本文介紹光通信網絡中光收發模塊和數字非易失可變電阻的技術與應用，并著重分析新型數字非易失可變電阻DS1847/8在激光技術中對系統參數自動調節的設計及應用。

光收發模塊伴隨光纖通信網絡發展應運而生

近年來，從關于通信網絡技術的信息中發現，它總是和越來越高的頻帶寬需求有關。事實上，這種情況還在繼續，即數量不斷增長的電話、傳真、調制解調器和計算機，它們對帶寬的需求越來越高，以用來傳送太比特數字化信息（視頻、圖像、建模程序以及數據和語音等）。與此同時，那些快速成長的高科技通信公司正在為滿足寬帶的需求而努力。在過去的十年，主要力量已經投人到開發光纖網絡中，在光網絡里，光波通過比頭發絲還要細的光纖，以千兆位/秒的速度傳輸信息。

仍處于發展中的通信網絡具有高度的復雜性。少數幾個大公司試圖主宰全球光網絡市場，在此背景下，則是多家公司所開發的技術的融合，而每一種都包含了特殊的專門技術。DallasSemiconductor公司則屬于后者，即特殊的專門技術；它們已設計了一系列的可變電阻，尤其適合于光收發模塊。現在，概述一下Dallas的可變電位器所應用于宏大的通信網絡方案，以便揭示出一些有關通信網絡工業的解決方案。值此應先對關于光收發模塊在技術、標準與應用方面作此分折。

概述光收發模塊

光收發模塊應用

當今，許多制造商都設計和生產光收發模塊。而光收發模塊的應用在下列幾個方面，即同步光纖網絡（SONET）和同步數字體系（SDH）、異步傳輸模式（ATM）、光纖分布數據接口（FDDI）、光纖通道、快速以太網和千兆位以太網等系統。這些系統的名稱代表傳輸協議和標準的國際定義。另一方面，光收發模塊自身在早期開發時并沒有規定標準的物理特性。

關于兼容性問題

由于認識到產品想進一步取得成功，就必須考慮兼容性的要求，在1998年，一些制造商聯合起來，制訂了一個收發模塊的多源協議（MSA）。該聯合體包括：AMP incorporated，Hewlett-Packard Company和Lucent Technologies Microelectronics Group等等公司。這些公司同意將模塊的尺寸減小一半（寬度減至0.535英寸）以及規定了一套模塊的封裝和引腳排列，它們能夠在大量的、用于高速光纖通道的RJ-45類（包括雙工LC、MT-RJ和SC／DC）光連接器之間互換。

目前，一個新的協會正在起草一份新的光收發模塊多源協議（MSA），代表了一個更大的制造商聯合體和新一代的模塊。這種多源制造商現在包括Agilent Technologies，Hitachi cabl，IBM，Molex等均15家著名公司。模塊規范現在被稱為小外型可插拔（SFP）并有望達到5.0Gb／s的傳輸速率。該規范反映了業界對于在更小體積、更高速度的熱插拔模塊內實現高密度信號傳送的追求。

光收發模塊概念

找到可變電阻（特殊專門技術的電位器）在光收發模塊技術中的位置，將有助于理解關于收發模塊的一些基礎知識。模塊先將輸入的光波轉變為電信號，同時將輸出的電信號轉變為光信號。而從根本上來講，光收發器模塊是基于半導體激光技術。模塊是一塊印刷電路板（PCB），它具有一定帶寬的光源，其光源來自一個細小的半導體芯片，即一個發光二極管或激光二極管。而光源頻率在紅外譜近處，可調制以數十GHz信號，提供一個寬廣的帶寬。

光收發模塊的信號通道與設計

模塊接收端的接收口接至輸人光纖，光電檢測二極管將光信號轉變為電信號，接著被放大，以便將時鐘和數據恢復并解復用，以及通過電接口輸出。光電檢測器要求一個自動控制功率的偏置電路，以提供恒定的工作電壓，見圖1所示。同樣，在模塊發送端，時鐘和數據位的電信號經過同步、鎖存后，被送至激光驅動器。最后，激光驅動器將信號以電流方式調制激光二極管，將電能轉變為光。

在采用激光二極管的設計中，采用一只光電檢測器監測激光二極管的輸出，而后，通過反饋環路，再將光信號回饋給電路，以測量激光管的實際輸出功率．這種反饋能夠穩定激光管輸出功率。但光反饋是這種設計中的一個缺陷。如今己采用一種新的激光技術，即垂直腔體表面發射激光器（VCSEL），由于它只需極低的驅動電流而通常不需要光電檢測器。

