极：CATHODE 阳极：ANODE
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激光器的特点：P-I曲线
发 射 光 功 率
阈值电流越小越好 发光后，P-I曲线越直越好
Ith: 阈值电流
.
通过激光管电流
激光器的特点：温度特性-P-I曲线
由于激光管的特性会随着温度发生剧烈的变化，所以，激光驱动电路
需要采取一些措施来弥补温度的影响，保证在不同的温度下输出稳定
发
的光功率和眼图形状
射
-10度
30度
光
60度
功
率
电流是不能无限制的增加的；
高温时候，为了维持同样的发射 光功率，可能需要的偏置电流是 常温的2倍以上；
Ith: 阈值电流
.
通过激光管电流
.
ACTIVE BACK TERMINATION
有源的反向终结设计，避免无源方案的高功耗问题； ADI的10G LASER DRIVER就是采用的这种方案的芯片
.
ACTIVE BACK TERMINATION
.
ACTIVE BACK TERMINATION
.
激光管的阻抗匹配
实际的激光管的内阻大概为： VCSEL产品，PICOLIGHT的大概是45欧姆左右； FP、DFB产品，大概是5-10欧姆左右； 而一般的互联线都是按照差分50欧姆或者差分 100欧姆设计，如何保证激光管和互联线的匹配？
激光管的阻抗匹配
方法X：在激光管上串联电阻，得到预期的阻抗；
电阻
通常这个电阻集成在TO的封装内部，不过 现在的好像看到越来越多的供应商根本就不 使用这个电阻，任由低阻抗的激光管直接连 接到传输线上，具体的理由还不清楚； 包括在我们的设计中，实际上都没有考虑这 个问题了；
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克服引线的电感
通常，在激光管的接口电路中，还增加RC匹配电路来补偿管脚和引线上的分 布电感；改善眼图的形状；
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自动功率控制电路：连续模式SINGLE LOOP APC电路原理I
RC电路充当一个低通滤波器，用来测量平均的光功率或者背光电流； 由于APC环路只关心光功率的平均值，为了减少长0和长1对光功率的影 响，需要APC环路的带宽尽量的小； PHYWORKS 107X芯片有两个可选的带宽，分别为5KHZ/15KHZ；
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自动功率控制电路：连续模式SINGLE LOOP APC电路原理II
在温度不变、发光效率不变的情况下，如果激光管的阈值发生变化， APC环路可以保持发射光功率不变；
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自动功率控制电路：SINGLE LOOP APC电路问 题
如果激光管仅仅阈值电流和温度、时间有关系，发光效率保持永远一致， 单环路的APC电路会工作的非常可靠； 但是，实际上发光效率也随时间和温度发生明显的变化；
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驱动器和激光管的连接
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驱动器和激光管的连接
在实际应用中，驱动器电路和 激光管需要通过PCB上的铜线 互联，信号还可能需要穿过激 光管的引脚，这些互联线，在 高速情况下，都会对信号的质 量产生影响；
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驱动器和激光管的连接
互联线的阻抗不一致，就会导致 信号出现反射；
流体、或者波的传播中，我们都 可以看到这种反射的现象；是一 种普遍的现象；
最基本的道理总结起来： 如果传输介质是均匀的，即阻抗 一致，就不会有反射；
如果终点是开路，会产生一个同 相同幅度的反射波
如果终点是短路，会产生一个反 相同幅度的反射波
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驱动器和激光管的连接
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驱动器和激光管的连接
在远端观察到的实际信号
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驱动器和激光管的连接
重要结论：在互联线的两端，都必须保持阻抗的一 致性，即传输线的阻抗、负载(激光管）的阻抗、驱 动器的阻抗一样； 常见错误，我们现在设计激光管到LASER DRIVER的 互联线，很多都是按照差分100欧姆来设计，实际上， 这个没有什么特别的道理，只要能符合上述的规律， 实际上任何的阻抗的差分线，都应该可以工作；
产品简介
激光器驱动电路的基本原理
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重要声明
本章节的主要内容是根据平时工作中的一些理解总结得 到，没有特别严格的理论分析； 本章节中的内容希望对大家的工作起到指引的作用，并 希望在后面的工作中不断的完善； 目前本章节的内容仅限于DML的激光器的驱动电路
.
重要参考资料
BroadBand Circuit for Optical Fiber communication 《信号完整性分析》 MAXIM application Notes: Interface Maxim laser drivers with laser diode
B: 在任何工作状态下，对电路的供电电流都是稳定的， 减少由于供电电流不稳定带来的问题；
C: 对调制电流的控制，可以通过控制电流元的电路完 成，简单可靠，注意，我们对激光管的调制，关注的要 点都是电流；
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调制电路：假负载的作用
假负载（DUMMY LOAD)的存在是为了保证差分电流驱动电路的两端的负 载一致，稳定工作； 假负载可以用一个二极管+电阻来模拟激光管，也可以简单的用一个电阻 来模拟激光管，甚至有时候被直接连接到VCC 这几种用法在实际的设计中，都有会看到；
激光器的特点：老化特性-P-I曲线
发
射
25度 0 YEAR
光
功
率
25度 3YEAR
Ith: 阈值电流
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通过激光管电流
调制电路：差分电流驱动电路
偏置电路给出适当的偏置电流
DIFFERENT CURRENT SWITCH 所有激光驱动电路的核心
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调制电路：差分电流驱动电路优点
和所有的差分电路的优点类似： A: 对输入信号的共模干扰不敏感 COMMON MODE NOISE
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自动功率控制电路：APC电路的重要性
根本的原因：激光器有明显的温度特性，并且会明显的老化； APC电路的基本原理：通过一个几乎没有温度特性、几乎不会老 化、并且和激光器耦合效率非常稳定的光电二极管来监视激光器 的发射光功率，自动调整偏置电流，保持激光器发射光功率稳定 阈值：和温度和工作时间有关系； 发光效率：和温度和工作时间有关系；
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PASSIVE BACK TERMINATION
BACK TERMINATION 电阻用于吸收从激光 管远端因为匹配不良 反射回来的信号；
有BACK TERMINATION的驱动电路，缺点是这个时候，对 驱动器而言，需要驱动两个负载，需要的电流要加倍； 我们的很多设计上，都使用了BACK TERMINATION的方案；
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半导体激光器的基本原理和二极管一样的符号 两个极分别称为： 阴极：CATHODE 阳极：ANODE
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激光器的特点：P-I曲线
发 射 光 功 率
阈值电流越小越好 发光后，P-I曲线越直越好
Ith: 阈值电流
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通过激光管电流
激光器的特点：温度特性-P-I曲线
由于激光管的特性会随着温度发生剧烈的变化，所以，激光驱动电路
需要采取一些措施来弥补温度的影响，保证在不同的温度下输出稳定
发
的光功率和眼图形状
射
-10度
30度
光
60度
功
率
电流是不能无限制的增加的；
高温时候，为了维持同样的发射 光功率，可能需要的偏置电流是 常温的2倍以上；
Ith: 阈值电流
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通过激光管电流
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ACTIVE BACK TERMINATION
有源的反向终结设计，避免无源方案的高功耗问题； ADI的10G LASER DRIVER就是采用的这种方案的芯片
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ACTIVE BACK TERMINATION
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ACTIVE BACK TERMINATION
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激光管的阻抗匹配
实际的激光管的内阻大概为： VCSEL产品，PICOLIGHT的大概是45欧姆左右； FP、DFB产品，大概是5-10欧姆左右； 而一般的互联线都是按照差分50欧姆或者差分 100欧姆设计，如何保证激光管和互联线的匹配？