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TRABAJO FINAL DE CARRERA
TÍTULO DEL TFC: Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas para un satélite de baja orbita basado en un diodo láser TITULACIÓN: Ingeniería Técnica de Telecomunicaciones, especialidad Sistemas de Telecomunicación AUTOR: Tatiana Elizabeth Sánchez Sánchez DIRECTOR: Alejandro Rodríguez Gómez FECHA: 25 de marzo de 2010
Título: Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas para un satélite de baja orbita basado en un diodo láser Autor: Tatiana Elizabeth Sánchez Sánchez Director: Alejandro Rodríguez Gómez Fecha: 25 de marzo de 2010
Resumen Hoy en día la necesidad de establecer enlaces entre los satélites y estaciones terrenas está creando una gran afluencia de estudios teóricos y prácticos relacionados con este campo. Este proyecto nace a partir de la idea de establecer una comunicación con un satélite de baja órbita mediante un enlace óptico, por ello la necesidad de crear un circuito que nos permitiese controlar el comportamiento de un diodo láser. Los pasos a seguir para el desarrollo de este proyecto han sido, en primer lugar realizamos una explicación del escenario sobre el cual va a trabajar nuestro diodo láser, en este apartado describimos la estación óptica terrena de la que se dispone, así como también las características ópticas del telescopio receptor y la modulación que se empleará para establecer el enlace. En segundo lugar teniendo en cuenta los niveles de potencia necesarios en el transmisor de decide buscar un láser cuyas características eléctricas y ópticas se ajusten a las necesidades del proyecto. En tercer lugar se realiza el diseño eléctrico del controlador de nuestro diodo láser. En este apartado es donde se explica en detalle cada uno de los ajustes que se han llevado a cabo en los componentes que forman parte de este circuito, ajustes que nos ayudarán a poder llegar a los niveles de corriente que nos exige el diodo para su correcto funcionamiento y por lo tanto los necesarios para proporcionar el nivel de potencia requerido para transmitir los datos desde el satélite. Finalmente una vez diseñado el circuito eléctrico del driver, y comprobado su funcionamiento, se ha diseñado una segunda placa que será en la que conectaremos el diodo láser y donde una vez puesto en funcionamiento el láser realizaremos las medidas ópticas pertinentes.
Title: Electrical desing of an optical communication transmitter for a low orbit
satellite based on a laser diode
Author: Tatiana Elizabeth Sánchez Sánchez
Director: Alejandro Rodríguez Gómez
Date: March 25th, 2010 Overview Nowadays the feasibility of establish optical links between satellites and ground stations has been devoted a great amount of theoretical and experimental works related to this field. This project stems from the idea of establishing a communication with a low orbit satellite using an optical link, therefore the need to create a circuit which allowed us to control the behaviour of a laser. The steps for the development of this project have been, firstly make a description of the stage on which will work our laser diode. In this section we describe the optical earth station, as well as the optical characteristics of the receiver telescope and the modulation that is going to be used to establish the link. Secondly given the power levels required in the transmitter, we decided to find a laser whose electrical characteristics meet the needs of the project. Thirdly we carry out the electrical design of our laser diode driver. This section is where we explain in detail each of the adjustments that have been done on components that are part of this circuit, adjustments which will help us to reach current levels required for proper diode operation and therefore necessary to provide the required power level to transmit data from the satellite. Finally, once designed the electrical circuit of the driver, and verified its operation, we have designed a second plaque where we will connect the laser diode. This circuit will help us to make the pertinent optical measurements.
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN ……………………………………………………………………………….1
CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN DEL ENLACE ÓPTICO ............................................ 3
1.1 Introducción ......................................................................................................................... 3
1.2 Estación óptica terrena (OGS) ............................................................................................ 3
1.3 Modulación empleada ......................................................................................................... 4 1.3.1 Características de la modulación PPM .................................................................. 5
1.4 Potencia mínima en el transmisor ....................................................................................... 6
CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DEL DIODO LÁSER ................................................. 9
2.1 Introducción ......................................................................................................................... 9
2.2 Características del diodo láser ............................................................................................ 9
2.3 Características eléctricas .................................................................................................. 11
2.4 Especificaciones físicas ..................................................................................................... 11
CAPÍTULO 3. DESCRIPCIÓN Y PROTOTIPO DE PRUEBA DEL DRIVER. ...... 13
3.1 Introducción ....................................................................................................................... 13
3.2 Características del driver del diodo láser .......................................................................... 13 3.2.1 Especificaciones físicas ........................................................................................ 14 3.2.2 Características eléctricas ..................................................................................... 14
3.3 Descripción de las partes del driver .................................................................................. 16 3.3.1 Controlador de alta velocidad de modulación ...................................................... 16 3.3.2 Extintion Radio Control (ERC) .............................................................................. 17 3.3.3 Circuito de seguridad ............................................................................................ 18
3.4 Descripción del prototipo de evaluación eléctrica ............................................................. 19 3.4.1 Descripción del bloque del driver ......................................................................... 19
3.4.1.1 Descripción del circuito de prueba de Control Automático de Potencia (APC) 19 3.4.1.2 Funcionamiento de la salida TX_FAULT .......................................................... 21 3.4.1.3 Selección de los condensadores del circuito de APC ....................................... 22 3.4.1.4 Ajustes iniciales de los componentes del circuito. ............................................ 25 3.4.1.5 Circuito PCB del bloque del driver .................................................................... 27
3.4.2 Descripción del bloque inversor ........................................................................... 30 3.4.2.1 Circuito PCB del bloque inversor ...................................................................... 33
3.5 Resultados obtenidos en las pruebas del laboratorio ....................................................... 34
CAPÍTULO 4. DISEÑO DEL DRIVER PARA EL DIODO LÁSER. ......................... 39
4.1 Resultados prácticos obtenidos a partir del circuito definitivo ........................................... 41
CONCLUSIONES ......................................................................................................... 47
AGRADECIMIENTOS .................................................................................................. 49
BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………………….51
ANEXO I. CONDICIONES TÍPICAS DE FALLO .............................................. 55
ANEXO II. DATASHEET DEL DIODO LÁSER EMPLEADO ............................ 57
ANEXO III. DATASHEET DEL DRIVER UTILIZADO ......................................... 61
ANEXO IV. DIODOS LÁSER CONSULTADOS .................................................. 77
ANEXO V. DRIVERS DE DIODOS LÁSER CONSULTADOS ........................... 87
Introducción 1
INTRODUCCIÓN Durante los últimos años una gran cantidad de proyectos experimentales y teóricos se han desarrollado para el estudio de la posibilidad de establecer enlaces entre satélites y estaciones terrenas. Actualmente estos enlaces están desarrollados mediante tecnologías RF, en las bandas S, L, K o Ka. Sin embargo, una futura generación de estas redes puede estar diseñada mediante enlaces ópticos. Los principales beneficios de utilizar enlaces ópticos como alternativa a los de RF son: las reducidas medidas de tamaño y peso del equipamiento óptico embarcado en el satélite, menos potencia de consumo, más ancho de banda, lo que nos permite una mayor velocidad de transmisión de datos, y una fiabilidad de enlace mayor. Por otro lado, la parte negativa que encontramos en este tipo de enlaces son: los problemas de apuntamiento y seguimiento, ya que se cuenta con un ancho de haz muy estrecho del orden de centésimas de grado. Sin embargo, un enlace óptico puede significar un gran avance para los satélites que se encargan de monitorear la tierra desde las orbitas bajas (LEO), ya que con esta tecnología, una gran cantidad de información tanto de imágenes como de videos pueden ser enviadas a las estaciones terrenas. Este proyecto nace a partir de la propuesta de diseñar un prototipo de la parte eléctrica del driver que controlará el funcionamiento del diodo láser, el mismo que será el encargado de enviar la información desde un satélite LEO a la estación terrena situada en el Observatorio del Teide (Peñón de Izaña, Tenerife, Islas Canarias). En la actualidad es cierto que establecer este tipo de enlaces no es un gran problema, sin embargo, es cierto que es importante el equilibrio entre el grado de complejidad del sistema de apuntamiento a bordo del satélite y la potencia y la tecnología necesaria en el transmisor óptico. El objetivo de este proyecto es diseñar una electrónica capaz de proporcionar los niveles de tensión y corriente necesarios para que el diodo láser del que disponemos pueda permitirnos poder obtener la potencia necesaria para transmitir la información desde el satélite. Todo ello teniendo en cuenta que trabajaremos con un diodo láser transmisor económico y de potencia media, donde la única condición que se establece es que la densidad de potencia se mantenga concentrada en la estación óptica terrena (OGS), gracias a la utilización de un haz de gran directividad.
2 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas
En la siguiente imagen se puede observar un esquema de las fases que se han seguido a la hora de diseñar la electrónica del driver del diodo láser.
Fig. A Esquema de Fases
Capítulo 1. Descripción del enlace óptico 3
CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN DEL ENLACE ÓPTICO
1.1 Introducción El proyecto del que parte la creación del diseño del driver electrónico, consiste en el estudio de un enlace óptico de bajada entre un satélite situado en la órbita LEO y una estación óptica terrena, situada en Tenerife, España.
1.2 Estación óptica terrena (OGS) La Agencia Espacial Europea posee una Estación Óptica Terrena, ubicada en el Observatorio del Teide, en el Peñón de Izaña, en Tenerife, cuya situación geográfica es la siguiente:
Tabla 1.1 Situación Geográfica de la OGS
Longitud Geográfica 16º30’36.36” Oeste
Latitud Geográfica 28º 17’58.29” Norte
Altitud sobre el nivel del mar 2393 m
Esta Estación Óptica Terrena está equipada con todas las instalaciones propias de un telescopio astronómico. El telescopio del que se dispone es el Zeiss 1-m Ritchey-Chrétien/ Coudé, el cual esta suministrado por una base inglesa. La configuración de este telescopio utilizada para establecer comunicaciones ópticas, está detallada en la siguiente tabla.
4 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas
Tabla 1.2 Características ópticas del receptor de comunicaciones
Receiver RFE
Manufacturer
Analog Mod. and DLR
Sensor EG&G
Sensor Model C30659-900-R5B
No. of pixel 1 APD
Pixel size [µm] diam. 500
Det. Size[mm] diam. 0.5
Theor. FOV diam. 18”
Usable FOV diam. 18”
FOV per Pixel diam. 18”
Optical system RFEO
Focal length 191mm
f number 5.6
No. of lenses 3
Rel. Spectral Transmission
≥0.16 797- 825nm
Según esta Tabla 1.2, el receptor óptico tiene una distancia focal de 5.6m por una apertura de recepción de 1m. El campo de visión disponible se consigue gracias a un fotodetector cuyo diámetro aproximado de 0.5mm.
1.3 Modulación empleada La Modulación por Posición de Pulsos (PPM) ha sido la modulación empleada para establecer el enlace. El motivo por el que se ha escogido este tipo de modulación es porque está considerada como la preferida a la hora de establecer enlaces ópticos en el espacio libre, ya que en este escenario suelen haber pocas interferencias por camino múltiple. Esta modulación consiste en codificar una palabra de M bits, transmitiendo un simple pulso que puede estar en cualquiera de las 2M posiciones posibles. Esto se repite cada t segundos, por lo cual la tasa de transmisión es de M/t bits por segundo.
Capítulo 1. Descripción del enlace óptico 5
La ventaja de utilizar este tipo de modulación está en que la identificación del símbolo no se realiza teniendo en cuenta referencias externas, sino simplemente comparando el nivel de la señal entre los diferentes slots temporales de un periodo de símbolo. En la siguiente Fig. 1.1 se muestra una secuencia corta de tres 8PPM símbolos. El dibujo a) representa la señal ideal y b) representa la señal después de haber sufrido los efectos de desvanecimiento y el ruido en el receptor. Este es un ejemplo para poder mostrar que aún teniendo una fuerte deformación de la señal, la señal puede ser recibida, sólo con la condición de que el máximo de la señal en cada periodo de símbolo se mantenga en su slot temporal original.
