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高速激光驱动器MAX3297芯片及应用
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High-speed Laser Driver MAX3297 Chip and Its Application
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■武警工程学院 彭月平 刘 鹏 殷三元
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概述
随着数字通信技术和光纤技术的飞速发展，骨干网上数据传输的速率越来越高，网络容量越来越大，而接入网越来越成为各个用户进入信息高速公路的瓶颈。解决这一问题可以采用光纤技术，
建立以光纤为基础的局域网络。MAX3297芯片是美国MAXIM公司生产的高速激光驱动器，适用于工作在传输速率为2.5Gbps的局域网中，可作千兆以太网、ATM局域网以及光纤信道中的光发射机。该产品具有传输速率高，调制电流小，性能安全稳定、体积小等特点。其主要特性如下：（1）采用3.0~5.5V的工作电源；（2）采用带光电管的共阴极激光管工作模式；（3）仅有30mA的激光调制电流和低至7ps的系统性抖动；（4）内含调制电流的温度补偿电路和自动功率控制电路（APC）；（5）具有集成化的安全电路和电源自动复位电路(POR)；（6）采用16-pin
TSSOP-EP的封装形式。
MAX3297芯片介绍
引脚功能描述
图1所示为MAX3297引脚排列。
MAX3297引脚功能描述：
GND(1,6)：接地端。
FLTDLY(2)：默认延时输入端，外接电容可为安全电路提供一合适的延时脉冲宽度。
VCC(3,11,14)：工作电源端。
IN+(4)，(5)：数据正向、反向输入端。
REF(7)：参考电压端，应用中悬空。
MD(8)：连接监控光二极管端。监控光二极管用于APC电路。
SHDNDRV(9)：关闭驱动器输出端。
BIASDRV(10)：偏差信号控制外部晶体管驱动器端，外接PNP晶体管。
OUT+(12)，OUT-(13)：调制信号输出端。
MODSET(15)：调制电流设置端，可用外接电阻来设置常温时的调制电流。
TC(16)：调制电流温度补偿设置端，可用外接电阻来补偿温度变化时对调制电流的影响。
内部结构及工作过程
MAX3297内部原理框图如图2所示。内部电路主要包括电源复位电路(POR)、安全电路、偏差信号发生器电路和激光调制电路。电源复位电路和安全电路主要为芯片正常工作提供安全保障；偏差信号发生器电路用于自动功率控制(APC)；激光调制电路的功能是：对输入信号进行调制，并为外部激光功放管电路提供激励信号。
工作过程：当芯片正常工作时，调制电流开关接通，信号从IN+端和IN-端输入，经输入缓冲放大后，控制差分调制器输出来实现调制，调制信号从OUT+
端和OUT-端输出；当电路发生故障或意外情况发生时，安全电路发生作用，断开调制电流开关，关闭输出；当输出功率减小或增大时，光反馈信号发生变化，并从MD端输入，经内部功率控制放大器放大后，从BIASDRV端输出去控制外部功放管的输出，从而达到自动维持功率稳定的目的。
应用设计
MAX3297典型应用电路如图3所示，电路中的外围元器件参数为典型值，未标识的外围元器件参数是在实际应用中确定。电路的设计步骤和外接元器件的选择方法如下：
激光管的选择
MAX3297适合于工作在传输速率为2.5Gbps的局域网中，根据传输速率要求，应选择上升时间为130ps(或更少)的激光管作为输出端的光驱动器。为满足MAX3297的交流特性，在输出端输出的瞬时电压幅度应在-1V(VCC)以上；此外，在选择激光管时，还应注意要求激光管具有低的调制电流和在输出端产生低的电压晃动。
调制电流的设计
