光通信激光二极管驱动电路原理与应用 - 副本
MAX3867激光二极管驱动电路的工作原理、特性和应用分析
MAX3867激光二极管驱动电路的工作原理、特性和应用分析1. 概述MAX3867是单电源、高速激光二极极管驱动电路，传输速率可达2.5Gbps，特别适用于SDH/SONET系统、双工器、数字交换及2.5Gbps光传输系统。
MAX3867内部的自动功率控制（APC）闭环电路，用于补偿温度变化及芯片老化引起的光输出功率的变化，维持激光二极管输出功率恒定；另外，还有其它辅助功能，如：使能控制、软启动、APC失效监测等，因此应用非常灵活方便。
2. 主要性能指标2.1 极限参数电源电压：－0.5V～＋7.0V。
偏置电流：－20mA～＋150mA。
输出电流：－20mA～＋100mA。
连续功耗：1354mW（TA=＋85℃）。
存贮温度范围：－65℃～＋165℃。
工作结温范围：－55℃～＋150℃。
引脚焊接温度：＋300℃（10秒）2.2 电气性能参数MAX3867的主要电气性能参数如表1所列。
3. 封装形式及引脚功能MAX3867采用48脚方形贴片式（TQFP）塑料封装，其引脚功能如表2所列。
4. 基本工作原理MAX3867激光二极管驱动电路由高速调制驱动电路和自动功率控制（APC）电路两大部分组成，如图1所示。
高速调制驱动电路由高速差分级和可预置调制电流源组成，采用直流耦合时，寄生电感会产生瞬间高电压冲击，因此MAX3867的调制输出通过交流耦合至激光二极管LD的负极；同时外接上拉电感保证激光二极管LD的直流偏置，这样把激光二极管正向压降与输出电路有效地隔离，以实现大摆幅输出。
在自动功率控制（APC）电路中，用监测光电管FD将激光二极管LD的光输出转换为相应的光电流，经APC环路反馈控制激光二极管LD的偏置电流，从而维持光输出功率恒定。
恒定功率值由外接电阻RAPCSET设定，APC环路的时间常数则由外接电容CAPC确定。
5. 其他辅助功能5.1 APC开环工作此时APC不起作用，激光二极管LD的工作电流由外接电阻RMODSET和RBIASMAX设定。
激光二极管的原理及应用
激光二极管的原理及应用1. 引言激光二极管是一种将电能转化为光能的电子器件，常用于激光打印机、激光雷达、光通信等领域。
本文将介绍激光二极管的工作原理以及其在不同应用领域中的具体应用。
2. 激光二极管的工作原理激光二极管是基于半导体材料的器件，其工作原理是利用电流通过半导体器件时，会产生光的现象。
以下是激光二极管的工作原理的详细说明：•半导体材料：激光二极管常使用的半导体材料包括镓砷化物（GaAs）、镓铍砷化物（GaInAs）、镓锗磷化物（GaGeP）等。
这些材料具有较高的载流子浓度和较高的流动率，使得电流传输效果良好。
•P-N结构：激光二极管采用P-N结构，即在半导体材料上形成P型和N型区域。
P型区域富集正电荷，而N型区域富集负电荷，从而形成PN结。
•注入激活：当通过激光二极管的材料施加外部电压时，电流将从P 区域流向N区域，载流子（正电荷或负电荷）将注入P-N结中。
•电子复合：当正电荷和负电荷在P-N结中相遇时，它们会发生复合，从而释放出能量。
这些能量以光的形式被发射出来，产生激光束。
•反馈：激光二极管内部设置了光反馈结构，使得激光在多次来回反射后形成稳定的光子增强效应，从而增强激光输出。
3. 激光二极管的应用激光二极管由于其小型化、低功耗、高效能的特点，被广泛应用于多个领域。
以下是几个常见的应用领域：3.1 激光打印机激光打印机是目前最常见的激光二极管应用之一。
通过激光二极管的工作原理，激光打印机可以将输入的数字信号转化为高质量的图像或文字。
激光二极管作为打印机的光源，可以将光束精确地聚焦到打印介质上，从而实现高速、高精度的打印效果。
3.2 光通信激光二极管也被广泛应用于光通信领域。
激光二极管作为光源，可以将数字信号转化为高速的光信号进行传输。
光通信技术具有高传输速率、大带宽、低衰减的特点，适用于长距离通信和高容量数据传输。
3.3 激光雷达激光二极管被应用于激光雷达系统中，用于测量距离、速度、方向等目标物理参数。
光通信激光二极管驱动电路
2.