Fig. 1.1 Secuencia de tres palabras 8-PPM
1.3.1 Características de la modulación PPM La modulación M-PPM está definida por los siguientes parámetros:
M, es el orden de la modulación PPM o el número de diferentes símbolos o palabras
nb, número de bits por símbolo rb, velocidad transmisión (bits/s) Tp, duración de impulso Tsym, tiempo de símbolo o duración de la palabra, Tsym = M Tp B, ancho de banda de la señal
La relación que existe entre estos parámetros es la siguiente:
6 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas
Mnb 2log (1.1)
Velocidad de transmisión:
sym
bb T
nr (1.2)
Ancho de banda necesario para transmitir los pulsos:
pT
B
2
1 (1.3)
El ancho de banda puede también estar expresado en función del orden de la modulación PPM y la velocidad de transmisión:
HzM
rMB b
2log2
(1.4)
1.4 Potencia mínima en el transmisor Según la tecnología escogida para el transmisor, que en este caso es la de un diodo láser, tenemos que su funcionamiento está limitado por la potencia de pico que pueda suministrar. La potencia que necesitaremos será baja debido a la alta eficiencia de los diodos láseres. En las siguientes graficas se muestran los niveles de potencia, en función de la velocidad de transmisión, para las modulaciones del orden de 2 a 64-PPM. Para un haz de divergencia de 350 µrad (0.02º) y una portadora de 800nm, teniendo en cuenta las siguientes características del receptor, se pueden estimar los valores del potencia de pico y de velocidad de transmisión descritos a continuación. Receptor:
Perkin Elmer C30659-900-R5B APD+amplifier module. APD Diámetro 0.5mm Ancho de banda: 200MHz
Capítulo 1. Descripción del enlace óptico 7
Valores deseados en el transmisor:
Diodo láser, 300-0055-01 785nm Pigtailed Laser Diode Module Máxima potencia de pico: 20mW Velocidad de transmisión máxima: 100Mbps (2-PPM o 4PPM) Ancho de banda de transmisión 100MHz Apertura del transmisor: 3mm
Fig. 1.2 Mínima potencia de pico para 0.02º de divergencia. Enlace de transmisión @800nm
10-1
100
101
102
10-4
10-3
10-2
10-1
Bit rate (Mbps)
Min
pe
ak
po
we
r (W
)
Tx power for BER < 1e-3 Day time w fading.
2-PPM4-PPM8-PPM16-PPM32-PPM64-PPM
8 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas
Fig. 1.3 Mínima potencia media para 0.02º de divergencia. Enlace de transmisión @800nm
10-1
100
101
102
10-5
10-4
10-3
10-2
Bit rate (Mbps)
Min
ave
rag
e p
ow
er
(W)
Tx power for BER < 1e-3 Day time w fading.
2-PPM4-PPM8-PPM16-PPM32-PPM64-PPM
Capítulo 2. Descripción del diodo láser 9
CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DEL DIODO LÁSER
2.1 Introducción Un diodo láser es un dispositivo semiconductor similar a los diodos Led que bajo las condiciones adecuadas emite luz láser.
Cuando el cátodo está cargado negativamente respecto al ánodo, a un voltaje mayor que el mínimo para no producir una interrupción en su funcionamiento, es decir, a más de 0.6V, la corriente fluye a través del diodo.
A la hora de escoger nuestro diodo láser se ha tenido en cuenta la necesidad de escoger uno que nos proporcione una potencia media de 15mW dentro de unas longitudes de onda de 785nm a 800nm.
Entre los distintos fabricantes de diodos láser, el fabricante que nos proporcionaba un producto que se ajustaba a las exigencias eléctricas establecidas para el desarrollo del proyecto, fue Photonic Products.
No obstante, nos vemos en el deber de citar a otro fabricante, Qphotonics, cuyos productos no se ajustaban a nuestras exigencias eléctricas pero sí se ajustaban a las exigencias de diseño.
En el Anexo 4 adjuntamos algunos de los diodos láser ofrecidos por estos dos fabricantes, que dada la conectividad de su diodo láser y fotodiodo, habrían sido una elección idónea, pero que como ya se ha comentado antes, al no cumplir los niveles de potencia, nos hemos visto en la necesidad de escoger un modelo distinto.
En el siguiente apartado del capítulo describimos las características del diodo láser escogido.
2.2 Características del diodo láser El láser escogido es el modelo 300-0055-01 de 785nm, está compuesto por un diodo láser infrarrojo encapsulado en una cubierta coaxial con conector FC-PC.
Fig. 2.1 Diodo láser con salida en fibra. Modelo 300-0055-01
10 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas
Fig. 2.2 Conector FC/PC
Para el correcto funcionamiento de este diodo láser, la salida óptica únicamente puede ser generada y mantenida, sólo si la entrada de corriente de polarización o en inglés Bias Current, está por encima del umbral (Ith) La corriente de modulación será la que nos permita enviar o no información, ya que esta corriente serán impulsos a la salida, y en los instantes en los que haya un impulso será cuando el diodo láser estará emitiendo luz, por lo tanto estaremos enviando información. Estos impulsos se generan de acuerdo con la modulación PPM que es la que recoge la información transmitida.
Fig. 2.3 Características de entrada y salida
Capítulo 2. Descripción del diodo láser 11
2.3 Características eléctricas En la siguiente tabla se muestran los valores de entrada al diodo láser necesarios para poder proporcionar una potencia media de 15mW, que como se ha descrito en el capitulo anterior será la necesaria para poder transmitir la información.
Tabla 2.1 Características ópticas y eléctricas
Ítem Símbolo MIN. TYP MAX. Unidades
Potencia de salida en fibra
Pf
15.0
20.0
mW
Corriente Umbral
Ith
30
50
mA
Longitud de onda de pico λ
780
785
800
nm
Corriente de trabajo
Iop
100
140
mA
Voltaje de trabajo
Vop
2
2.5
V
PD Corriente de Monitor
IM 0.1 0.25 0.26 mA
Resistencia equivalente Req 20 Ω
2.4 Especificaciones físicas En la siguiente imagen se pueden observar las medidas del diodo láser del que dispondremos, y el esquema de conectividad entre el diodo láser y el fotodiodo Las dimensiones están especificadas en milímetros.
12 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas
Fig. 2.4 Dimensiones del diodo láser
Capítulo 3. Descripción y prototipo de prueba del driver 13
CAPÍTULO 3. DESCRIPCIÓN Y PROTOTIPO DE PRUEBA DEL DRIVER.
3.1 Introducción La principal función de un driver es proveer unas corrientes adecuadas de polarización (IBIAS) y modulación (IMOD) a un diodo láser. Por ello, a la hora de escoger el driver que controlará nuestro diodo láser se han tenido en cuenta las características eléctricas y ópticas detalladas en la Tabla 2.1. En el Anexo 5 se han adjuntado las hojas de características de los diversos drivers que se han estudiado antes de escoger el que mejor se ajustaba a nuestras necesidades eléctricas y de diseño. A continuación se describen las características del driver escogido y el prototipo de prueba diseñado para verificar su funcionamiento.
3.2 Características del driver del diodo láser Para la realización de este proyecto se ha escogido el circuito integrado cuyo modelo corresponde al MAX3646, el cual se trata de un Laser Driver with Extinction Ratio Control, que trabaja a velocidades desde los 155Mbps a 622Mbps SFF/SFP. Las siglas SFF/SFP se describen a continuación: SFF (Small Form Factor), este término se utiliza para describir sistemas que son más pequeños que los tradicionales. SFP (Small Form-Factor Pluggable), o en castellano: Factor de Forma Pequeño Conectable, es un transceptor compacto usado para las aplicaciones de telecomunicaciones y para las comunicaciones de datos. Los transceptores SFP están diseñados para soportar comunicaciones estándares como: Sonet, Gigabit Ethernet o Canales de fibra. El término transceptor se emplea para describir un dispositivo que realiza, dentro de un mismo circuito, funciones tanto de trasmisión como de recepción de datos, utilizando los componentes del circuito comunes para ambas funciones.
14 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas
Fig. 3.1 Configuración de Pines. MAX3646
El MAX3646 es un driver para diodo láser diseñado para módulos transductores de velocidad múltiple. Este tipo de driver permite un acoplamiento en DC con los diodos láser, lo cual nos ayuda a reducir el número de componentes y nos facilita además el trabajar con distintos valores de velocidad.
3.2.1 Especificaciones físicas En la siguiente tabla podemos observar que el integrado del que dispondremos es un integrado minúsculo que opera dentro de un gran rango de temperaturas.
Tabla 3.1 Especificaciones físicas
Dimensiones 4mm x 4mm
Encapsulado 24-Pin thin QFN
Rango de temperatura -40ºC a +85ºC
3.2.2 Características eléctricas Habiendo escogido este driver, las características eléctricas que se tendrán en cuenta serán las siguientes:
Capítulo 3. Descripción y prototipo de prueba del driver 15
Tabla 3.2 Características eléctricas del driver MAX3646
Tensión de Alimentación 3.3V
Corriente de Alimentación 45mA
Voltaje de entrada 100mVp-p – 1.2Vp-p
Voltaje de Referencia 1.3V
IMD Corriente de monitor 18µA - 1500µA
IBIAS Corriente de polarización 1mA - 100mA
IMOD Corriente de modulación Para una salida mínima de 0.75V
5mA - 85mA
Tabla 3.3 Descripción de los pines.
PIN # NAME FUNCTION
3 IN+ Señal de entrada no invertida
4 IN- Señal de entrada invertida
6 TX_DISABLE Habilita las salidas de señal cuando está conectado a tierra.
7 PC_MON
Photodiode-Current Monitor Output. La corriente a través de este pin nos proporciona un nivel de tensión referenciado a tierra. Mediante una resistencia externa tendremos un valor de corriente que será proporcional a la corriente de monitor.
8 BC_MON
Bias-Current Monitor Output. La corriente a través de este pin nos proporciona un nivel de tensión referenciado a tierra. Mediante una resistencia externa tendremos un valor de corriente que será proporcional a la corriente de polarización.
9 SHUTDOWN
Shutdown Driver Output. El voltaje de salida a través de este pin nos servirá para controlar el funcionamiento de un circuito de cierre o parada opcional.
11 TX_FAULT Open-Collector Transmit Fault Indicator. Este es un indicador de fallos.
13 BIAS Laser Bias-Current Output
16 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas
15 OUT- Inverted Modulation-Current Output. IMOD fluye a través de este pin cuando la señal de entrada esta a nivel bajo.
16 OUT+ Noninverted Modulation-Current Output. IMOD fluye a través de este pin cuando la señal de entrada esta a nivel alto.
18 MD
Monitor Photodiode Input. Este pin estará conectado al ánodo del monitor fotodiodo. Un condensador conectado a tierra será necesario para filtrar la corriente de monitor fotoeléctrica alterna de alta velocidad.
3.3 Descripción de las partes del driver El driver escogido está formado por tres partes principales: un controlador de alta velocidad de modulación, un bloque de polarización con ERC (Extinction Ratio Control) y un circuito de seguridad.
3.3.1 Controlador de alta velocidad de modulación El driver escogido no ofrece dos estados diferenciales a la salida, así como también una fuente de corriente de modulación programable, la cual está conectada directamente al cátodo del diodo láser, por ello se ha de prescindir de cualquier carga capacitiva a la salida de este PIN 16, ya que ello degradaría el rendimiento de la salida óptica. La característica principal del driver es que está diseñado para conducir una carga de hasta 25Ω - 30 Ω, es decir, al conectarse la salida del integrado con el diodo láser, se necesita una resistencia de un valor muy bajo en serie, esto reducirá las posibles reflexiones en la línea. Se ha de tener en cuenta que la combinación de esta resistencia de bajo valor RD (Damping resistor) y la resistencia en serie equivalente del diodo láser debe ser igual o cercana a 25Ω.
Capítulo 3. Descripción y prototipo de prueba del driver 17
Fig. 3.2 Configuración teórica del circuito de salida.
3.3.2 Extintion Radio Control (ERC) El bloque de Extinction Ratio Control (ERC) combina las características de un circuito de control automático de potencia (APC), de un circuito de compensación de modulación y finalmente el de una compensación de temperatura. La compensación de modulación incrementa la corriente de modulación en proporción a la corriente de polarización. El circuito de control APC, combinado con el de compensación de temperatura, mantiene una constante relación de extinción óptica. Extintion ratio control, es el ratio de dos niveles de potencia ópticos. En este caso son los niveles que tenemos cuando la fuente de luz esta activa “on” y cuando la fuente de luz esta inactiva “off”. Este valor permanece constante si el valor de pico a pico de la potencia media es constante.
ppmed
ppmede PP
PPr
2
2 (3.1)
La potencia media está regulada por el circuito de Control Automático de Potencia (APC) y se mantiene constante cuando mantenemos constante la corriente del fotodiodo acoplado al láser.
