本應用簡報描述了用于偏置光學激光驅動器的兩種拓撲結構（開環和閉環），并演示了使用DS1847數字電位器和MAX3273激光驅動器的示例。激光模塊設計人員可以使用固定電阻器、機械電位器、數字電位器或數模轉換器 （DAC） 來控制激光驅動器的調制和偏置電流。可編程方法（POT或DAC）的優點是制造過程可以自動化，并且可以應用數字控制（例如，補償溫度）。使用 POT 可能是一種比 DAC 更簡單的方法。使用POT可能會有輕微的成本優勢，但相對于設計的其他部分，這通常并不重要。使用DAC具有諸多優勢，包括改善線性度（轉化為軟件實現的便利性和達到所需精度的能力）、更高的電路板密度、更寬的分辨率范圍、更好的優化范圍、負電壓激光驅動器的易用性以及單元間的一致性。

在開環和閉環操作的背景下，回顧了激光驅動器與控制它的數字控制電位計和電阻器之間的不同電氣接口模式。這些光纖系統的目標是使用激光驅動器的偏置和調制電路改變光的振幅，使光功率在兩個電平（P0和P1）之間擺動。

開環拓撲

在圖1a的偏置控制拓撲中，可變電阻設置一個電流（I1），該電流被放大并饋送到共陰極半導體激光管（或從共陽極類型吸收）。電阻兩端最常見的電壓為1.2V，源自激光驅動器內部的帶隙基準電壓源。I1 的范圍從微安到幾毫安，I2 的范圍從幾十毫安到 100mA。對于電阻器提供電流的某些應用，它可以連接到固定基準或電源而不是接地。

圖1b顯示了一個低側電路（相對于地的控制），其中輸入電壓V1設置內部電流I1，該電流被放大到I2的水平，以便通過拉電流或吸收電流來驅動激光器。本電路中的電位計非常適合V1的高輸入阻抗。（在圖1a配置中，可變電阻更合適。

對于高端控制（圖1c），控制電壓（V1）降低會導致I1和激光驅動電流I2增加。因此，為了增加激光輸出的平均光功率，電阻必須降低，圖1b中的電阻必須減小，V1必須增加，V1必須減小圖1c。

圖1.用于控制激光偏置電流的開環方法包括（a）使用可變電阻器的低側控制（激光陰極接地），或（b）驅動高阻抗輸入的電位計，以及（c）帶負電源的高側控制（激光陽極接地）。

圖1.用于控制激光偏置電流的開環方法包括（a）使用可變電阻器的低側控制（激光陰極接地），或（b）驅動高阻抗輸入的電位計，以及（c）帶負電源的高側控制（激光陽極接地）。

圖1.用于控制激光偏置電流的開環方法包括（a）使用可變電阻器的低側控制（激光陰極接地），或（b）驅動高阻抗輸入的電位計，以及（c）帶負電源的高側控制（激光陽極接地）。

用于控制激光調制電平的電路配置（圖2a和2b）與控制偏置電流的電路配置相似。數據載波的幅度調制產生開關電流。要增加發射光的峰峰值幅度，請降低圖2a中的可變電阻或增加圖3b中的V2。 （這些圖顯示了向激光器注入偏置電流以及調制電流。在圖1b和2b中，請注意，攜帶I1或I3的激光驅動IC的輸入級可以是雙極性npn晶體管。

圖2.用于激光調制電流低側控制的電路類似于圖1a和1b中的偏置電流控制電路。

圖2.用于激光調制電流低側控制的電路類似于圖1a和1b中的偏置電流控制電路。

閉環拓撲

平均功率控制（APC）是調節激光器平均光輸出的常用方法。激光由反饋路徑中的光電二極管監視器控制，從而實現激光的閉環控制。

不太常見的是閉環調制控制電路。圖3a和3b顯示了與此類激光驅動器的電阻接口。

在圖3a中，激光偏置電流是從光電二極管監視器（Ifa）反饋的電流與基準電流（I1）之間誤差的放大版本。隨著可變電阻的減小，I1增加。因為如果一個軌道I1，平均光功率也會增加。

圖3b是閉環調制的簡化表示。將來自光電二極管電流（Ifb）的反饋信號與基準電流（I3）進行比較會產生一個誤差，該誤差被放大并用于調制數據載波幅度，從而產生開關電流。隨著電阻的減小，峰峰值光功率增加。偏置電流（I2）包含在圖3b中以完成圖片。

圖3.（a） 允許閉環激光控制的光電二極管監視器也可以容納 （b） 調制電流的控制。

圖3.（a） 允許閉環激光控制的光電二極管監視器也可以容納 （b） 調制電流的控制。

示例：MAX3273/DS1847對

要將激光驅動器MAX3273連接至DS1847數控電阻，首先確定平均光功率（Pavg）和峰峰值光調制功率（Pmod）。

Pavg 由激光驅動器周圍的 APC 環路調節（圖 3a），直接取決于 I1 和光電二極管的響應度（以 mA/mW 為單位）。DS1847電阻設置I1等于1.2/R。接下來，Pavg = I1/響應度 = 1.2/（響應度 × R）

請注意R在實現所需平均功率時對光電二極管特性的依賴性。因此，為了實現合理的設計良率，建議設計人員了解該參數的統計分布及其溫度依賴性。例如，Pavg = 2170.0mW 的 DFB 激光器 （SLT4-LN） 產生的光電二極管電流范圍從 0.15mA 開始，這反過來又需要 <8kΩ;電阻。DS1內部的電阻1847應用于APC功能。

Pmod在激光驅動器內不受調節，因此運行開環。它由一個設置I3的電阻控制（見圖2a）。反過來，I3設置峰峰值調制電流，將其添加到偏置電流中并注入激光器。因此，激光輸出由直流分量和脈沖分量組成。脈沖分量 （Pmod） 取決于以 mW/mA 表示的激光量子效率 （η）、增益 Gm（圖 2a）和 I3（等于 1.2/Rmod）。因此，Pmod = 1.2 × Gm × h/Rmod。

同樣，Rmod 取決于給定 Pmod 的η，因此了解 h 的變化很重要。對于包含相同激光器 （SLT2170-LN） 且 Pmod = 0.6mW、Gm = 165、η = 0.06 的系統，所需的電阻小于 20kΩ;。調制功能應使用DS1847的電阻0。

DS1847包括用于溫度補償的查找表。這種補償對于APC和調制控制至關重要。在APC模式下，該表用于抵消光電二極管響應度的溫度依賴性，根據SLT1-LN數據手冊，光電二極管響應度的變化高達±5.40dB（約2170%）。至于調制，相應的表格主要用于抵消激光效率η的溫度依賴性，其變化可高達±3dB（2倍）。

查找表的另一個好處是，它們有助于補償應用中激光驅動器增益、電阻值和其他參數的溫度依賴性。DS1847電阻值在達拉斯工廠的不同溫度下都有表征。結果符合一個方程，其系數存儲在寄存器中，以便在客戶現場校準時使用（參見應用筆記167）。

為了說明上一段中描述的一些概念，圖4a、4b和4c顯示了激光器和光電二極管在用查找表進行溫度補償后的典型特性。

圖 4a.如果使用如圖1a所示的開環操作，則通過查找表實現激光偏置電流變化。

圖 4b.如果使用開環操作（如圖2a）所示，則通過查找表實現峰峰值激光調制電流變化。

圖 4c.如果使用閉環操作（APC），如圖3a所示，則通過查找表實現集成光電二極管電流變化。

審核編輯：郭婷