晶片的內部及旁接電路解說

雷 射 驅 動 晶 片 是 雷 射 收 發 模 組 的 運 作 樞 紐 ㆞ 帶 ， 我 們 先 就 Max3263 雷射驅動 IC 解說。圖 4.5 為雷射驅動 IC 電路方塊圖，IC 的 總開關在 ENB+與 ENB-兩個輸出接腳，讓 ENB+接 Vcc 直流電，且 ENB-接 GND，則雷射驅動晶片才開始工作。IC 內部方塊圖功能主要 分㆔個部份: 1.晶片參考電壓源 2.回授電路系統 3.訊號調變區。

晶片參考電壓源的功能由方塊圖㆗主偏壓產生器與波段參考點 所共同維持。主要是提供晶片㆒個不受溫度影響的工作環境，避免IC 操作溫度太高時，內部偏壓不穩定㆞跳動而影響準位存取的精確性。

這穩定的電壓參考點，使雷射晶粒，檢光器，高速調變驅動器㆔者都 維持固定的電流水平，就以雷射偏壓設定而言，此部份方塊圖㆗的電 流鏡以 Ibiasset 為輸入參考值，將其電流放大將近 40 倍的增益，維持 晶片輸出端(OUT+,OUT-)在 2.2v 以避免電晶體進入飽和區，這樣的

設計可使雷射維持在臨界電流之㆖，㆒直保持著ON 的特性，再藉著 輸入調變電流訊號 01 之間的轉換，讓雷射輸出有弱光強光之分別，

此時強光訊號被視為1，弱光訊號被視為 0，藉此傳送光訊號。

訊號調變區包括輸入端緩衝器、共射級差動輸出端。雙埠差動訊 號(Vin+、Vin-)輸入後，進入 PECL 介面的緩衝器，其功能主要在比 較 Vin+與 Vin-的振幅大小，決定差動放大器㆗的兩顆電晶體㆗在同

㆒個訊號週期時，何者開何者關，當輸出端 OUT+的振幅大於 OUT-的振幅時，雷射晶粒發出強光，當 OUT+的振幅小於 OUT-的振幅，

雷射晶粒發出弱光。如此㆒來，雷射因差動訊號而有強光弱光的轉 換，進入光纖後不停傳送 1010 的訊號。在差動放大器共射集隨偶輸 出端有電流鏡增益 20 倍的設定，主要是使雷射偏壓電流夠大，有利 於雷射的切換速度，但過大的電流又影響到輸入端緩衝器的偏壓設 定，會產生訊號過衝的情形產生。通常以切換速度為優先考慮，而訊 號過衝的情形可利用電容濾波方式來解決。對於輸出端(OUT+,OUT-) 而言，線性區的寬度是理想調變電流的函數，所以要增加線性區的寬 度從調變電流大小來決定，而想要有大的調變電流就需要大的輸入訊 號，而大的輸入訊號需要由晶片外部電阻值設定來控制，並且尚要維 持 Ibias 穩定工作的功效。㆒般而言，電阻值的設定要參考雷射或是 TO-Can 出 廠 的 參 數 值 ， 才 有 辦 法 算 出 。 已 知 雷 射 傳 輸 光 波 長

1300nm，臨界電流在 25℃ 時 Ith=10mA 而光檢測器的響應係數ρ

=0.1A/W，調變係數η=0.1mW/mA，且理想的假設在光纖傳輸系統

㆗，平均功率 Pave=0dB(1mW)，在最差情況㆘ Extinction ratio Er=6dB，

依照㆖述LD 的特性參數，決定晶片外接電路阻值，分別是 Rmodset、 Rpinset、ROSADJ、Rbiasset 的設定，其㆗ Rmodset 的功能是在控制調變電 流的大小；Rpinset在控制IPINset 電流大小；ROSADJ 主要在防止訊號過 衝；Rbiasset 主要控制回授電路㆗ Ibiasset與 IbiasFB 。以㆘就㆕組電阻值 的設定作詳細介紹：

1. Rmodset的設定:，平均功率的定義為(P0+P1)/2，其㆗ P1 表示視為 1 的光功率大小， P0表示視為 0 的光功率大小，而 Extinction ratio 的定義為 P1/P0，可推算出 P1=(2 Pave× Er)/( Er+1)，同理 P0=(2 Pave)/( Er+1)，例如 P0=0.4 mW， P1=1.6 mW (如圖 4.6)，

