光模块设计要点及注意事项

交耦带来的问题：低频截止
交流耦合输出配置引入低频截止点，会导致抖动和基线漂 移 低频截止点：高速线上的耦合电容和源端、负载端的阻抗 组成高通滤波器，信号的低频分量无法通过。
交耦带来的问题：低频截止
码型抖动（PDJ）
基线漂移：W(t)
交耦带来的问题：低频截止
基线漂移造成眼图P1和P0线变粗，可能造成收端的电平误判
1uF/50V D3
R30 845K FB R31 51K APDSET
ISS400 C30 R34 1uF/50V 27K
无示波器调试消光比
调试过程 1.调试到目标功率Po 2. 将调制电流设为0，读出Ibias1 3.调试出一个新的功率Pn 读出Ibias2 4.计算SE=（Pn-Po）/(Ibias1-Ibias2) 5.目标消光比为Er 通公式
80V 将占空比改为40%， 仿真结果电压只能 升到50多V
APD升压电路2
Vdd_Rx C14 4.7uF
U7
1
5
2 SW VIN
FB
3 GND
4 VAPD_En
FB EN
MIC2288
L1 LQH2MCN4R7M02
Vout
D1 ISS400
D2
ISS400 C33
1uF/50V
C37 C32 1nF/50V
共阳指的是LD+与PD接在一起， 共阴指LD-与PD接在一起。 对于10G的DFB激光器，LD与PD没有公共引脚，为了防
止对高速信号的干扰。
CY的10G激光器
melco的10G激光器
melco的1.25G激光器
发端设计——交耦 or 直耦
交耦：驱动电流IMOD通过电容Cd耦合到LD 。流过LD的电流： ‘1’ IL=IBIAS＋IMOD/2 ‘0’ IL=IBIAS－IMOD/2
PIN监控电流端分Source和Sink
收端设计——PIN or APD
APD： APD具有雪崩增益，灵敏度高，有利于延长系统的传
输距离（一般应用于20km及以上的传输距离上）。
APD雪崩会产生过剩噪声，因此要适当的控制雪崩增益
APD要求较高的工作电压和复杂的温度补偿电路成本较高
APD升压电路
电路连接图 （信号频率12M、占空比96%）电压最高可到
发端设计——Sink or Source
Source：针对Driver，监控电流从Driver芯片流入到激光器 PD管脚 Sink：针对Driver，监控电流从激光器PD管脚流入到Driver 芯片 针对某些Driver芯片只支持一种监控模式，如果和PD电流方 向不对应，需要加入镜像电路
发端设计——共阴ห้องสมุดไป่ตู้r共阳
谢谢
新员工培训
Employee Train
CAC ≥ 0.47μF
数据速率 ≥ OC3 CAC ≥ 1μF
发端设计——交耦 or 直耦
直耦： 驱动电流IMOD通过阻尼电阻耦合到LD 流过LD的电流： ‘1’ IL=IBIAS＋IMOD ‘0’ IL=IBIAS
直耦带来的问题：Headroom
直流耦合电路受到headroom的限制
Headroom：表示激光器供电减压与激光器单端链 路上压降的差值。
6.正向压降： 正向驱动电流为一确定值（通常Ith+20mA)时对应的激 光器压降
7.激光器驱动电流：激光器在指定输出功率下所需电流的 总和（Ibias+Imod）
8.跟踪误差（TE）：在两个不同管壳温度条件下的光纤输 出功率的比值（一般用来度量器件耦合效率的稳定性） ，测试时LD的背光电流保持在一个恒定的值。
一般为100-200 V），利用电离碰撞（雪崩击穿）效应，可 在APD中获得一个内部电流增益。增益的系数称为倍增因子
收端设计——PIN or APD
PIN： 具有很好的光电子转换线性度，不需要高的工作电压，
响应速度快，外围电路简单。 但受到传输距离限制，一般用在10km或10km以下。
（如果用 PIN-SuperTIA，可以应用到20km）
差分端驱动
收端关键参数
光响应度： R=Ip/Pi （A/W 或 mA/mW) Ip:响应电流 Pi：输入功率 一般用来衡量收端的光电转换效率
APD反向击穿电压： 载流子倍增因子达到无穷大时的电压
回波损耗： 入射光功率Pin和反射光功率Pback的比值 Rl=10lg[Pin/Pback]
APD倍增因子： APD加上一个较高的反向偏置电压后（在硅材料中