18 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas
3.3.3 Circuito de seguridad La función que realiza el circuito de seguridad es monitorizar las operaciones que realiza el driver para poder forzar un cierre (shutdown) en caso de que una anomalía o fallo sea detectado y así poder asegurar el correcto funcionamiento del driver.
Fig. 3.3 Circuito de Seguridad.
Este circuito está formado por cinco pines en total, Fig. 3.3:
Una entrada deshabilitadora TX_DISABLE Una salida de error TX_FAULT Monitores de corriente PC_MON y BC_MON Y un cierre de seguridad SHUTDOWN
TX_DISABLE: nos servirá para poder restablecer el circuito en caso de que un fallo haya sido detectado. Además este pin nos activa o desactiva las salidas de corriente. TX_FAULT: esta salida nos servirá para poder afirmar cuándo tenemos fallos en el circuito. En nuestro caso dispondremos de un led, el cual nos indicará si estamos en situación de fallo o no. Entre las posibles causas por las que el circuito puede dar aviso de error, están por ejemplo una conexión directa donde no debe a alimentación o a masa. En la Tabla I.1 del Anexo I, podremos observar las típicas condiciones de fallo,
Capítulo 3. Descripción y prototipo de prueba del driver 19
estos datos se presentan resumidos en éste anexo, sin embargo la información completa ha sido extraída de la hoja de características del driver. Las características de los monitores BC_MON y PC_MON, para la corriente de polarización (IBIAS) y la del fotodiodo (IMD), es que han sido diseñados para reflejar una fracción de estas corrientes y crear un voltaje mediante unas resistencias externas conectadas a tierra. Estos monitores de corriente forman parte del circuito de seguridad, ya que si sus voltajes son superiores a VREF, esto acaba indicando una señal de fallo.
3.4 Descripción del prototipo de evaluación eléctrica Para realizar una evaluación eléctrica del driver, se ha planteado diseñar una placa de pruebas, para poder analizar el comportamiento del driver y así mismo establecer los valores adecuados de las resistencias y condensadores que nos controlan los valores de las corrientes de modulación, polarización y monitor.
3.4.1 Descripción del bloque del driver Este bloque es el que nos servirá de referencia a la hora de crear el circuito donde conectaremos al diodo láser, porque lo que se quiere conseguir con este circuito es realizar las pruebas necesarias para comprobar el funcionamiento de driver y ajustar los valores de los componentes que nos controlarán las corrientes de polarización y de modulación.
3.4.1.1 Descripción del circuito de prueba de Control Automático de Potencia (APC)
En el diseño eléctrico de nuestro driver, se ha incluido un circuito de prueba para el control automático de potencia, éste circuito emulará a un láser semiconductor con monitor de fotodiodo.
20 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas
Fig. 3.4 Circuito APC de prueba
La corriente IMD (Monitor Diode Current) que entrará al pin 18 de nuestro driver, provendrá del transistor Q2, el mismo que estará controlado por un amplificador operacional, U2, el cual es una amplificador operacional de micropotencia, Single /Dual/Quad, Micropower, Single-Supply, Rail to Rail Op Amps, Fig. 3.4 Estos dos componentes Q2 y U2 nos ayudaran a establecer la corriente de monitor MD de entrada al driver, la necesaria para mantener una potencia óptica media de salida constante. Éste circuito APC mantiene la corriente que circulará hacia la entrada MD del driver del diodo láser. La clave para el funcionamiento del circuito es instalar una resistencia sensora de corriente, R47, en el lazo de realimentación del operacional, con ello conseguiremos determinar la corriente que entregaremos a MD. El operacional se encarga de mantener el mismo nivel de voltaje tanto en la entrada no inversora con en la entrada inversora. Con esto conseguimos forzar un nivel de voltaje en el borne de la resistencia R47, conectada al emisor del transistor PNP. El otro borne de la resistencia lo hemos conectado a alimentación, con ello sabremos qué nivel de tensión caerá en esta resistencia, con lo que mediante un valor apropiado de la misma, podremos establecer el nivel de corriente que estaremos entregando al pin MD de nuestro integrado.
47R
VVI BIAScc
MD
(3.2)
Capítulo 3. Descripción y prototipo de prueba del driver 21
El transistor Q2 entrega la corriente que tenemos en el emisor a la salida de colector, porque las corrientes a través de Q2, están relacionadas de la siguiente manera Ie≈ Ic, por lo que la misma corriente que pasa a través de R47 debe circular por el colector. La otra resistencia, R46, en este circuito, nos está emulando la resistencia en serie de un diodo láser. Una vez hayamos obtenido este valor de corriente IMD, ajustaremos el valor de la resistencia RAPCSET, que es la que se encarga de estabilizar la corriente de monitor y por lo tanto la salida de potencia óptica media, mediante la siguiente ecuación.
MD
refAPCSET I
VR
2 (3.3)
3.4.1.2 Funcionamiento de la salida TX_FAULT Otro de los elementos que se han incluido en el circuito eléctrico de pruebas del driver del diodo láser tiene relación con la salida del pin TX_FAULT, la cual es de colector abierto, lo cual nos quiere decir que puede estar sin conectarse. La característica de este pin es que solo conducirá cuando la señal que pase por él sea baja, por ello para poder detectar niveles altos o bajos, será necesario llevar esta salida a un nivel alto a través de una resistencia, pull up resistor, del orden de 4.7KΩ, la cual está conectada a la alimentación de nuestro circuito. Una señal de nivel bajo a través de este pin, indica que el integrado está funcionando normalmente, en este caso estaremos llevando esta salida a VCC a través de la resistencia pull up. En cambio cuando una señal de nivel alto circula a través de este pin, esto se corresponde a un fallo, ya que el transistor se satura y la salida se lleva a un nivel próximo a cero a través del transistor saturado.
22 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas
Q1FMMT491A
R2511
LED1
V12 V
VCC3.3V
R14.75k
Vc=1.51V
Ve=1.51V
V_TX_FAUL
Fig. 3.5 Señal de error a partir de 2V
Un diodo Led D1, será el encargado de mostrarnos, al iluminarse, si el nivel de la salida TX_FAULT es alto, por lo que estaríamos teniendo un fallo en nuestro circuito. A través de este pin nuestro circuito nos avisará en caso de que se esté produciendo un error en un punto determinado. En la Tabla I.2 del Anexo I. podremos observar los posibles errores que podrían provocar la emisión de la señal de error.
3.4.1.3 Selección de los condensadores del circuito de APC En nuestro circuito eléctrico se han escogido unos condensadores para el circuito de Control Automático de Potencia (APC), CAPC y CMD. La función de estos condensadores es proporcionar estabilidad, reducir el jitter y reducir el tiempo de puesta en marcha, turn-on time, de la señal de salida. Esta función la realizan filtrando la señal a la entrada, con esto consiguen suprimir las variaciones de alta velocidad en la corriente de monitor causadas por las variaciones del patrón de bits. El condensador CMD establece el polo de mayor orden que filtra los transitorios entrantes en el pin MD, monitor diode. El condensador CAPC establece el polo dominante del lazo APC y determina el ancho de banda del mismo. En la Fig. 3.6 podemos observar que si CAPC se incrementa, el ancho de banda del lazo APC disminuye.
Capítulo 3. Descripción y prototipo de prueba del driver 23
Fig. 3.6 Ancho de banda del lazo ACP
Las variaciones en la corriente de monitor a frecuencias mayores que f3dB son atenuadas por los condensadores del circuito APC. En cambio cuando la corriente de monitor cambia a frecuencias menores a f3dB ,
el circuito APC ajustará la corriente de polarización para forzar un nivel constante en la corriente de monitor. El tiempo de puesta en marcha, turn-on time, está en función del condensador CAPC, por ello el valor del mismo debe ser cuidadosamente seleccionado para poder reducir este tiempo de conmutación. En la siguiente tabla podemos observar los típicos valores de los condensadores CAPC y CMD en función de la ganancia de nuestro láser.
AA
mAmAmA
mA
III
IGain
MODTHBIAS
MDCoupledDC 003.0
21003050
26.0
2
_
(3.4)
Tabla 3.4 Selección del Condensador CAPC
Laser Gain (A/A) CAPC (µF) CMD (µF)
0.002 0.009 0.00047 to 0.008
0.005 0.039 0.0018 to 0.01
0.007 0.047 0.0022 to 0.012
0.01 0.068 0.0033 to 0.015
0.02 0.1 0.0047 to 0.022
0.03 0.12 0.0056 to 0.027
0.04 0.12 0.0056 to 0.027
24 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas
Siguiendo las especificaciones del fabricante, en el datasheet de nuestro driver, se nos recomienda un condensador CAPC_FILT de valor 0.01µF. Teniendo en cuenta esto y mirando la tabla según el valor de ganancia de nuestro láser, vemos que el valor aconsejado por el fabricante está dentro de los márgenes especificados por dicha tabla. Una vez decidido el valor de CAPC decidimos escoger como valor de CMD el primer valor que aparece en la primera fila de la tabla, por lo cual el valor escogido del condensador conectado a la entrada del pin MD será de 470pF. Mediante un programa en Excel que nos calcula los tiempos aproximados de puesta en marcha del diodo láser, verificamos que el valor del condensador CMD que escogimos siguiendo la Tabla 3.4 se aproxima al obtenido por el programa. Este programa aparte del valor del condensador CMD nos calcula unas variables de ancho de banda y de tiempo de puesta en funcionamiento del diodo láser, a partir de los valores de corriente necesarios en el láser y del valor de CAPC escogido.
Tabla 3.5 Bias Current and Monitor Diode Current
Variables de entrada:
APC Loop Capacitor (CAPC): 0,01 F
Modulation Current (IMOD): 70 mA
Threshold Current (ITH): 30 mA
Monitor Diode Current (IMD) 0,25 mA
Bias Current (IBIAS) 30 mA
Resultados Calculados:
Approx. Turn On Time (TON): 396,5941 µs
MD Filter Capacitor (CMD): 0,500 nF
Approx. APC Loop Bandwidth
(f3dB): 29,70 kHz
Según este programa el tiempo que se tardará en poner en marcha el diodo láser, debido a las corrientes de modulación y de polarización será de TON=396µs. Este valor esta dentro del valor estimado por el fabricante, cuyo valor según el datasheet del driver es de TON_MAX= 600µs.
Capítulo 3. Descripción y prototipo de prueba del driver 25
Fig. 3.7 Esquema del circuito del driver del diodo láser
3.4.1.4 Ajustes iniciales de los componentes del circuito. Los ajustes que se realizaran sobre los componentes del circuito serán los siguientes:
1. Aplicaremos dos señales de 100mVpp a 1200mVpp a cada uno de los conectores SMA de entrada.
2. En la Fig. 3.7 podemos observar que en el pin 6 de entrada, se ha
instalado un jumper, esto nos servirá para poder habilitar o deshabilitar las salidas del driver. En nuestro caso este jumper estará conectado directamente a tierra para activar las salidas.
3. Ajustaremos la resistencia R27, que es la resistencia RMODSET a 25kΩ. Esta resistencia nos establece la porción de corriente de modulación deseada.
VCC
VCC
VCC
VCC
2VCC
VCC
2
31
411
A
VCC
VCC
Vout +
R_P
C_M
ON
R_B
C_M
ON
JU1
JU11
GS
D
MOSFET
D1R_PULL_UP
R10
C5C4
C9
C10
C7
C11
C32
R12
R50
R14 R13
JU8
C_MD
C45
R47
R46
R58R61
C_APC
R_APCSETR_MODSET
C3
C1
C2
C6
IN+
IN-
Q1
FMMT491A
B
E
C
Q2
APC
FIL
T2
20
MO
DS
ET
22
APC
SE
T21
MO
DB
CO
MP
23
TH
_TE
MP
24
APC
FIL
T1
19
BC
_MO
N8
GN
D10
SHU
TD
OW
M9
TX
_FA
UL
T11
GN
D12
PC_M
ON
7
VCC2
IN-4
IN+3
VCC5
TX_DISABLE6
MODTCOMP1
VCC 14
OUT+ 16
OUT- 15
VCC 17
MD18
BIAS13
U3MAX3665
C17C19
L3
+C18
VCC
GND
V_OUT
BNC
IN+
BNC
IN-
BNC
RTH
Automatic Power Control Test Circuit
U2
26 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas
4. Ajustaremos la resistencia R26, que es la resistencia RAPCSET a 25kΩ.
Esta resistencia nos ajusta la media de potencia óptica deseada, mediante la estabilización de la corriente monitor.