3. 4. 5.
通过改变外接电阻R2，就可以设置Io （调制电流或偏置电流） 在驱动电路中有多处会用到镜像电流源， 不光用于电流设置，引出电流监控也要 用到镜像电流的方法
Q2
Q1
R2
R1
LD的温度特性
LD是半导体器件，它的特性与 二极管类似 温度升高 阈值电流Ith增大 斜效率S降低 为了保持输出平均光功率和消 光比不变，在温度上升时要增 大IBIAS和IMOD
解决方案
根据LD的温度特性精心设计热敏电阻补偿电路—常用 MAXIM公司的某些芯片采用K因子补偿法 某些芯片内部对调制电流做温度补偿—自动调制电流控制（AMC） ANALOG公司某些芯片采用双环电路补偿调制电流以保持消光比不变 某些芯片设置查找表，配合其中的数字电位器，在温度变化后重新设 置偏置电流和调制电流，可以精确保持光功率和消光比稳定
光通信激光二极管驱动电路 原理与应用
陈伦裕
2006-3-10
本讲座主要内容
激光二极管驱动电路基本原理 电流控制原理 自动功率控制（APC）电路原理 稳定消光比和光功率的原理和温度补偿
激光二极管的特性
激光二极管（LD—Laser diode） 是一个电流器件，只在它通过的 正向电流超过阈值电流Ith （Threhold current）时它发出激 光 为了使LD高速开关工作，必须对 它加上略大于阈值电流的直流偏 置电流IBIAS LD的两个主要参数：阈值电流Ith 和斜效率S（Slope efficiency）是 温度的函数，且具有离散性
LD和驱动芯片接口
LD和驱动芯片接口要求
1. TO型激光器安装在PCB边沿时，接地层要扩展到PCB边 沿以减少管脚引线电感，过大的电感会使波形边沿速度 变慢 激光器要尽可能靠近驱动器芯片，只要接线长度小于传 输波长，可以不考虑传输线的几何尺寸，减少线宽有利 于减小寄生电容 要仔细考虑高速信号电流环路，尽量减小返回路径的连 接阻抗，并使高速电流环路闭合面积最小，就能减少 EMI 在激光器阳极处Vcc要有足够的旁路电容，以降低高速 电流切换而产生的电源开关噪声
激光二极管原理及应用
激光二极管参数与原理及应用2011-06-19 17:10:29 来源:互联网一、激光的产生机理在讲激光产生机理之前，先讲一下受激辐射。
在光辐射中存在三种辐射过程，一时处于高能态的粒子在外来光的激发下向低能态跃迁，称之为自发辐射；二是处于高能态的粒子在外来光的激发下向低能态跃迁，称之为受激辐射；三是处于低能态的粒子吸收外来光的能量向高能态跃迁称之为受激吸收。
自发辐射，即使是两个同时从某一高能态向低能态跃迁的粒子，它们发出光的相位、偏振状态、发射方向也可能不同，但受激辐射就不同，当位于高能态的粒子在外来光子的激发下向低能态跃迁，发出在频率、相位、偏振状态等方面与外来光子完全相同的光。
在激光器中，发生的辐射就是受激辐射，它发出的激光在频率、相位、偏振状态等方面完全一样。
任何的受激发光系统，即有受激辐射，也有受激吸收，只有受激辐射占优势，才能把外来光放大而发出激光。
而一般光源中都是受激吸收占优势，只有粒子的平衡态被打破，使高能态的粒子数大于低能态的粒子数（这样情况称为离子数反转），才能发出激光。
产生激光的三个条件是：实现粒子数反转、满足阈值条件和谐振条件。
产生光的受激发射的首要条件是粒子数反转，在半导体中就是要把价带内的电子抽运到导带。
为了获得离子数反转，通常采用重掺杂的P型和N型材料构成PN结，这样，在外加电压作用下，在结区附近就出现了离子数反转—在高费米能级EFC以下导带中贮存着电子，而在低费米能级EFV以上的价带中贮存着空穴。
实现粒子数反转是产生激光的必要条件，但不是充分条件。