交耦带来的问题：低频截止
关于对交流耦合电容的选择
以太网 或 光纤通道
数据速率 ≥ 2.125Gbps CAC ≥ 0.01μF
数据速率 ≥ 1.0625Gbps CAC ≥ 0.1μF
SONET
数据速率 ≥ OC48
CAC ≥ 0.1μF
数据速率 ≥ OC24
CAC ≥ 0.22μF
数据速率 ≥ OC24
3.串联电阻（dV/dI） 通过在工作电流下对V/I曲线进行微商得出，对激光器希望串
联电阻越小越好 4.监控光电二极管电容（Ct）
在规定的反向电压下监控二极管阴阳极间的电容，测量频率为 1MHz。
LD激光器的关键参数特性
5.LD内部引线寄生电感 接在LD阴极建立阻容网络（RFCF），以降低寄生电感 引起的过冲和振铃。
单端驱动带来的问题
单端驱动带来的问题
1.由于芯片引脚本身存在的寄生电容存在，所以单 端驱动电路在关闭激光器的瞬间寄生电容会放电， 延缓关闭时间，造成下降沿的延缓
2.在VCC上会产生较大的瞬变电流。必须很好的设 计收发器布板和电源去耦电路，否则，接收器将受 到电源噪声的影响，最终影响光接收灵敏度。
差分端驱动
差分驱动：激光器阴极通过一个阻尼电阻(RD)交流耦合至驱 动电路输出。驱动器输出通过铁氧体磁珠上拉至VCC，为输 出晶体管提供直流偏置。驱动电路互补输出和激光二极管阳 极公共端通过一个铁氧体磁珠连接至VCC，铁氧体磁珠提供 VCC的高频隔离。激光器偏置方式与单端驱动相似。 与单端驱动相比：差分驱 动能承受更高的容性负载
但由于误码的出现是随机的，根据概率统计任何随机事件都满足泊松分布 ，可根据 如下公式计算出测试点数。CL为置信度范围为0-100%，当CL为95%时，N=3/BER 例如： RATE：1.25G BER：1E-12 需要的测试时间为 3 x （1/1e-12）/ （1.25e9）= 2400 s = 40 min
光模块方案设计要点及注意事项
培训人：狄旭明
发端电路设计 收端电路设计 一些常用的参数计算
2011-10-08
LD激光器的关键参数特性
1.阈值电流Ith 针对DFB I0 = 1.8mA, KI= 3.85mA, and TI = 40°C
2.斜效率SE（Slope efficiency）(单位：mW/mA) TS=40°C S0 = 0.485mW/mA KS = 0.033mW/mA.
ER=10log（P1/P0) Po=(P1+P0)/2 可得出 P0=2*Po/(Er+1) 6.再通过之前的SE与对应的Po和Ibias1 算出I0 7.将DAC_MOD寄存器从0一点一点增大同 时不停的读取当前偏置电流大小Ibias 当Ibias减小到等于I0时，当前的 DAC_MOD寄存器值所对应的消光比为目标 Er
Po 平均光功率 EX 消光比，可变 P0 0信号对应的光功率 P1 1信号对应的光功率 SE 激光器斜效率，可变 OMA 眼开度即P1-P0 Imod 调制电流
误码测量时间的计算
BER性能受限于随机噪声和随机抖动。结果是误码随机出现(不可预测)，有可能集中 在一起出现，也可能分散出现。因此，在系统寿命期内出现的误码数量是一个随机变量 ，无法精确地预测。要实现精确BER测试，系统必须传送多少比特的正确答案应该是“ 非常多”(实际上是无限) 。
直流耦合的情况下Imod的计算
调试过程 条件前提：1.直流耦合
2.SE和Er已知
3.Ibias大于Ith
1.通过公式 P0=2*Po/(Er+1) ，计算出P0 2.通过Po=(P1+P0)/2 计算出P1 3.通过OMA = P1 - P0 得到眼图开口幅度 4.OMA = SE * Imod 得到调制电流大小
headroom大小的计算Vlow=VCC-Vr-VL-VF VCC：偏置电压
Vr：阻尼电阻上的压降（R*Imod） VL：寄生电感的压降 VF：激光器的正向压降 example：Vlow=VCC-60mA*20-VL(≈0.6V)Vf(MAX:1.6V)=Vcc-3.4V
单端驱动or差分驱动
对于单端驱动，激光调制电流加在激光器阳极(共阴极激光器) 或激光器阴极(共阳极激光器)。激光器阳极直接连接至电源， 驱动器偏置输出经过铁氧体磁珠隔离后为激光器提供偏置。