5. La corriente de monitor máxima IMDMAX, se medirá mediante la resistencia R4, que es la resistencia R_PC_MON.
MDMAX
refMONPC I
VR _ (3.5)
Teniendo en cuenta que la corriente de monitor máxima que soporta el driver es de 1.5mA, Tabla 3.2, podremos ajustar el valor inicial de la resistencia R4.
6. La corriente de polarización o corriente de bias, será la corriente que mediremos mediante la resistencia R7, que es la resistencia R_BC_MON.
BIASMAX
refMONBC I
VR
80_ (3.6)
Sabiendo que la corriente de bias máxima que podrá proporcionar el driver es de 100mA, Tabla 3.2, ajustaremos el valor inicial de la resistencia según el nivel de corriente de polarización que necesitemos.
7. Los puntos 5 y 6 nos ayudan a establecer un valor de las resistencia inicial, pero una vez en marcha el circuito eléctrico la forma que tendremos para monitorear las corrientes de monitor IMD y la de polarización IBIAS será midiendo el voltaje que tendremos a través de las resistencias R_PC_MON y R_BC_MON, y aplicando las siguientes ecuaciones.
MONPC
MONPCMD R
VI
_
_ (3.7)
MONBC
MONBCBIAS R
VI
_
_80 (3.8)
Capítulo 3. Descripción y prototipo de prueba del driver 27
8. Alimentaremos el circuito a 3.3V entre Vcc y tierra.
9. Finalmente ajustaremos la resistencia R27 hasta que consigamos tener
la corriente de modulación deseada. Para ello mediremos la corriente IMOD en el osciloscopio mediante la siguiente ecuación.
20
ppoutputMOD
VVI (3.9)
10. En el circuito APC de prueba, Fig. 3.4, se han instalado dos resistencias R47 y R46, cuyos valores se han escogido los determinados por el fabricante para poder mantener una relación entre la corriente de bias y la de monitor de fotodiodo de 100.
4610046 R
VVI
R
VVI BIAScc
MDBIAScc
BIAS
(3.10)
3.4.1.5 Circuito PCB del bloque del driver En la siguiente imagen podemos observar la colocación de cada uno de los componentes que forman parte del circuito del driver, así como también sus respectivos valores. Tal como se pueden observar los componentes, se ha preferido utilizar componentes SMD, por el hecho de que trabajaremos a alta frecuencia. Este circuito al igual que el del bloque inversor, estará soldado a una caja de dimensiones 60x60x23mm. El programa que hemos utilizado a la hora de crear la placa PCB de este bloque y del bloque inversor, así como también el circuito esquemático, ha sido el Altium DXP2004. El sustrato utilizado en la creación de la placa que contendrá al driver, es el sustrato Rogers RO4003. En la siguiente tabla se muestran las características de este material.
28 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas
Tabla 3.6 Características eléctricas del Rogers RO4003.
Constante dieléctrica 3.38
Espesor 0.8 mm
Loss tangent 0.0027
Estos datos se han tenido en cuenta a la hora de calcular el ancho de las líneas de transmisión, que conectarán nuestro driver con sus respectivas entradas y salidas. Para el cálculo del ancho de las pistas se ha utilizado el programa Txline, en éste hemos seleccionado la opción de línea microstrip y con los datos del fabricante del sustrato y sabiendo que trabajaremos sobre los 60MHz, hemos podido obtener el ancho de la línea. En la siguiente imagen se puede observar que el ancho de la línea que nos ha calculado el programa ha sido de 1.82mm.
Fig. 3.8 Txline, cálculo del ancho de la línea microstrip.
Capítulo 3. Descripción y prototipo de prueba del driver 29
Fig. 3.9 Footprint del Bloque del Driver.
Las conexiones de este circuito se han realizado en una placa donde las líneas de conexión estarán en ambas caras, que como se las describe en el programa Altium DXP2004, serán la cara Top Layer y la cara Bottom Layer.
Fig. 3.10 Layout del Bloque Driver. Circuito Eléctrico
30 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas
Habiendo diseñado el circuito de evaluación eléctrica del driver, nos hemos encontrado que a la entrada de nuestro driver se necesitan dos señales desfasadas una de la otra 180º. Para poder realizar nuestras propias medidas en el laboratorio utilizando el generador de funciones, recurriremos a un circuito diseñado para que realice la función de proporcionarnos las dos señales invertidas. Por ello hemos diseñado un circuito que nos proporcione las señales descritas anteriormente, por lo cual hemos creado un circuito al que le llamaremos Bloque Inversor.
3.4.2 Descripción del bloque inversor
Este bloque está compuesto por el integrado modelo MM74HC74A, el cual se trata de un Dual D-Type Flip-Flop with Preset and Clear, cuya función es proporcionarnos dos señales invertidas. Este flip flop tiene la característica que utiliza una tecnología CMOS para alcanzar las velocidades óptimas de operación, posee además una alta inmunidad al ruido y un bajo consumo de potencia. Este integrado posee entradas independientes para los datos (D), el reloj (CLK) y las entradas de preset (PR) y clear (CLR), así como también nos proporcionas dos salidas Q y /Q. Las señales que le hemos entregado a este integrado han sido las provenientes de un generador de funciones, entregando como señal de reloj la señal generada arbitrariamente gracias a una funcionalidad de este instrumento y la señal de datos ha sido la señal de sincronismo propia del generador de funciones.
Fig. 3.11 Configuración de pines
Capítulo 3. Descripción y prototipo de prueba del driver 31
Para poder saber cuándo obtendremos un ‘0’ low, o un ‘1’ high, a la salida hemos tenido en cuenta la tabla de la verdad que nos proporciona el fabricante. Tabla 3.7 Tabla de la verdad
INPUTS OUTPUTS
PR CLR CLK D Q L H X X H L H L X X L H L L X X H H H H H H L H H L L H H H L X Q0 0
En nuestro caso, como lo que nos interesa en tener un High y un Low en cada salida respectivamente, hemos decidido dejar tanto el Preset como el Clear a ‘1’ ya que así únicamente teniendo en cuenta la entrada de datos y la de reloj, cuando cambia de estado bajo a alto, podremos obtener las dos salidas tal y como las necesitamos a la entrada del circuito del driver. Tabla 3.8 Características eléctricas
SIMBOLO PARAMETRO MIN. TYP. MAX. UNITS Vcc Tensión de alimentación 2 6 V
VIN, VOUT Voltaje DC a la entrada o Voltaje de salida
0
Vcc V
tr, tf Input Rise or Fall times
500 ns
fMAX Frecuencia máxima de operación 72 MHz tPHL, tPLH
Retraso máximo de propagación para Q y
10 ns
ts Tiempo mínimo de establecimiento 10 ns En el diseño de este bloque inversor teóricamente obtendremos los siguientes niveles de tensión a la salida para unos determinados valores de amplitud a la entrada, estos valores están reflejados en la siguiente tabla.
32 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas
Tabla 3.9 Niveles de tensión a la entrada y salida.
SIMBOLO PARAMETRO VCC TYP. UNITS
VIH Mínimo nivel de entrada HIIGH
4.5 3.15 V
VIL Máximo nivel de entrada LOW
4.5 1.35 V
VOH Mínimo nivel de salida HIIGH
4.5 4.5 V
VOL Máximo nivel de salida LOW
4.5 0.1 V
Como podemos ver, el valor de tensión de pico-pico a la salida del flip flop, es del orden de 4.4 Vpp. Según las especificaciones del fabricante del driver MAX3646, descritas en la Tabla 3.2, podemos observar que los valores de tensión de entrada de pico a pico que las dos entradas IN+ y IN- , pueden aceptar llegan hasta los 1.2Vpp. Por ello en las salidas de Q y se ha conectado un divisor de tensión, para poder ajustar estos niveles de salida a los niveles óptimos de entrada del driver del diodo láser.
Fig. 3.12 Divisor de tensión
Teniendo en cuenta una Vin= 4.4 Vpp y el valor deseado de salida de Vout=1.2Vpp y aplicando la siguiente ecuación:
Capítulo 3. Descripción y prototipo de prueba del driver 33
12
2
RR
RVV in
out
(3.11)
Los valores de las resistencias que se han obtenido han sido de R1= 1KΩ y R2=470Ω, ajustándolas a los valores comerciales.
3.4.2.1 Circuito PCB del bloque inversor En la siguiente imagen se puede observar el footprint de los componentes que forman parte de la placa del circuito inversor. La placa del circuito estará soldada a una caja de dimensiones 60x60x23, a la cual le conectaremos los conectores BNC y SMA a cada costado, para así poder realizar las medidas en el osciloscopio y después conectarlo directamente al circuito controlador del diodo láser.
Fig. 3.13 Footprint del Bloque Inversor
En la siguiente imagen podemos observar el layout del nuestro circuito. El layout ha sido diseñado para el sustrato Rogers RO4003 de 1.5mm de espesor.
34 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas
Fig. 3.14 Layout del Bloque Inversor
3.5 Resultados obtenidos en las pruebas del laboratorio Los resultados prácticos obtenidos en el laboratorio han sido prometedores ya que hemos podido programar las corrientes necesarias para el correcto funcionamiento de nuestro diodo láser. En primer lugar hemos comprobado que el circuito inversor proporcionara las dos señales necesarias a la entrada del circuito del driver del diodo láser. En la siguiente imagen podemos observar las dos señales invertidas a la salida del bloque inversor. Se puede observar una ligera diferencia en los valores de amplitud, pero ello no ha influido en el correcto funcionamiento del bloque del driver del diodo láser.
Capítulo 3. Descripción y prototipo de prueba del driver 35
Fig. 3.15 Señal de salida del bloque inversor.
El primer ajuste que se realizó en el circuito del driver, ha sido el de la corriente de modulación, que siguiendo la Ecuación 3.9 hemos visto que ajustando la resistencia variable R_MODSET, hemos obtenido distintos niveles de amplitud en la señal de salida. La resistencia R_MODSET, es la que nos permite poder ajustar el nivel de corriente de modulación deseada. En la siguiente imagen podemos observar la señal de salida de nuestro circuito y junto a ella la amplitud que hemos obtenido variando dicho potenciómetro.
Fig. 3.16 Señal de salida 1.2Vpp Fig. 3.17 Señal de salida 2.2Vpp
mAVV
I ppoutputMOD 60
20
2.1
20
(3.12)
La corriente de polarización o de bias IBIAS que hemos podido medir desde el pin de monitorización RBC_MON, ha sido la siguiente.
36 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas
mAV
R
VI
MONBC
MONBCBIAS 8.25
493
)(159.08080
_
_
(3.13)
La corriente de monitor que hemos medido ajustando la resistencia variable RPC_MON, ha sido de:
mAV
R
VI
MONPC
MONPCMD 31.0
164
)(051.0
_
_ (3.14)
Como podemos observar el valor de la corriente de modulación que se ha establecido escogiendo un valor de 1.2Vpp de amplitud, es de 80mA que según las características eléctricas del diodo láser será la idónea para su funcionamiento. Todas las medidas y ajustes que se han mostrado, se han hecho teniendo en cuenta los valores que necesitaremos para hacer que nuestro diodo láser emita luz, estos valores están detallados en la Tabla 2.1 del Capítulo 2. En las siguientes tablas mostraremos los niveles de corrientes y tensiones mínimos y máximos obtenidos.
Tabla 3.10 Corriente de modulación
Salidas Ajustes VOUT IMOD
RMODSET (KΩ) 41.1 MIN 312.5mVpp 15mA RMODSET (KΩ) 1.4 MAX 2.2 Vpp 110mA
Tabla 3.11 Corriente de Polarización
Salidas Ajustes IBIAS
RAPCSET (KΩ) 40 MIN 2.6mA RAPCSET (Ω) 900 MAX 57.6mA
Capítulo 3. Descripción y prototipo de prueba del driver 37
Tabla 3.12 Corriente de Monitor
Salidas Ajustes IMD
RAPCSET (KΩ) 40 MIN 32.5µA RAPCSET (Ω) 900 MAX 0.72mA
En la siguiente imagen mostramos la totalidad de nuestro circuito.
Fig. 3.18 Circuito total: Bloque inversor + Circuito del Driver del diodo láser.
Capítulo4. Descripción y prototipo de prueba del driver 39
CAPÍTULO 4. DISEÑO DEL DRIVER PARA EL DIODO LÁSER.