值此要說明的是，激光驅動器必須做兩件事情：首先它必須保持一個恒定的DC偏置，以設定激光器的工作點；另外它還必須提供—個調制電流來承載信號。隨著制造商努力增加收發器的信號吞吐率，激光源的工作常數必須檢仔細地加以規范，以更好地控制光輸出。

關于激光二極管和VCSEL（垂直腔體表面發射激光器）

Fabu-Perot類型的激光二極管從芯片狹窄的邊沿發出相干光線，且反射鏡處于邊緣或安裝在芯片的外部。不管怎樣，對于未來的通信工業，更有前途的激光源是VCSEL。就如同其名稱所述，VCSEL從位于芯片頂端（未來可能采用底部）的一個直徑5至25微米的圓形腔體上垂直地發出激光光柱。反射鏡排列在腔體的兩端稱為“分布式布喇格反射器”。將來，采用多元VCSEL陣列的并行光互連將達到兆兆字節的吞吐率。

目前各研究機構正在開發更普及應用的VCSEL設計。與邊沿發射器相比，VCSEL需要的電流更小，具有更低的發射激光門限（1mA或2mA對比30mA）。在這種情況下，簡單的電流控制通常就足以滿足要求，而無需光電檢測器監測輸出。VCSEL發射孔徑相當大，這就意味著輸出光柱的散射角（發散程度）相當小，當然，這也存在生產和加工方面的幾個優點：首先，VCSEL的片芯更小，從而允許更多的VCSEL安排到同一個晶片上；其次，處于整個晶片上的所有VCSEL能夠立即得到測試；最后，VCSEL在工作中比激光二極管更為牢靠，具有更長的壽命和更低的失效率。

無淪是激光二極管還是VCSEL，在任何一個光收發器中的激光發射器都是半導體，其光電效應都依賴于電流、電壓和阻抗的相互作用，下列的一些因素都會影響到安全性和性能：

．激光輸出對溫度過于敏感；

．激光輸出功率隨著激光的壽命而變化，并且溫度的升高將加快老化；

．由于VCSEL比激光二極管工作時的電流和濕度都要低，因此，其故障率也成比例地降低；

．激光發射器需要保護，以防止功率的隨機跳變以及電源上電和斷電過程的跳變帶來的破壞；

．盡管人類看不見激光器的近紅外光，但是，進入眼睛內的光柱還是會聚焦在視網模上，此種能夠引起永久性的傷害，再加上激光器功能，這二者均對人體安全均存在著嚴重的潛在影響，為此要求激光功率輸出必須限制在幾百毫瓦以內。

控制VCSEL和激光二極管中的激光電流不僅僅是安全問題，還有性能上的考慮。同半導體的表現一致，VCSEL的最大輸出功率隨著溫度的降低而線性地增加，輸出的波長隨著溫度的增加而增加?？偠灾S溫度變化而控制電流在保證性能方面是非常重要的。

對光收發模塊及其相關技術提出新的要求及實現

對光收發模塊及其相關技術提出新的要求

．由帶寬的巨大需求引導出光網絡的發展；光網絡采用光收發模塊，將光信號轉換為電信號；

．收發模塊的制造商不斷降低幾何尺寸，提高信號吞吐率至數吉比特每秒；

．收發模塊采用光電二極管接收光信號，采用激光二極管或VCSEL發送光信號；

．隨著數據速率持續增長，光收發模塊的有源光電元件需要更為精密、更為可靠的功率控制，以阻止激光故障，延長壽命期限并且工作應在期望的輸出參數內。

實現與達到上述的要求-數字控制可變電阻的應用

這最終將轉向Dallas Semiconductor的可變電阻。要控制流過激光二極管和VCSEL的電流，從而控制功率輸出的方法是通過控制電阻來實現的。之前，在相當有一段時間內，技術人員專職于手動調節“校準電位器”，以試圖得到一個好的“眼圖”，但效果不佳。而這種控制和調校問題的更好解決方法應該是采用一個電可編程的器件-新型數字控制的可變電阻和電位器，因為它能夠響應溫度的變化。為此，下面要著重分析新型數字控制的可變電阻和電位器與應用。