要产生激光，还要有损耗极小的谐振腔，谐振腔的主要部分是两个互相平行的反射镜，激活物质所发出的受激辐射光在两个反射镜之间来回反射，不断引起新的受激辐射，使其不断被放大。
只有受激辐射放大的增益大于激光器内的各种损耗，即满足一定的阈值条件:P1P2exp(2G - 2A) ≥1（P1、P2是两个反射镜的反射率，G是激活介质的增益系数，A是介质的损耗系数，exp 为常数），才能输出稳定的激光，另一方面，激光在谐振腔内来回反射，只有这些光束两两之间在输出端的相位差Δф=2qπq=1、2、3、4。
激光二极管驱动电路图大全（六款激光二极管驱动电路设计原理图详解）
激光二极管驱动电路图大全（六款激光二极管驱动电路设计原理图详解）激光二极管驱动电路图（一）驱动电路图1（左）电路的基准电压不用常见的电阻分压电路．而是利用晶体管Tr1的Vbe作基准电压，Vbe约为0.7V，即（Im-Ib）& TI mes;Vr1=0.7V，不过Ib很小可以忽略。
Vbe具有2mV／℃的温度特性，故基准电压将随温度变动，即使这样，其温度特性也远比恒流驱动好。
整个电路只用了两只晶体三极管，Vr1用于输出调整兼负荷电阻，是相当简单的APC电路。
激光二极管驱动电路图（二）驱动电路如上图2（右）这是一款为提高可靠性而设计的电路．共用了5只晶体三极管。
主要特点如下：取消了调整输出的半可变电阻。
如果Tr5的B-E之间出现短路的话，流过电阻R2的电流几乎就都成为Tr1和Tr2的基极电流，这将使输出增大：不过这时流过Tr2的基极电流Ib将使680Ib+Vbe》2Vbe，结果Tr4导通，旁路部分电流到地，使输出功率受到一定限制。
若Tr1、Tr2的任一个出现C-E间短路．则由于另一个晶体管的存在．不会出现过电流的情况。
除5个晶体管外．其余元件的短路更不会引起输出增大。
电路中R1是基极电阻，兼作电流取样电阻；R5为负荷电阻。
激光二极管驱动电路图（三）自动功率控制电路是依靠激光器内部的PIN管来检测LD的输出光功率作为反馈的，电路图如图13.6所示。
其中Dl是激光器内部的背光检测二极管，由采样电阻将电流转换电压，再由差动放大器放大，经比例积分控制器来调节激光器偏置电流。
对于有制冷器的激光器，还要进行温度控制，特别是用于波分复用的激光器，要求波长稳定，所以必须要有自动温度控制电路。
温控电路如图13.7所示：在图13.7中RZ是热敏电阻，Rl是制冷器，制冷器中电流正向流是加热，反向流是制冷。
激光二极管驱动电路图（四）激光二极管驱动电路图如下图所示：激光二极管驱动电路图（五）电路结构及原理LD是依靠载流子直接注入而工作的，注入电流的稳定性对激光器的输出有直接、明显的影响，因此，LD驱动电源需要为LD提供一个纹波小，毛刺少的稳恒电流。
激光二极管原理
激光二极管原理
激光二极管是一种将电能转化为激光能量的电子元件。
其工作原理基于半导体材料的特性，如p-n结的特征和电子能带结构。
在激光二极管中，通常使用的半导体材料是砷化镓(GaAs)或磷化镓(GaP)。
这些材料由两种不同类型的杂质掺杂而成，一侧
为p型半导体，另一侧为n型半导体。
p-n结的形成使得电子
在这个区域内能够自由移动。
当向激光二极管施加正向电压时，电子从p区域向n区域移动，而空穴则从n区域向p区域移动。
当电子与空穴相遇时，它们会重新结合，产生能量释放。
这种能量释放通过自发辐射而释放出去，从而产生光子。
这些光子在材料中来回反射，并经过光增强，使得它们的能量和相位同步，并最终形成一束高度相干的激光束。
由于反射和光增强过程受到p-n结的形状和材料的选择的控制，因此激光
二极管的波长和功率可以通过合适的设计和控制进行调整。
激光二极管可以在大多数电子设备中找到应用，如激光打印机、光纤通信、生物医学设备等。