En este capítulo describiremos el circuito empleado para la puesta en marcha del diodo láser. Este circuito básicamente se diferencia del anterior en que disponemos de un diodo láser (LD) cuyo cátodo está conectado a la salida de señal no invertida (OUT+), por donde circula la corriente de modulación, y a la salida de la corriente de polarización (BIAS), de nuestro driver. Estas salidas serán las que nos permitan poner en funcionamiento el láser, salidas que estarán siendo vigiladas desde los pines de control MODSET y APCSET. El ánodo del diodo laser por otra parte estará conectado a la alimentación de nuestro circuito, a fin de que la diferencia de voltaje permita a nuestro diodo emitir. En la siguiente figura podemos observar que el circuito de Control Automático de Potencia (APC), que es el que nos regula la corriente de monitor que entregamos al driver, se ha mantenido, puesto que las conexiones entre el diodo láser (LD) y fotodiodo (PD) de nuestro láser no nos permitían tenerlos por separado. Por ello, se ha optado por conectar únicamente el diodo laser al circuito del driver, manteniendo desconectado el fotodiodo. Con lo cual gracias al circuito APC de prueba, proveemos al driver la corriente de monitor que nos estaría proporcionando el fotodiodo si éste estuviera conectado. Otro de los cambios que se han hecho ha sido conectar a la salida una resistencia en serie muy pequeña, 10Ω, de tal forma que entre la combinación de ésta resistencia y la resistencia del diodo laser nos dé una equivalente del orden de 30Ω. La finalidad de esta resistencia de amortiguamiento es garantizar la integridad de la señal evitando posibles reflexiones, además de proporcionarnos una carga estable. Otra de las precauciones que se han tenido en cuenta ha sido conectar el pin de la corriente de polarización directamente al cátodo del diodo láser a través de una bobina, cuya función es evitarnos tener cualquier tipo de carga capacitiva, ya que de otra forma se degradaría el rendimiento de la salida óptica. Finalmente los potenciómetros de los pines de monitorización habrían podido sustituirse por resistencias fijas, pero no se ha optado por esta opción ya que
40 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas
nos interesaba poder regular el nivel de señal que se desarrolla a través de estos pines, para así poder observar el comportamiento del diodo láser.
Fig. 4.1 Esquema del circuito óptico del driver del diodo láser
VC
C
VC
C
VC
C
VC
C
2 31
4 11A
U2A
VC
C
VC
C
R_PC_MON
R_BC_MON
JU1
JU11
GS
D
Q3
D4
R_P
ull_
Up
R59
C34
C35
C24
C11 C
30
R_D
R56
R39
JU8
C_M
D
C14
R47
R65
R62
C_A
PC
R_A
PC
SET
R_M
OD
SET
C40
C38
C37 C33
IN+
IN-
Q6
B
E C
Q2
APCFILT220
MODSET22
APCSET21
MODBCOMP23
TH_TEMP24
APCFILT119
BC_MON 8
GND10
SHUTDOWM9
TX_FAULT 11
GND12
PC_MON7
VC
C2
IN-
4
IN+
3
VC
C5
TX
_DIS
AB
LE
6
MO
DT
CO
MP
1
VC
C14
OU
T+
16
OU
T-
15
VC
C17
MD
18
BIA
S13
U3
MA
X36
46
C22
C20
L3
+C
21
R_TH_TEMP
VC
C
GN
D
SMA
SMA
Circ
uito
de
Con
trol
Auto
mát
ico
de P
oten
cia
VC
C
L4
Ferr
ite b
eam
LD
C25
C31
VC
C
JP?
JP
PD
Capítulo4. Descripción y prototipo de prueba del driver 41
En la siguiente imagen observaremos el diseño final de la placa PBC donde hemos incluido nuestro diodo láser
Fig. 4.2 Layout del Circuito Óptico del Driver
4.1 Resultados prácticos obtenidos a partir del circuito definitivo
De los resultados prácticos obtenidos del circuito óptico, partiendo de los ajustes previos que se realizaron en el circuito eléctrico de prueba, se han podido realizar las siguientes medidas. Mediante las dos salidas de monitor, las cuales nos reflejan las corrientes de monitor y de polarización que se están entregando, hemos obtenido los siguientes datos. Corriente de fotodiodo medida en el pin de monitorización PC_MON:
mAV
R
VI
MONPC
MONPCMD 766.0
193
078.0
_
_
(4.1)
42 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas
La corriente de monitor teniendo en cuenta la Ecuación 3.2, del circuito de prueba APC, explicado en el apartado 3.4.1.1, hemos comprobado que tanto el nivel de corriente medido en el pin PC_MON como en el medido a través de la resistencia R47, Fig. 3.4, se corresponden uno con otro.
mAkR
VVI BIAScc
MD 72.02
86.13.3
47
(4.2)
Medido el nivel de corriente de monitor de fotodiodo a la entrada del pin MD del driver, hemos comprobado que el ajuste inicial de RAPCSET≈1KΩ, era suficiente para mantener la corriente de fotodiodo estable.
mAV
R
VI
APCSET
refMD 722.0
9002
3.1
2
(4.3)
La corriente de polarización medida en el pin de monitorización de la misma, BC_MON, ha sido la siguiente:
mAV
R
VI
MONBC
MONBCBIAS 84.36
76
)(035.08080
_
_
(4.4)
La corriente de modulación que medimos gracias a una sonda que nos permitía ver la señal de salida y que por consiguiente era la señal a la entrada del cátodo del diodo láser era de un valor máximo de 116mA Aplicamos la Ecuación (3.11) para calcular la corriente de modulación, la resistencia de 30Ω corresponde a la resistencia equivalente obtenida de la suma de la resistencia del diodo láser más la resistencia en serie a la salida del driver, RD =10Ω (Damping Resistor).
mAVV
I ppoutputMOD 116
30
5.3
30
(4.5)
Este valor de voltaje de salida estaba siendo controlado por la resistencia RMODSET. Otra medida que realizamos en este circuito óptico fue el de la corriente consumida por el circuito. Mediante un multímetro en serie con la entrada de la alimentación de nuestro circuito y la fuente de alimentación, obtuvimos que nuestro circuito consume una corriente igual a 310mA.
Capítulo4. Descripción y prototipo de prueba del driver 43
Fig. 4.3 Señal a la salida del circuito óptico
Teniendo en cuenta que el nivel de continua y el nivel de pipo a pico de la señal de salida del circuito óptico Fig. 4.3, hemos obtenido la siguiente aproximación.
BIASpp
AVG IV
V 2
(4.6)
En la validación óptica de nuestro transmisor, comprobamos si realmente estábamos llegando a los mínimos de potencia requerida, para ello nos hemos servido del medidor de potencia óptica media, modelo POM-300. Una vez realizadas y verificadas las medidas de corrientes que proporcionábamos al diodo láser, hemos conectado la fibra del diodo láser al medidor de potencia óptica, en él pudimos observar la potencia media que estábamos generando en función del nivel de la señal de modulación, la misma que estaba determinada según el valor del potenciómetro RMODSET que establecíamos. Para poder medir la potencia media generada, además del medidor óptico nos vimos en la necesidad de utilizar atenuadores, debido a que la máxima potencia que puede medir este instrumento es de 10mW y según nuestras expectativas nuestro diodo láser sería capaz de proporcionar hasta 15mW. Utilizamos tres atenuadores donde cada uno de ellos atenuaba 2dB, por lo que teniendo un factor de atenuación de 4, la potencia que se obtuviera en la pantalla del medidor debería seguir la siguiente ecuación.
44 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas
mWmWP
Pláserdiodo
TEÓRICAAVG875.1
24
15
24
_
_ (4.7)
Una vez conectada la fibra al medidor de potencia óptica media, pudimos comprobar que realmente nuestro diodo láser estaba funcionando correctamente y dentro de los márgenes de potencia previstos.
Tabla 4.1 Potencia óptica media según el nivel de la señal de salida.
VOUT PAVG (mW)
305mVpp 0.1
900mVpp 0.473
3.5Vpp 1.042
Teniendo en cuenta la ecuación 5.1 la potencia máxima que deberíamos haber sido capaces de generar es del orden de 1.8mW, que comparada a la potencia óptica que hemos llegado a obtener, podemos decir que nuestro circuito óptico ha permitido llegar a proporcionar una potencia óptica aceptable. En la siguiente imagen podemos observar la variación de la potencia óptica del diodo láser, canal 1, según la variación de la señal de entrada al cátodo del mismo, canal 2.
Fig. 4.4 Variación de la potencia óptica del diodo láser
Capítulo4. Descripción y prototipo de prueba del driver 45
Tabla 4.2 Características de las señales de la Figura 5.1
Canal 1 Canal 2 x 10
Escala 1V/div 100mV/div
Vpp 2.156 V 350 mV/div
Duty cycle DC 30.2% 37.2%
Periodo 40ns 40ns
Otra cálculo que realizamos fue la medida de la potencia de pico que teníamos en relación con el duty cycle (DC) de la señal óptica, canal 1 de la Fig. 4.4
max
max
P
P
P
EP
E
T
tDC AVG
AVG
p
p
(4.8)
Tabla 4.3 Definición de parámetros
Ep Energía por pulso
Pmax Potencia de Pico
PAVG Potencia media del láser
∆t Duración del pulso
T Periodo
mWmW
DC
PP AVG 45.3
302.0
042.1max (4.9)
Al margen de estos resultados satisfactorios, nos hemos encontrado con situaciones en las que por causa de un intento de llevar al máximo rendimiento a nuestro diodo láser, hemos llegado a un punto en el que no hemos conseguido obtener ningún resultado grato, debido a que el diodo láser ha dejado de comportarse como tal, para pasar a funcionar como un diodo Led.
Conclusiones 47
CONCLUSIONES El desarrollo del proyecto se ha centrado en el estudio del driver del diodo láser que disponíamos, con el objetivo de poder controlar las corrientes de salida, las mismas que le proporcionábamos al diodo láser. Una de las dificultades con las que nos hemos encontrado ha sido que en un primer momento disponíamos de un driver que no se correspondía con el encapsulado de nuestro diodo láser, lo cual impedía la utilización del fotodiodo monitor del mismo. Hemos desarrollado un circuito de prueba donde integramos un circuito de control automático de potencia que nos proporcionaba la corriente proveniente de ese fotodiodo del que no disponíamos, además para asegurarnos de los niveles máximos y mínimos que nuestro driver podía llegar a proporcionar probamos diversas combinaciones en las resistencias de control y de estabilización. Una de las particularidades de nuestro driver para su funcionamiento es la necesidad de dos señales, datos y datos negados. Actualmente se está desarrollando un modulador PPM con tecnología FPGA, que ya incluye esta funcionalidad. Dado que en la fecha de prueba del driver no se disponía de dicho circuito, fue necesario el desarrollo de un circuito capaz de proporcionarnos las dos señales necesarias a la entrada del driver, a partir de las señales generadas por un generador de funciones; a este circuito lo hemos llamado circuito inversor. En el apartado de los resultados de las pruebas en el laboratorio del circuito eléctrico, se muestran los valores que harán que el diodo láser trabaje dentro de sus límites, estos valores están constatados según las características proporcionadas por el fabricante del diodo láser empleado. El circuito donde integramos el diodo láser se diseñó a partir del de prueba, aquí pudimos comprobar que las medidas se han correspondido con los niveles requeridos para el funcionamiento del diodo láser, ya que pudimos medir niveles de potencia óptica propias de nuestro diodo.
Agradecimientos 49
AGRADECIMIENTOS Dedico estas líneas a aquellas personas que han estado a mi lado durante el desarrollo de este proyecto. Le agradezco al señor Joaquim Giner Nos, por haber tenido la paciencia suficiente de guiarme durante el desarrollo del diseño de las placas PCB. A Rubén Tardío López y a Albert Martón González, técnicos del laboratorio de microondas, encargados del montaje de los componentes de mis circuitos. A mi tutor del proyecto, Alejandro Rodríguez Gómez, ya que siempre he podido contar con él para resolver cualquier duda o dificultad en el desarrollo del proyecto. Finalmente quiero agradecer a mi familia y muy en especial a César por estar durante todo este tiempo a mi lado dándome ánimos para llegar hasta este punto. Gracias a todos.