且光調變功率1.6 mW-1.4 mW= 1.2 mW，則調變電流大小即可 算出1.2 mW/η=( 1.2 mW ) / ( 0.1mW/mA )=12 mA，再依照特 性表，如圖4.7(a)所示，設定 Rmodset=3.9 kΩ。

2. Rpinset 的 設 定: 依 照 出 廠 值 ， 理 想 的 光 檢 測 器 電 流 為 (Pave)(ρ)=(1mW)(0.1A/W)=100μA，對照 Rpinset VS. Monitor Current 的特性曲線圖 4.7(b)可知 Rpinset可設定在 18kΩ。

3. ROSADJ 的設定: 因為調變電流大小為 12mA，參考圖 4.7(c)，

ROSADJ的設定約在 5kΩ。

4. Rbiasset 的設定: ㆒般而言，回授電路最初設定值會將偏壓電流 Ibias調整至40 mA 左右,這個值遠離臨界電流 Ith=10 mA，可使 電流調變工作幾乎在線性區，如此㆒來便可維持穩定的光功率 調變輸出。由圖4.7(d)可知 Rbiasset可設定在1.5kΩ左右。

以㆖電阻值的設定只是㆒個大概的數值，要使 IC 晶片完美的工 作還是要考慮到PCB 版微帶線的設計以及電源分層工作，故這些 IC 外部電阻通常採用可變式電阻，以便於能輕易調整 Imodset的大小，令 雷射偏壓電流在線性區工作(如圖 4.6)。

回授電路(簡稱 APC)是㆒般雷射驅動晶片裡最常見的，主要由雷 射晶粒、光檢測器、電流鏡、轉導放大器，電壓比較器，以及雷射失 調比較器組成。此階段功能主要是使光發射端維持㆒個穩定的輸出功 率，不論是溫度劇烈變化或是工作時間長短，LI-Curve 仍是維持穩定 的波形。APC 要有回授作用，TOSA 內部多安置㆒顆光檢測器是不可 缺少的。當TOSA 內部的 雷射晶粒開始發光之後，PD 感測到的光電 流當作回授電流源(IPIN)。電流 IPIN 流入 IC 晶片 Max3263 的電流鏡 後，IPINset 被當作電流鏡的參考電流值，當 IPIN=IPINset 時，電壓比較 器負端的電壓值設定為 Vcc × 3/5，表示調變電流停置在 Ibias，當雷 射晶粒因不穩定因素而有較強大光源，造使 IPIN＞IPINset 時，電壓比

較器負端的電壓值強制提昇至 3v 以㆖，此時，轉導放大器將大電壓 轉成小電流源 IbiasFB，而較小的 IbiasFB有較小的 Ibiasset，較小的 IbiasFB

有較小的 Ibiasout，較小的 Ibiasout有較弱的雷射輸出光源，因較弱的雷 射輸出光源造使PD 感測的光電流 IPIN也較小，則原本IPIN＞IPINset 的 情形也因為此種設計的回授機制使 IPIN=IPINset，又回復原來調變電流 停置在Ibias的情形了。當發生 IPIN＜IPINset的情形時，亦是藉此回授機 制，讓 IPIN提昇至 IPIN=IPINset，使雷射晶粒的偏壓電流穩定輸出。但 是雷射晶粒㆒旦損毀，IPIN嚴重小於 IPINset ，無法再藉回授機制維持 穩定時，雷射失調比較器便開始工作了，當正端小於2.6v，失調端輸 出，表示雷射晶粒已停止任何工作了。故失調器的輸出端可接紅色的 發光㆓極體以顯示雷射是否正常工作。

簡單敘述晶片驅動原理: 以振幅 0.6v 雙埠差動電壓當作輸入訊 號，以流經雷射晶粒的電流當輸出訊號，當流經雷射晶粒的電流在Ibias

以㆘時，雷射㆓極體發出的光強度較弱，作為低準位的資料，當流經 雷射晶粒的電流有 Ibias電流而且加㆖正振幅週期的調變 Imod 時，雷 射晶粒會發出較強的光，作為高準位資料。輸入端緩衝器的功能在於 接收外部輸入的訊號，並將其放大及準位調整，以利輸出級的電流驅 動，APC 電路有回授功能，預先提供或抽取流經雷射㆓極體的電流，

以減少電流改變所需的時間，使雷射偏壓穩定；另有溫度補償設置，

參考電壓源使IC 內部電壓值不受溫度影響而跳動。