由于其小巧、效率高和寿命长的特点，激光二极管已成为现代科技中不可或缺的一部分。
激光二极管驱动电路保护电路原理-概述说明以及解释
激光二极管驱动电路保护电路原理-概述说明以及解释1. 引言1.1 概述概述激光二极管驱动电路保护电路是在激光二极管的工作过程中起到保护作用的重要组成部分。
激光二极管作为一种高精度、高效率的光电器件，在许多领域都有广泛应用，例如激光切割、激光打印、激光雷达等等。
然而，激光二极管在高功率、高电流工作状态下容易受到瞬态过电压、过电流以及温度过高等因素的影响，从而导致损坏或性能下降。
因此，为了保障激光二极管的正常工作和延长其使用寿命，需要使用特定的保护电路来进行保护。
本文将从激光二极管驱动电路的工作原理和保护电路的作用两个方面进行探讨。
首先，我们将介绍激光二极管驱动电路的基本原理，包括电流调节、电压补偿、反馈控制等关键技术。
然后，我们将详细讨论保护电路在激光二极管工作过程中的作用，包括过电压保护、过电流保护以及温度保护等方面。
通过对激光二极管驱动电路保护电路原理的深入研究，我们可以更好地了解激光二极管的工作机制以及常见的故障原因。
同时，通过合理设计和使用保护电路，可以有效提高激光二极管的稳定性和可靠性，延长其使用寿命，同时提高系统的整体性能。
在接下来的章节中，我们将详细介绍激光二极管驱动电路的工作原理和保护电路的作用，并对其应用前景进行展望。
通过对这些内容的学习和研究，我们可以更加深入地了解激光二极管驱动电路保护电路原理，为激光二极管的应用和发展提供有力支持。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以描述本篇长文的组织结构和章节安排。
具体内容如下：2. 文章结构本篇文章主要分为三个部分：引言、正文和结论。
引言部分：引言部分主要对激光二极管驱动电路保护电路原理进行概述，简要介绍激光二极管驱动电路的工作原理以及保护电路的作用。
通过引入这个主题，读者可以了解到激光二极管驱动电路和保护电路的基本知识，并对本文的内容有一个整体的了解。
正文部分：正文部分主要包括两个章节，分别介绍激光二极管驱动电路的工作原理和保护电路的作用。
发光二极管光通信电路-概述说明以及解释
发光二极管光通信电路-概述说明以及解释1.引言1.1 概述光通信是指利用光的传输特性进行信息传输的一种通信方式。
发光二极管是光通信电路中常用的光源元件之一，通过注入电流后，发光二极管能够发出可见光或红外光。
光通信电路则是利用发光二极管发出的光信号进行信息传输。
本文将从发光二极管的原理、光通信电路的基本组成，以及发光二极管在光通信电路中的应用等方面进行介绍和分析。
通过对发光二极管光通信电路的研究，我们可以深入了解发光二极管在通信领域的优势和不足之处，并对其未来的发展进行展望。
在正文部分，我们将详细探讨发光二极管的工作原理，包括其基本结构和物理特性，以及发光二极管如何将电信号转换为光信号并进行传输。
同时，我们将介绍光通信电路的基本组成，包括接收器、放大器等元件的作用和原理，以及光纤的基本结构和特性。
此外，我们也将重点关注发光二极管在光通信电路中的应用。
通过研究发现，发光二极管具有体积小、功耗低、工作寿命长等优点，在光通信系统中发挥着重要的作用。
我们将深入探讨发光二极管在光通信中的应用领域，包括短距离通信、室内通信等，并举例说明其实际应用。
在结论部分，我们将总结发光二极管光通信电路的优势，包括其高速传输、稳定性好等特点，并探讨其在未来的发展前景。
同时，我们将提出一些改进和发展的建议，以期进一步推动发光二极管光通信电路技术的发展。
通过本文的撰写，我们希望能够为读者提供关于发光二极管光通信电路的全面了解，并为相关领域的研究和应用提供一定的参考价值。