Bibliografía 51
BIBLIOGRAFÍA [1] Torres Portero, M., & Torres Portero, M. Á. (2004). Diseño e ingeniería electrónica asistida con protel DXP. Madrid: Ra-Ma. [2] Optical Communication Downlink between a LEO satellite and a Optical Ground Station.doc [3] Maxim Integrated Products. (URL: http://www.maxim-ic.com/) [4] Data Sheet: “MAX3646: 155Mbps to 622Mbps SFF/SFP Laser Driver with Extinction Ratio Control -Maxim Integrated Products. [5] Design Note: “Choosing AC-Coupling Capacitors” – HFAN-01.1, Maxim Integrated Products, October, 2000 [6] Design Note: “Choosing the APC Loop Capacitors Used with MAX3735 / MAX3735A SFP Module Designs” – HFDN-23.0, Maxim Integrated Products,September, 2002 [7] Design Note: “Circuit Card Layout Considerations” – HFDN-7.2, Maxim Integrated Products, April, 2008 [8] Design Note: “Interfacing Maxim Laser Drivers with Laser Diodes” – HFDN-02.0, Maxim Integrated Products, May, 2000 [9] Photonic Products. (URL:http://www.photonic-products.com/) [10] Sony Laser Diode Guide http://www.photonic-products.com/techinfo/sony_tech/sony_databook.pdf [11] Qphotonics, LLC. (URL:http://www.qphotonics.com/) [12] High-Speed Board Layout Guidelines. (URL:http://www.altera.com/literature/an/an224.pdf)
ANEXOS TÍTULO DEL TFC: Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas para un satélite de baja orbita basado en un diodo laser TITULACIÓN: Ingeniería Técnica de Telecomunicaciones, especialidad Sistemas de Telecomunicación AUTOR: Tatiana Elizabeth Sánchez Sánchez DIRECTOR: Alejandro Rodríguez Gómez FECHA: 4 de Abril del 2010
Anexo I. Condiciones típicas de fallo 55
ANEXO I. CONDICIONES TÍPICAS DE FALLO
Anexo I. Condiciones típicas de fallo 56
Entre las típicas condiciones de fallo con las que nos podemos encontrar en el circuito del driver del diodo laser, y por las que se puede generar una señal de error, aparecen las siguientes opciones.
Tabla I.1 Señales de aviso de error.
1 Si alguno de los pines de entrada o salida están en cortocircuito a GND o VCC, y la corriente de polarización o la de corriente del monitor del fotodiodo excede el umbral programado.
2 End-of-life- (EOL) final de vida del diodo laser.
3 Cátodo del laser está conectado a tierra y la corriente del monitor del fotodiodo excede el umbral.
4 No hay alimentación para el lazo de Control Automático de Potencia (APC), porque una conexión está rota o porque hay un defecto en el monitor del fotodiodo, y la corriente de polarización excede su umbral.
En la siguiente tabla podremos observar los posibles errores que podrían provocar la emisión de una señal de error.
Tabla I.2 Respuesta de nuestro circuito a diversos únicos puntos de error.
PIN Respuesta a un corto a VCC Respuesta a un corto a masa
TX_DISABLE Las corrientes de modulación y de polarización estaría deshabilitadas
Salidas habilitadas
MD Se deshabilita la corriente de polarización, lo que produciría una señal de error
El circuito de control automático de potencia responde disminuyendo la corriente de polarización hasta darse una señal de error.
BIAS En este caso, el voltaje en directa del laser es 0V y no se emite luz.
Tenemos señal de error, por lo que con el circuito de SHUTDOWN deshabilitamos la corriente del laser.
PC_MON Tenemos señal de error No afecta a la potencia del laser
BC_MON Tenemos señal de error No afecta a la potencia del laser
MODSET No afecta a la potencia del laser Tenemos señal de error
APCSET No afecta a la potencia del laser Tenemos señal de error
Anexo II. Datasheet del diodo láser empleado 57
ANEXO II. DATASHEET DEL DIODO LÁSER EMPLEADO
datasheet
33.61
21.26
11.61
8.00approx
321
1
2
3
LD PD
The 300-0055-01 785nm Pigtailed LaserDiode Module comprises an infraredwavelength laser diode packaged in
a coaxial housing and FC-PC connector.
It provides 20.0mW (max), fibre outputpower when coupled to a 9/125µm fibre.
300-0055-01 785nm Pigtailed Laser Diode Module
Key features Infrared light λ = 785nm
Fibre output power 20.0mW
Coaxial pigtail
FC-PC connector
Built-in InGaAs monitor photodiode
Laser diode with multi-quantum well structure
Hermetically sealed active component
High reliability
Applications
Scientific equipment
Fault locators
785nm fibrepigtailed laserdiode module
www.photonic-products.com laser diode solutions
300-0055-01 Specifications
Absolute Maximum Ratings (Tc = 25oC)
ITEM SYMBOL VALUE UNIT
Fibre Output Power Pf 20 mW
LD Reverse Voltage VRLD 2 V
PD Reverse Voltage VRPD 30 V
Operating Temperature Topr -10, +60oC
Storage Temperature Tstg -40, +85oC
Optical & Electrical Characteristics All optical data refer to a coupled 9/125µm fibre, (Tc = 25oC).
ITEM SYMBOL MIN. TYP. MAX. UNIT TESTING CONDITION
Fibre Output Power Pf - 15.0 20.0 mW
Threshold Current Ith - 30 50 mA CW
Peak Wavelength λ 780 785 800 nm Pf=15mW
Operating Current Iop - 100 140 mA Pf=15mW
Operating Voltage Vop - 2.0 2.5 V Pf=15mW
PD Monitor Current Im 0.1 0.25 0.26 mA Pf=15mW
datasheet
PHOTONIC PRODUCTS UK LIMITEDSparrow Lane, Hatfield Broad Oak, Hertfordshire CM22 7BA UKTelephone: +44 (0) 1279 717170 E-mail: [email protected] PRODUCTS USATelephone: +1 714-841-1960 E-mail: [email protected] PRODUCTS GERMANYTelefon: +49 (0) 8142 / 669 8364 E-mail: [email protected]
778855nnmm ffiibbrree ppiiggttaaiilleedd llaasseerr ddiiooddee mmoodduullee
Issue A: 02/08
www.photonic-products.com laser diode solutions
WARNING:This laser device in operation produces visible and/or invisible laser radiation. Be sure to avoid direct exposure of humaneyes to beams emitted from the laser diodes. Even though they are barely visible and/or invisible to the human eye, they canbe extremely harmful. In particular, avoid looking directly into a laser diode or collimated beam along its optical axis when itis in operation. These devices are components to be used in producing a complete laser system. They do not emit radiationunless combined with other components by the end user.
NOTE: ESD precautions must be taken when handling this product.
Specifications subject to change without notice. E&OE
LLaasseerr SSaaffeettyyThe light emitted from these devices has been set in accordance with IEC60825. However, staring into the beam, whetherdirectly or indirectly, must be avoided. IEC60825 classifies laser products into three different categories depending on lightemitted, wavelength and eye safety.CLASS II“Caution”, visible laser light less than 1.0mW. Considered eye safe, normal exposure to this type of beam will not causepermanent damage to the retina.CLASS IIIR“Danger”, visible laser light between 1.0mW and 5.0mW. Considered eye safe with caution. Focusing of this light into the eyecould cause some damage.CLASS IIIB“Danger”, infrared (IR), and high power visible lasers considered dangerous to the retina if exposed.NB: It is important to note that while complying with the above classifications, unless otherwise stated, our laser diodeproducts are not certified and are designed solely for use in OEM products. The way in which the device is used in the finalproduct may alter its original design classification, and it is the responsibility of the OEM to ensure compliance with therelevant standards.
Anexo III. Datasheet del driver utilizado 61
ANEXO III. DATASHEET DEL DRIVER UTILIZADO
General DescriptionThe MAX3646 is a +3.3V laser driver designed for mul-t irate transceiver modules with data rates from155Mbps to 622Mbps. Lasers can be DC-coupled tothe MAX3646 for reduced component count and easeof multirate operation.
Laser extinction ratio control (ERC) combines the featuresof automatic power control (APC), modulation compensa-tion, and built-in thermal compensation. The APC loopmaintains constant average optical power. Modulationcompensation increases the modulation current in pro-portion to the bias current. These control loops, com-bined with thermal compensation, maintain a constantoptical extinction ratio over temperature and lifetime.
The MAX3646 accepts differential data input signals.The wide 5mA to 60mA (up to 85mA AC-coupled) mod-ulation current range and up to 100mA bias currentrange, make the MAX3646 ideal for driving FP/DFBlasers in fiber optic modules. External resistors set therequired laser current levels. The MAX3646 providestransmit disable control (TX_DISABLE), single-pointfault tolerance, bias-current monitoring, and photocur-rent monitoring. The device also offers a latched failureoutput (TX_FAULT) to indicate faults, such as when theAPC loop is no longer able to maintain the averageoptical power at the required level. The MAX3646 iscompliant with the SFF-8472 transmitter diagnostic andSFP MSA timing requirements.
The MAX3646 is offered in a 4mm x 4mm, 24-pin thinQFN package and operates over the extended -40°C to+85°C temperature range.
ApplicationsMultirate OC-3 to OC-12 FEC Transceivers
125Mbps Ethernet SFP, GBIC, and 1 x 9Transceivers
Features♦ Single +3.3V Power Supply
♦ 47mA Power-Supply Current
♦ 85mA Modulation Current
♦ 100mA Bias Current
♦ Automatic Power Control (APC)
♦ Modulation Compensation
♦ On-Chip Temperature Compensation
♦ Self-Biased Inputs for AC-Coupling
♦ Ground-Referenced Current Monitors
♦ Laser Shutdown and Alarm Outputs
♦ Enable Control and Laser Safety Feature
MA
X3
64
6
155Mbps to 622Mbps SFF/SFP Laser Driver with Extinction Ratio Control
________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1
Ordering Information
19-3161; Rev 1; 7/04
For pricing, delivery, and ordering information, please contact Maxim Direct at 1-888-629-4642,or visit Maxim’s website at www.maxim-ic.com.
EVALUATION KIT
AVAILABLE
PART TEMP RANGE PIN-PACKAGE
MAX3646ETG -40°C to +85°C 24 Thin QFN-EP*
MAX3646ETG+ -40°C to +85°C 24 Thin QFN-EP*
BIAS
APCF
ILT2
VCC
VCC
TX_DISABLE
MODTCOMP
TH_T
EMP
OUT+
APCF
ILT1
SHUT
DOW
N
GND
BC_M
ON
TX_F
AULT
GND
VCC
VCC
MD
MOD
SET
APCS
ET
1
2
3
4
5
6
7 8 9 10 11 12
24 23 22 21 20 19
13
14
15
16
17
18
TOP VIEW
*THE EXPOSED PADDLE MUST BE SOLDERED TO SUPPLYGROUND ON THE CIRCUIT BOARD.
IN+
IN-
PC_M
ON
OUT-
MOD
BCOM
P
MAX3646
*EP
Pin Configuration
Typical Application Circuit appears at end of data sheet.
+Denotes a lead-free/RoHS-compliant package.*EP = Exposed pad.
MA
X3
64
6
155Mbps to 622Mbps SFF/SFP Laser Driver with Extinction Ratio Control
2 _______________________________________________________________________________________
ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS
ELECTRICAL CHARACTERISTICS(VCC = +2.97V to +3.63V, TA = -40°C to +85°C. Typical values are at VCC = +3.3V, IBIAS = 60mA, IMOD = 60mA, TA = +25°C, unlessotherwise noted.) (Notes 1, 2)
Stresses beyond those listed under “Absolute Maximum Ratings” may cause permanent damage to the device. These are stress ratings only, and functionaloperation of the device at these or any other conditions beyond those indicated in the operational sections of the specifications is not implied. Exposure toabsolute maximum rating conditions for extended periods may affect device reliability.