新型數字控制的可變電阻開發與應用勢在必行

雖然不是一個嚴格意義上的通信公司，但在一些相關技術領域，Dallas SemicGnductor公司仍可發揮其專長：數字控制的可變電阻和電位器、EEPROM、溫度傳感器和超低功耗的CMOS工藝。順應了千兆位光技術的需求，Dallas公司已經生產了一系列產品，并帶有一些新的特性。

DSl845是帶有EEPROM的雙電位器，它是半導體業內第一款內置存儲器的電位器，尤其適合應用了可插拔于兆位收發端模塊中，DSl845將兩個線性抽頭的電位器和256字節的EEPROM結合在一起，其中后者EEPROM是MSA標準所需的。而較高分辨率的256級電位器能夠用于控制調制電流，而100級的電位器用于控制偏置電流。用戶能夠配置兩個輸出，并存儲抽頭位置以及產品系列ID號在片內的非易失性EEPROM存儲器中，以作為工作過程中的參考信息。

對于那些要縮小為SFP封裝的模塊，可通過采用更高密度集成的元件（包括存儲器和兩個獨立可配置的電位器）來取代多個元件，從而減小空間。進一步來說，DSl845的2線接口能夠滿足收發器制造商的在線編程要求，并且兼容現有的2線EEPROM。

為了滿足更多的特殊要求，Dallas公司還開發了DSl846，在一個縮小的TSSOP（簿型小外形封裝）內集成了3個線性遞變的電位器、非易失性存儲器和一個CPU監控電路，在一個如此小的芯片內，這種級別的集成節省了板面，減少了成本，縮短了供貨期，加快了產品的開發。對于DSl845，其非易失性存儲器器來配置和存儲特殊應用的校準數據，以及控制每個電位器的柚頭位置，另外，還備有用戶特殊數據的存儲空間。

DSl846的片內微監測器檢測電壓放變化，一旦檢測到超出電壓容差范圍，微監測器立即復位，并保持復位狀態，直至回到安全的工作條件為止。微監測器能夠設定為幾個電壓復位門限，還包括一個手動復位。而第三個電位器可用于監視其它變量，或用來對另外兩個電阻之一進行粗調。

具有集成溫度補償的數字可變電阻的DSl847和DSl848旨在用于日益膨脹的激光應用，它們能夠在整個溫度范圍內補償激光器的溫度特性，其內部結構組成見圖2所示。

DSl848包含額外的、128字節的通用（用戶）EEPROM；除此之外兩者是相似的。它們在片內的查尋表（LUT）內存儲對應于溫度的阻抗特征值，集成的溫度傳感器在激光器工作期間不斷地測量和報告溫度值，DSl847或DSl848則將溫度讀數與LUT表內的值進行比較，再按照設計者定義的阻抗特征調整阻抗。溫度傳感器輸出的溫度也存儲在EEPROM中（每l0ms更新一次），也可以通過2線總線提供給用戶。也就是說，為了對一給定系統的溫度變化的溫度變化進行補償，設計人員可以在整個溫度范圍內以2℃為間隔確定所期望的電阻值，井將數據存儲在芯片的EEPROM查詢表內。工作期間，器件會測量溫度。井據此讀取EEPROM查詢表，并自動調節電阻。利用這種方案，DSl847/DS1848能夠在溫度變化叫自動調節系統參數，使系統工作在最佳狀態。

還應該說明的是，DSl847和DSl848是自動工作的。當檢測到溫度發生變化時，控制電路自動地調整阻抗，以實現電流的補償，而無須用戶干預。圖2中A0、A1、A2地址線是地址選擇引腳允許在串行總線上連接最多8個器件。 14引腳的DSl847/DS1848封裝形式（TSSOP）見圖2右側。

所有的Dallas電路都采用低功耗CMOS技術，有助于保持在一個較低的功率預算。所有電路工作于整個工業級溫度范圍，以及3V和5.5V兩種電源。

結束語

由上分析，在寬帶需求愈來愈高的今天，光網絡通信是最好的途徑，而光網絡通信的實現必需要用光收發模塊，然而基于激光技術的光收發模塊的安全和性能保證是要由更深層次的數字控制的DSl84x系列可變電阻和電位器來調節校準參數作為支撐。當然這一切光網絡通信技術均屬于激光新技術中的明星。

從而也可看出，激光-新技術中的明星，其興旺發達在某種程度上需要依賴于新型數字控制的DSl84x系列可變電阻和電位器，“而不再需要古老的電阻”。

顯然，象通信網絡這樣的一個巨大、復雜、發展、強勁的市場，不同的對手應工作于不同的級別。

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