在利用MAX3297设计应用电路时，调制电流的设计是极其重要的。其值由MODSET端和TC端外接的电阻所决定。其中MODSET端的外接电阻(RMOD)决定常温时调制电流值(IMOD)，当激光管选定后，IMOD
一般就确定。而TC端外接电阻(RTC)决定温度变化时的补偿电流值。因此，设计调制电流的实质是确定RMOD和RTC的阻值
当激光管选定后，根据下式可计算出它的温度系数LT：
LT={a_{70}-a_{25}}\over{a_{25}(70℃-25℃)} 10^{6}[ppm/℃]
这里： 是激光管的输出功率与激光管电流所确定的直线的斜率， 25 、 70分别表示温度为25℃和70℃时的 值。
当LT求出后，根据下面两个公式计算出RTC和RMOD的值：
R_{TC}={0.21}\over{Tempco(i_{MOD})}-250
R_{MOD}={(R_{TC}+250 )52*Tempco}\over{0.19-48*Tempco}-250
这里:Tempco=-LT
一般情况下,当激光管选定后,可根据表1来确定RMOD和RTC的值。
APC电路的设计
MAX3297应用在带光电管的共阴极激光管电路中。APC电路示意图如图4所示，是由外部PNP晶体管(Q1)、带光电管的激光管(为叙述方便，分为两部分：激光二极管和监控二极管)、RSET和功率控制放大器(Q2)组成，其实质形成了一功率控制环路。控制过程如下：当输出功率增大(或减小)时，流过监控二极管的电流(ID)增大(或减小)，这时MD端的电压下降(或上升)，则Q2输入信号(U+
U )增大(减小)，从而Q2的输出电压增加(或减少)，这样使得Q1输入电压增加(或减小)，从而输出功率下降(增加)，达到维持输出功率稳定的目的。
当选定激光管后，ID、IBIAS也就确定。APC电路的元器件参数(典型值)选择规定如下：
RSET=0.95V/ID (MD端的电压值稳定在2.65V 1.7V=0.95V)；
CBIASDRV=0.1uF (典型值，与RDEG一起,提供所需的APC电路时间常数,提高了抑制电源噪声的能力)；
RDEG=0.25/IBIAS(MAX) (规定RDEG上的压降不大于0.25V)；
Q1：通用PNP晶体管， >100,ft>5MHz；
B1：带铁氧芯的电感 (降低系统性抖动)。
激光器补偿滤波网络的设计
在高频时，激光器封装产生的电感影响会使激光器的电感量增加，往往会产生啸叫、过激现象，会使输出的信号变坏。为防止这类情况发生，需加一滤波网络来减少激光器封装产生的电感影响。补偿滤波网络由RCOMP和CCOMP组成，其值可由作眼图实验来确定，首先使RCOMP=25
；CCOMP=2pF，然后增加CCOMP的值，直到获得满意的眼图为止。
POR时延设计
为确保当电路加电时，POR电路还维持一段时延的低电平，以保护芯片，需在PORDLY端接一电容CPORDLY，来确定这一时延。这一时延一般由下式确定：
t={C_{PORDLY}}\over{(1.4)10^{-6}}[s]
CPORDLY典型值为0.01uF。
注意问题
由于MAX3297是高频产品，电路布局对其影响很大，应采用具有公共接地层的多层电路板；输出端引线应尽量短，不宜过长；供电电源端应通过电容接地，为防止APC电路产生自激，应确保MD端产生的寄生电容影响最小；MAX3297外露引线(EP)必须接地，以减少干扰。
如果激光管的输出产生啸叫或过激现象，这常常是激光管壳外引线过长所致，应试着减少引线的长度来消除；如果OUT+端、OUT 端在低电压时引起极度啸叫，这可以通过接上拉电感或降低调制电流来消除；如果APC电路产生自激振荡，应试着增加CBIASDRV的值或RDEG的值，使MD端产生的寄生电容(应<10pF)最小。
结束语
MAX3297是一种高速的激光驱动器，具有传输速率高、调制电流小、性能安全可靠等优点，而且体积小、应用简单方便，因而该产品在光纤通信以及ATM局域网中有广泛的应用前景。
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