Supply Voltage VCC...............................................-0.5V to +6.0VIN+, IN-, TX_DISABLE, TX_FAULT, SHUTDOWN,
BC_MON, PC_MON, APCFILT1, APCFILT2, MD, TH_TEMP, MODTCOMP, MODBCOMP, MODSET, and APCSET Voltage.............-0.5V to (VCC + 0.5V)
OUT+, OUT-, BIAS Current.............................-20mA to +150mAContinuous Power Dissipation (TA = +85°C)
24-Pin TQFN (derate 20.8mW/°C above +85°C) .......1805mWOperating Junction Temperature Range...........-55°C to +150°CStorage Temperature Range .............................-55°C to +150°C
PARAMETER SYMBOL CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS
POWER SUPPLY
Supply Current ICC (Note 3) 47 60 mA
Power-Supply Noise Rejection PSNR f ≤ 1MHz, 100mAP-P (Note 4) 33 dB
I/O SPECIFICATIONS
Differential Input Swing VID DC-coupled, Figure 1 0.2 2.4 VP-P
Common-Mode Input VCM 1.7VCC -VID / 4
V
LASER BIAS
Bias-Current-Setting Range 1 100 mA
Bias Off Current TX_DISABLE = high 0.1 mA
Bias-Current Monitor Ratio IBIAS / IBC_MON 68 79 95 mA/mA
LASER MODULATION
Modulation Current-SettingRange
IMOD (Note 5) 5 85 mA
Output Edge Speed20% to 80%(Notes 6, 7)
5mA ≤ IMOD ≤ 85mA 100 200 ps
Output Overshoot/Undershoot (Note 7) (with 2pF between OUT+ and OUT-) ±6 %
Random Jitter (Notes 6, 7) 1.1 2.5 psRMS
622Mbps, 5mA ≤ IMOD ≤ 85mA 24 46Deterministic Jitter (Notes 6, 8)
155Mbps, 5mA ≤ IMOD ≤ 85mA 45 100psP-P
5mA ≤ IMOD ≤ 10mA ±175 ±600Modulation-Current TemperatureStability
(Note 6)10mA < IMOD ≤ 85mA ±125 ±480
ppm/°C
5mA ≤ IMOD ≤ 10mA ±20Modulation-Current-Setting Error
15Ω load,TA = +25°C 10mA < IMOD ≤ 85mA ±15
%
Modulation Off Current TX_DISABLE = high 0.1 mA
AUTOMATIC POWER AND EXTINCTION RATIO CONTROLS
Monitor-Diode Input CurrentRange
IMD Average current into the MD pin 18 1500 µA
MD Pin Voltage 1.4 V
MD Current Monitor Ratio IMD / IPC_MON 0.85 0.93 1.15 mA/mA
MA
X3
64
6
155Mbps to 622Mbps SFF/SFP Laser Driver with Extinction Ratio Control
_______________________________________________________________________________________ 3
Note 1: AC characterization is performed using the circuit in Figure 2 using a PRBS 223 - 1 or equivalent pattern.Note 2: Specifications at -40°C are guaranteed by design and characterization.Note 3: Excluding IBIAS and IMOD. Input data is AC-coupled. TX_FAULT open, SHUTDOWN open.Note 4: Power-supply noise rejection (PSNR) = 20log10(Vnoise (on VCC) / ΔVOUT). VOUT is the voltage across the 15Ω load when IN+
is high.Note 5: The minimum required voltage at the OUT+ and OUT- pins is +0.75V.Note 6: Guaranteed by design and characterization.Note 7: Tested with 00001111 pattern at 622Mbps.Note 8: DJ includes pulse-width distortion (PWD).
PARAMETER SYMBOL CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS
APC Loop Time Constant CAPC_FILT = 0.01µF, ΔIMD / ΔIBIAS = 1/70 3.3 µs
APC Setting Stability (Note 6) ±100 ±480 ppm/°C
APC Setting Accuracy TA = +25°C ±15 %
IMOD Compensation-SettingRange by Bias
K K = ΔIMOD / ΔIBIAS 0 1.5 mA/mA
IMOD Compensation-SettingRange by Temperature
TC TC = ΔIMOD / ΔT (Note 6) 0 1.0 mA/°C
Threshold-Setting Range forTemperature Compensation
TTH (Note 6) +10 +60 °C
LASER SAFETY AND CONTROL
Bias and Modulation Turn-OffDelay
CAPC_FILT = 0.01µF, ΔIMD / ΔIBIAS = 1/80(Note 6)
5 µs
Bias and Modulation Turn-OnDelay
CAPC_FILT = 0.01µF, ΔIMD / ΔIBIAS = 1/80(Note 6)
600 µs
Threshold Voltage at Monitor Pins VREF Figure 5 1.14 1.3 1.39 V
INTERFACE SIGNALS
TX_DISABLE Input High VHI 2.0 V
TX_DISABLE Input Low VLO RPULL = 45kΩ (typical) 0.8 V
VHI = VCC 15TX_DISABLE Input Current
VLO = GND -70 -140µA
TX_FAULT Output Low Sinking 1mA, open collector 0.4 V
Shutdown Output High Sourcing 100µA VCC - 0.4 V
Shutdown Output Low Sinking 100µA 0.4 V
ELECTRICAL CHARACTERISTICS (continued)(VCC = +2.97V to +3.63V, TA = -40°C to +85°C. Typical values are at VCC = +3.3V, IBIAS = 60mA, IMOD = 60mA, TA = +25°C, unlessotherwise noted.) (Notes 1, 2)
MA
X3
64
6
155Mbps to 622Mbps SFF/SFP Laser Driver with Extinction Ratio Control
4 _______________________________________________________________________________________
Typical Operating Characteristics(VCC = +3.3V, CAPC = 0.01µF, IBIAS = 20mA, IMOD = 30mA, TA = +25°C, unless otherwise noted.)
OPTICAL EYE DIAGRAM(622.08Mbps, 27 - 1 PRBS, 467MHz FILTER)
MAX3646 toc01
270ps/div
1310nm FP LASERre = 8.2dB
OPTICAL EYE DIAGRAM(155Mbps, 27 - 1 PRBS, 117MHz FILTER)
MAX3646 toc02
1ns/div
1310nm FP LASERre = 8.2dB
ELECTRICAL EYE DIAGRAM(IMOD = 30mA, 622.08MHz, 27 - 1 PRBS)
MAX3646 toc03
320ps/div
75mV/div
2pF BETWEEN OUT+AND OUT-
SUPPLY CURRENT (ICC) vs. TEMPERATURE(EXCLUDES BIAS AND MODULATION CURRENTS)
MAX
3646
toc0
4
TEMPERATURE (°C)
SUPP
LY C
URRE
NT (m
A)
80706050403020100-10-20-30
35
40
45
50
55
60
30-40 90
3.63V
2.97V3.3V
BIAS-CURRENT MONITOR RATIOvs. TEMPERATURE
MAX
3646
toc0
5
TEMPERATURE (°C)
I BIA
S/I B
C_M
ON (m
A/m
A)
807050 60-10 0 10 20 30 40-30 -20
72
74
76
78
80
82
84
86
88
90
70-40 90
PHOTOCURRENT MONITOR RATIOvs. TEMPERATURE
MAX
3646
toc0
6
TEMPERATURE (°C)
I MD/
I PC_
MON
(mA/
mA)
807050 60-10 0 10 20 30 40-30 -20
0.85
0.90
0.95
1.00
1.05
1.10
1.15
1.20
0.80-40 90
MODULATION CURRENT vs. RMODSET
MAX
3646
toc0
7
RMODSET (kΩ)
I MOD
(mA)
10
10
20
30
40
50
60
70
80
90
01 100
PHOTODIODE CURRENT vs. RAPCSET
MAX
3646
toc0
8
RAPCSET (kΩ)
I MD
(mA)
101
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
00.1 100
DETERMINISTIC JITTER vs.MODULATION CURRENT
MAX
3646
toc0
9
IMOD (mA)
DJ (p
s P-P
)
807050 6020 30 4010
30
40
50
60
70
80
90
100
200 90
155mbps
MA
X3
64
6
155Mbps to 622Mbps SFF/SFP Laser Driver with Extinction Ratio Control
_______________________________________________________________________________________ 5
Typical Operating Characteristics (continued)(VCC = +3.3V, CAPC = 0.01µF, IBIAS = 20mA, IMOD = 30mA, TA = +25°C, unless otherwise noted.)
RANDOM JITTER vs.MODULATION CURRENT
MAX
3646
toc1
0
IMOD (mA)
RJ (p
s RM
S)
807050 6020 30 4010
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
00 90
COMPENSATION (K) vs. RMODBCOMP
MAX
3646
toc1
1
RMODBCOMP (kΩ)
K (m
A/m
A)
1010.10.01
0.1
1
10
0.010.001 100
TEMPERATURE COMPENSATION vs.RTH_TEMP (RMODTCOMP = 500Ω)
MAX
3646
toc1
2
TEMPERATURE (°C)
I MOD
(mA)
80706050403020100
40
50
60
70
80
90
100
30-10 90
RTH_TEMP = 12kΩ
RTH_TEMP = 7kΩ
RTH_TEMP = 4kΩ
RTH_TEMP = 2kΩ
TEMPERATURE COMPENSATION vs.RTH_TEMP (RMODTCOMP = 10kΩ)
MAX
3646
toc1
3
TEMPERATURE (°C)
I MOD
(mA)
80706050403020100
32
34
36
38
40
42
44
30-10 10090
RTH_TEMP = 12kΩ
RTH_TEMP = 7kΩ
RTH_TEMP = 4kΩ
RTH_TEMP = 2kΩ
HOT PLUG WITH TX_DISABLE LOWMAX3646 toc14
20ms/div
VCC
FAULT
TX_DISABLE
LASEROUTPUT
0V
3.3V
t_init = 59.6ms
LOW
LOW
TRANSMITTER ENABLEMAX3646 toc15
10μs/div
VCC
FAULT
TX_DISABLE
LASEROUTPUT
3.3V
t_on = 23.8μs
LOW
HIGH
LOW
TRANSMITTER DISABLEMAX37646 toc16
20ns/div
VCC
FAULT
TX_DISABLE
LASEROUTPUT
3.3V
91.2ns
LOW
HIGH
LOW
RESPONSE TO FAULTMAX3646 toc17
400ns/div
VPC_MON
FAULT
TX_DISABLE
LASEROUTPUT
t_fault = 160ns
EXTERNALLYFORCED FAULT
FAULT RECOVERY TIMEMAX3646 toc18
40ms/div
VPC_MON
FAULT
TX_DISABLE
LASEROUTPUT
t_init = 58ms
EXTERNALLYFORCED FAULT
LOW
LOWLOW
HIGH
HIGH
MA
X3
64
6
155Mbps to 622Mbps SFF/SFP Laser Driver with Extinction Ratio Control
6 _______________________________________________________________________________________
PIN NAME FUNCTION
1 MODTCOMP Modulation-Current Compensation from Temperature. A resistor at this pin sets the temperature coefficient of the modulation current when above the threshold temperature. Leave open for zero temperature compensation.
2, 5, 14, 17 VCC +3.3V Supply Voltage
3 IN+ Noninverted Data Input
4 IN- Inverted Data Input
6 TX_DISABLE Transmitter Disable, TTL. Laser output is disabled when TX_DISABLE is asserted high or left unconnected. The laser output is enabled when this pin is asserted low.
7 PC_MON Photodiode-Current Monitor Output. Current out of this pin develops a ground-referenced voltage across an external resistor that is proportional to the monitor diode current.
8 BC_MON Bias-Current Monitor Output. Current out of this pin develops a ground-referenced voltage across an external resistor that is proportional to the bias current.
9 SHUTDOWN Shutdown Driver Output. Voltage output to control an external transistor for optional shutdown circuitry.
10, 12 GND Ground
11 TX_FAULT Open-Collector Transmit Fault Indicator (Table 1)
13 BIAS Laser Bias-Current Output
15 OUT- Inverted Modulation-Current Output. IMOD flows into this pin when input data is low.
16 OUT+ Noninverted Modulation-Current Output. IMOD flows into this pin when input data is high.
18 MD Monitor Photodiode Input. Connect this pin to the anode of a monitor photodiode. A capacitor to ground is required to filter the high-speed AC monitor photocurrent.
19 APCFILT1 Connect a capacitor (CAPC) between pin 19 (APCFILT1) and pin 20 (APCFILT2) to set the dominant pole of the APC feedback loop.
20 APCFILT2 (See Pin 19)
21 APCSET A resistor connected from this pin to ground sets the desired average optical power.
22 MODSET A resistor connected from this pin to ground sets the desired constant portion of the modulation current.
23 MODBCOMP Modulation-Current Compensation from Bias. Couples the bias current to the modulation current. Mirrors IBIAS through an external resistor. Leave open for zero-coupling.
24 TH_TEMP Threshold for Temperature Compensation. A resistor at this pin programs the temperature above which compensation is added to the modulation current.
— EP Exposed Pad. Solder the exposed pad to the circuit board ground for specified thermal and electrical performance.
Pin Description
Detailed DescriptionThe MAX3646 laser driver consists of three main parts:a high-speed modulation driver, biasing block withERC, and safety circuitry. The circuit design is opti-mized for high-speed, low-voltage (+3.3V) operation(Figure 4).
