高速激光驅動電路的設計與測試

　　自從50年前Theodore H Maiman發(fā)明了激光器，激光就在不同技術領域里得到廣泛應用，例如通信，工業(yè)生產［1］以及傳感器，測量設備等。當通信業(yè)關注達到GHz范圍的高速傳輸頻率時，工業(yè)生產的主要目標是高速的極短的納秒范圍內的脈沖光功率。在激光感應器和測量設備的領域里，高速驅動電路的設計成為非常艱巨的任務。

　　這份資料主要描述快速驅動電路的設計，PCB布局，光學測量工作，以及設計一個脈沖寬度達到2.5納秒的理想解決方案。

　　目錄：

　　1）集成激光驅動器解決方案

　　2）高速激光驅動電路的設計考量

　　3）布局要求

　　4）測量激光脈沖

　　4.1）從示波器到光學儀器

　　4.2）從計算機到光學USB儀器

　　5）設計檢查

　　6）概要

　　7）文獻

　　1）集成激光驅動器解決方案

　　傳統(tǒng)的激光二極管驅動電路通常使用分立元器件，來達到低成本低效率的使用要求［2］。而集成激光驅動方案的優(yōu)勢在于：

　　。提高了輸出功率的穩(wěn)定性（1%或更高）

　　。減少電路板空間（至80%）

　　。錯誤監(jiān)視

　　。動態(tài)性能更佳

　　。提高可靠性/MTBF無故障工作時間對于快速開關，集成驅動器是強制性的，因為減少電感線路和電容能允許更快的信號變化。

　　2）高速激光驅動器電路的設計考量

　　應用在測量和傳感技術上的激光光源通常是半導體二極管激光，只需從幾個微瓦到幾百個毫瓦的光學輸出功率。集成電路能簡單并安全地控制［3］并覆蓋整個可見光譜到紅外光范圍。你可以點擊這里查看完整的iC-Haus集成激光驅動方案。最新一代全能型集成激光驅動方案支持的開關頻率高至155兆赫茲，激光電流高達300毫安。圖1是iC-NZN應用電路的原理圖。它適用于3.3至5.5伏的工作電壓并能在具備或不具備監(jiān)控二極管的情況下驅動N，M，以及P型激光二極管。

　　圖1：全能型集成激光驅動電路

　　支持兩個操作模式——自動功率控制（APC）和自動電流控制（ACC）［4］。如上圖1所示，光學輸出功率不同，驅動電流由電阻器PMP/RMD設置而成。如果采用一個合適的PCB布局，脈沖寬度可達到小于3.5納秒以及脈沖上升沿和下降沿時長（tr/tf）為1.5納秒（最大）。在此情況下應采用 LVDS輸入信號代替TTL水平來減少EMI.iC-NZN的特點是提供了一個低邊輸出（專門為N型激光二極管優(yōu)化），iC-NZN的特點是提供了一個高邊輸出（專門為P型激光二極管優(yōu)化）。為了保護激光二極管，特別是在APC模式，通過管腳VDDA的最大驅動電流可以由電阻RSI來限制。

　　對于更高功率的激光脈沖，電流開關例如iC-HG提供了一個集成解決方案。它的特點是可提供6個帶尖峰釋放的電流開關，每個開關切換電流為500毫安，而且這些開關可以并聯(lián)起來達到3A DC電流。

　　圖2展示了iC-HG的應用電路，以3A來驅動單個激光二極管。脈沖寬度可以低至2.5ns，峰值電流可達9A.最大開關頻率200MHz，上升和下降沿時長1ns（最大）。最大占空比取決功率耗散和iC-HG的散熱情況。

　　圖2：激光驅動電路電流達3A，脈沖可達9A

　　輸入EN1和EN2使用LVDS模式帶100歐姆線路終端電阻。激光電源電壓（最大12V）由兩個低ESR鉭電容緩沖以及使用兩個瓷片電容進行RF濾波。 iC-HG監(jiān)控LVDS輸入信號，如果幅度低于50%，會在管腳NER產生一個錯誤信號，電源電壓和芯片溫度也被監(jiān)控。當欠壓和過載時NER信號也會產生。每個通道的電流可以通過控制CIx的電壓來設置。它也可以被用來做模擬調制。最大調制頻率典型值2MHz，CIx的輸入電容是調制頻率的限制因素。