最后，希望本文能够引发更多关于发光二极管光通信电路的深入探讨和研究。
1.2 文章结构本文将围绕"发光二极管光通信电路"展开深入研究和讨论。
文章主要分为引言、正文和结论三部分。
在引言部分，我们将概述发光二极管光通信电路的基本概念和原理，介绍其在通信领域中的重要性和应用前景。
同时，我们还会阐述本文的目的和意义，以及文章后续的结构安排。
正文部分将重点探讨发光二极管的原理、光通信电路的基本组成以及发光二极管在光通信电路中的应用。
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Io
Q1
+Vcc
下图是实际常用的一种镜像恒流源电路 Ir
Io≈IrR2/R1
Rr
Io
通过改变外接电阻R2，就可以设置Io （调制电流或偏置电流） 在驱动电路中有多处会用到镜像电流源， 不光用于电流设置，引出电流监控也要 用到镜像电流的方法
Q2 R2
Q1 R1
LD的温度特性
LD是半导体器件，它的特性与 二极管类似 温度升高 阈值电流Ith增大 斜效率S降低 为了保持输出平均光功率和消 光比不变，在温度上升时要增 大IBIAS和IMOD
光通信激光二极管驱动电路 原理与应用
NeoPhotonics
本讲座主要内容
激光二极管驱动电路基本原理 电流控制原理 自动功率控制（APC）电路原理 稳定消光比和光功率的原理和温度补偿
激光二极管的特性
激光二极管（LD—Laser diode） 是一个电流器件，只在它通过的 正向电流超过阈值电流Ith （Threhold current）时它发出激 光 为了使LD高速开关工作，必须对 它加上略大于阈值电流的直流偏 置电流IBIAS LD的两个主要参数：阈值电流Ith 和斜效率S（Slope efficiency）是 温度的函数，且具有离散性
2.
3. 4. 5.
激光二极管驱动电路
驱动电路实质上就是一 个高速电流开关
驱动电路原理电路
LD调制电流输出电路原理图
LD直流耦合接口电路原理图
RFCF阻尼网络
接在LD阴极的阻容网络（RFCF）的作用是补偿LD封装内部的引线
寄生电感，以降低寄生电感引起的过冲和振铃（对LD固有的驰豫振荡无效）
RF通常是小于100Ω的电阻
激光器驱动电路原理图(2)
驱动电路结构
一个典型的激光器驱动电路包括下列部分： 1. 差分电流开关电路—向LD输出调制电流 2. 偏置电流发生器—向LD提供直流偏置电流 3. 自动功率控制（APC）电路—在不同温度和 LD老化的情况下，改变IBIAS，保持PAVG不变 4. 故障告警、保护电路 5. 调制电流、偏置电流监控电路 6. 输入端整形电路（D触发器）
LD和驱动芯片接口
LD和驱动芯片接口要求
1. TO型激光器安装在PCB边沿时，接地层要扩展到PCB边 沿以减少管脚引线电感，过大的电感会使波形边沿速度 变慢 激光器要尽可能靠近驱动器芯片，只要接线长度小于传 输波长，可以不考虑传输线的几何尺寸，减少线宽有利 于减小寄生电容 要仔细考虑高速信号电流环路，尽量减小返回路径的连 接阻抗，并使高速电流环路闭合面积最小，就能减少 EMI 在激光器阳极处Vcc要有足够的旁路电容，以降低高速 电流切换而产生的电源开关噪声
解决方案
根据LD的温度特性精心设计热敏电阻补偿电路—常用 MAXIM公司的某些芯片采用K因子补偿法 某些芯片内部对调制电流做温度补偿—自动调制电流控制（AMC） ANALOG公司某些芯片采用双环电路补偿调制电流以保持消光比不变 某些芯片设置查找表，配合其中的数字电位器，在温度变化后重新设 置偏置电流和调制电流，可以精确保持光功率和消光比稳定
2.
3.
4.
消光比和光功率的温度稳定
温度升高时斜效率降低，而此时APC电路却使偏流加大了，调制幅度 相对变小，这就使消光比变小 — 单一的APC无法稳定消光比 温度变化时, 在同样的发射光功率下，背光二极管（MD）产生的光电 流（平均值）发生了变化。MD的眼踪误差引起APC的跟踪误差 — 光 功率会因为MD的跟踪误差产生较大的变化 要求MD跟踪误差小于1 dB（1.5dB） 调制电流补偿不正确，过补偿或欠补偿都会使光功率和消光比随温度 变化而发生较大的变化
CF通常是小于10pF的电容 低速（l55Mb/s以下）的电路不需要RFCF
调制电流和偏置电流设置原理
调制电流和偏置电流的大小都可以用 镜像恒流源来设置 上图是基本型镜像恒流源电路 当Q1和Q2严格配对时 Ir=Io Ir的又是由Rr来决定的，所以改变Rr就 可以设置Io
+Vcc Ir
Rr Q2
*消光比 re=P1/P0
平均光功率PAVG=(P1+P0)/2
LD的温度特性
稳定光功率和消光比的方法
闭环自动功率控制（APC）+热敏电阻补偿调制电流 开环补偿法 热敏电阻补偿(调制电流和偏置电流) 通过MCU查表精确设置调制电流和偏置电流 其它方法： APC+芯片内部对调制电流补偿—如MAXIM公司的 MAX3863、Mindspeed公司的M02066 等
自动功率控制（APC）原理
通过检测背光二极管 （MD）产生的光电流 （平均值）来实现闭环控 制 APC调节偏置电流来保持 平均输出光功率稳定； APC只对偏置电流回路起 作用 APC对调制电流无法控制， 温度升高，斜效率降低， 调制幅度变小，APC却使 偏流加大，消光比就变小 了
激光器驱动电路原理图(1)
用交流耦合驱动LD
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
比较两种驱动方式
AC耦合 DC耦合
最少
无低速率限制Biblioteka 电路元件 多速率工作 易于匹配
驱动器功耗 输出调制电流
多2～4个元件
有低速率限制
元件多LD引脚不能靠近 LD引脚直接连接LDD 驱动器芯片，不易匹配 芯片，易于匹配，高速 性能好 较大 较大（不受 ‘Headroom’限制） 较小 较小（受‘Headroom’ 限制）
参考资料
1. Maxim Application note HFAN-2.0 Interfacing maxim laser drivers with laser diodes Maxim Application note HFAN-2.2.1 Maintaining the extinction ratio of optical transmitters using Kfactor control Maxim design note HFDN-18.0 The MAX3865 Laser Driver with Automatic Modulation Control Analog devices Datasheet 3V Dual loop 50Mbps to 3.3Gbps laser diode driver ADN2847 Maindspeed Datasheet 3.3 Volt Laser Driver IC for Applications to 3 Gbps M02066