High-Speed Modulation DriverThe output stage is composed of a high-speed differ-ential pair and a programmable modulation currentsource. The MAX3646 is optimized for driving a 15Ωload. The minimum instantaneous voltage required atOUT- is 0.7V for modulation currents up to 60mA and0.75V for currents from 60mA to 85mA. Operationabove 60mA can be accomplished by AC-coupling orwith sufficient voltage at the laser to meet the driveroutput voltage requirement.
To interface with the laser diode, a damping resistor(RD) is required. The combined resistance damping
resistor and the equivalent series resistance (ESR) ofthe laser diode should equal 15Ω. To further dampaberrations caused by laser diode parasitic induc-tance, an RC shunt network may be necessary. Refer toApplication Note 274: HFAN-02.0: Interfacing MaximLaser Drivers with Laser Diodes for more information.
Any capacitive load at the cathode of a laser diodedegrades optical output performance. Because theBIAS output is directly connected to the laser cathode,minimize the parasitic capacitance associated with thepin by using an inductor to isolate the BIAS pin para-sitics form the laser cathode.
Extinction Ratio ControlThe extinction ratio (re) is the laser on-state powerdivided by the off-state power. Extinction ratio remainsconstant if peak-to-peak and average power are heldconstant:
re = (2PAVG + PP-P) / (2PAVG - PP-P)
MA
X3
64
6
155Mbps to 622Mbps SFF/SFP Laser Driver with Extinction Ratio Control
_______________________________________________________________________________________ 7
VIN+
VIN-
200mV (min)
2400mV (max)
100mV (min)
1200mV (max)
IMOD
VOLTAGE
CURRENT
TIME
SINGLE ENDED
DIFFERENTIAL(VIN+) - (VIN-)
IOUT+
Figure 1. Required Input Signal and Output Polarity
MAX3646
30Ω 30Ω
30Ω
75Ω 50Ω
OUT+
OUT-
VCC VCC
OSCILLOSCOPE
Z0 = 30Ω
Z0 = 30Ω Z0 = 50Ω
0.5pF
IOUT+
Figure 2. Test Circuit for Characterization
L11μH
C10.1μF
C30.1μF
C210μF
VOLTAGESUPPLY
SOURCENOISE OPTIONAL
OPTIONAL
FILTER DEFINED BY SFP MSAHOST BOARD MODULE
TO LASERDRIVER VCC
Figure 3. Supply Filter
MA
X3
64
6
Average power is regulated using APC, which keepsconstant current from a photodiode coupled to thelaser. Peak-to-peak power is maintained by compen-sating the modulation current for reduced slope effi-ciency (η) of laser over time and temperature:
PAVG = IMD/ρMON
PP-P = η x IMOD
Modulation compensation from bias increases the mod-ulation current by a user-selected proportion (K) neededto maintain peak-to-peak laser power as bias current
increases with temperature. Refer to Application Note1119: HFAN-02.2.1: Maintaining the Extinction Ratio ofOptical Transmitters Using K-Factor Control for details:
K = ΔIMOD / ΔIBIAS
This provides a first-order approximation of the currentincrease needed to maintain peak-to-peak power.Slope efficiency decreases more rapidly as tempera-ture increases. The MAX3646 provides additional tem-perature compensation as temperature increases pasta user-defined threshold (TTH).
155Mbps to 622Mbps SFF/SFP Laser Driver with Extinction Ratio Control
8 _______________________________________________________________________________________
MAX3646
IN+
IN-
OUT-
OUT+
INPUT BUFFER
DATAPATH
IMOD
VBG
RMODSET
MODSET
VBGRAPCSETAPCSET
IAPCSET
CAPC
APCFILT1 APCFILT2
IBIAS
BIAS
MD
VCC
IBIASENABLE
x1
TX_FAULT
TX_DISABLE
SAFETY LOGICAND
POWER DETECTOR
RBC_MON
BC_MON
VCC
RPC_MON
PC_MON
RD
VCC
IMDCMD
SHUTDOWN
SHUTDOWN
x268
RPULL = 45kΩ
T
xKxTC
T > TTH
IBIAS
IMODENABLE
x1/2
MODTCOMP
RMODTCOMP
TH_TEMP
RTH_TEMP
MODBCOMP
RMODBCOMP
IBIAS82
IMD1
Figure 4. Functional Diagram
MA
X3
64
6
155Mbps to 622Mbps SFF/SFP Laser Driver with Extinction Ratio Control
_______________________________________________________________________________________ 9
1If any of the I/O pins are shorted to GND or VCC (single-point failure; see Table 2), and the bias current or the photocurrentexceeds the programmed threshold.
2 End-of-life (EOL) condition of the laser diode. The bias current and/or the photocurrent exceed the programmed threshold.
3 Laser cathode is grounded and photocurrent exceeds the programming threshold.
4No feedback for the APC loop (broken interconnection, defective monitor photodiode), and the bias current exceeds theprogrammed threshold.
Table 1. Typical Fault Conditions
RBC_MON
BC_MON
VCC
VCCRPC_MON
PC_MON
COMP
VREF
VREF
TTLOPEN COLLECTOR
CMOS
SHUTDOWN
TX_FAULT
R
S
Q
RSLATCH
COUNTER60ms DELAY
POR AND COUNTER60ms DELAY
100ns DELAY IBIASENABLE
IMODENABLE
VCC
TX_DISABLE
COMP
EXCESSIVEAPC CURRENT
SETPOINT
EXCESSIVEMOD CURRENT
SETPOINT
IMD1
IBIAS82
Figure 5. Simplified Safety Circuit
MA
X3
64
6
155Mbps to 622Mbps SFF/SFP Laser Driver with Extinction Ratio Control
10 ______________________________________________________________________________________
PINCIRCUIT RESPONSE TO OVERVOLTATGE OR
SHORT TO VCC
CIRCUIT RESPONSE TO UNDERVOLTAGE ORSHORT TO GROUND
TX_FAULT Does not affect laser power. Does not affect laser power.
TX_DISABLE Modulation and bias currents are disabled. Normal condition for circuit operation.
IN+The optical average power increases and a fault occursif VPC_MON exceeds the threshold. The APC loopresponds by decreasing the bias current.
The optical average power decreases and the APC loopresponds by increasing the bias current. A fault stateoccurs if VBC_MON exceeds the threshold voltage.
IN-The optical average power decreases and the APC loopresponds by increasing the bias current. A fault stateoccurs if VBC_MON exceeds the threshold voltage.
The optical average power increases and a fault occursif VPC_MON exceeds the threshold. The APC loopresponds by decreasing the bias current.
MD This disables bias current. A fault state occurs.The APC circuit responds by increasing the bias currentuntil a fault is detected, then a fault* state occurs.
SHUTDOWNDoes not affect laser power. If the shutdown circuitry isused, the laser current is disabled.
Does not affect laser power.
BIASIn this condition, the laser forward voltage is 0V and nolight is emitted.
Fault state* occurs. If the shutdown circuitry is used, thelaser current is disabled.
OUT+The APC circuit responds by increasing the bias currentuntil a fault is detected, then a fault state* occurs.
Fault state* occurs. If the shutdown circuitry is used, thelaser current is disabled.
OUT- Does not affect laser power. Does not affect laser power.
PC_MON Fault state* occurs. Does not affect laser power.
BC_MON Fault state* occurs. Does not affect laser power.
APCFILT1IBIAS increases until VBC_MON exceeds the thresholdvoltage.
IBIAS increases until VBC_MON exceeds the thresholdvoltage.
APCFILT2IBIAS increases until VBC_MON exceeds the thresholdvoltage.
IBIAS increases until VBC_MON exceeds the thresholdvoltage.
MODSET Does not affect laser power. Fault state* occurs.
APCSET Does not affect laser power. Fault state* occurs.
Table 2. Circuit Responses to Various Single-Point Faults
*A fault state asserts the TX_FAULT pin, disables the modulation and bias currents, and asserts the SHUTDOWN pin.
Safety CircuitryThe safety circuitry contains a disable input (TX_DISABLE), a latched fault output (TX_FAULT), andfault detectors (Figure 5). This circuitry monitors theoperation of the laser driver and forces a shutdown if afault is detected (Table 1). The TX_FAULT pin shouldbe pulled high with a 4.7kΩ to 10kΩ resistor to VCC asrequired by the SFP MSA. A single-point fault can be ashort to VCC or GND. See Table 2 to view the circuitresponse to various single-point failure. The transmitfault condition is latched until reset by a toggle orTX_DISABLE or VCC. The laser driver offers redundantlaser diode shutdown through the optional shutdowncircuitry as shown in the Typical Application Circuit.This shutdown transistor prevents a single-point fault atthe laser from creating an unsafe condition.
Safety Circuitry Current MonitorsThe MAX3646 features monitors (BC_MON, PC_MON)for bias current (IBIAS) and photocurrent (IMD). Themonitors are realized by mirroring a fraction of the cur-rents and developing voltages across external resistorsconnected to ground. Voltages greater than VREF atPC_MON or BC_MON result in a fault state. For exam-ple, connecting a 100Ω resistor to ground at each mon-itor output gives the following relationships:
VBC_MON = (IBIAS / 82) x 100ΩVPC_MON = IMD x 100Ω
External sense resistors can be used for high-accuracymeasurement of bias and photodiode currents. On-chip
isolation resistors are included to reduce the number ofcomponents needed to implement this function.
Design ProcedureWhen designing a laser transmitter, the optical output isusually expressed in terms of average power andextinction ratio. Table 3 shows relationships that arehelpful in converting between the optical averagepower and the modulation current. These relationshipsare valid if the mark density and duty cycle of the opti-cal waveform are 50%.
For a desired laser average optical power (PAVG) andoptical extinction ratio (re), the required bias and modu-lation currents can be calculated using the equations inTable 3. Proper setting of these currents requiresknowledge of the laser to monitor transfer (ρMON) andslope efficiency (η).
Programming the Monitor-DiodeCurrent Set Point
The MAX3646 operates in APC mode at all times. Thebias current is automatically set so average laser poweris determined by the APCSET resistor:
PAVG = IMD / ρMON
The APCSET pin controls the set point for the monitordiode current. An internal current regulator establishesthe APCSET current in the same manner as the MODSET pin. See the IMD vs. RAPCSET graph in theTypical Operating Characteristics and select the valueof RAPCSET that corresponds to the required current at+25°C:
IMD = 1/2 x VREF / RACPSET
The laser driver automatically adjusts the bias to main-tain the constant average power. For DC-coupled laserdiodes:
IAVG = IBIAS + IMOD / 2
Programming the ModulationCurrent with Compensation
Determine the modulation current form the laser slopeefficiency:
IMOD = 2 x PAVG / η x (re - 1)/(re+ + 1)
The modulation current of the MAX3646 consists of astatic modulation current (IMODS), a current proportion-al to IBIAS, and a current proportional to temperature.The portion of IMOD set by MODSET is established byan internal current regulator, which maintains the refer-ence voltage of VREF across the external programmingresistor. See the IMOD vs. RMODSET graph in theTypical Operating Characteristics and select the value
MA
X3
64
6
155Mbps to 622Mbps SFF/SFP Laser Driver with Extinction Ratio Control
______________________________________________________________________________________ 11
PARAMETER SYMBOL RELATION
Average power PAVG PAVG = (P0 + P1) / 2
Extinction ratio re re = P1 / P0
Optical power of a one P1 P1 = 2PAVG x re / (re + 1)
Optical power of a zero P0 P0 = 2PAVG / (re + 1)
Optical amplitude PP-P PP-P = P1 - P0
Laser slope efficiency η η = PP-P / IMOD
Modulation current IMOD IMOD = PP-P / ηThreshold current ITH P0 at I ≥ ITH
Bias current(AC-coupled)
IBIAS IBIAS ≥ ITH + IMOD / 2
Laser to monitortransfer
ρMON IMD / PAVG
Table 3. Optical Power Relations
Note: Assuming a 50% average input duty cycle and markdensity.
MA
X3
64
6 of RMODSET that corresponds to the required current at +25°C:
IMOD = IMODS + K x IBIAS + IMODT
IMODS = 268 x VREF / RMODSET
IMODT = TC x (T - TTH) | T > TTH
IMODT = 0 | T < TTH
An external resistor at the MODBCOMP pin sets currentproportional to IBIAS. Open circuiting the MODBCOMPpin can turn off the interaction between IBIAS and IMOD:
K = 1700 / (1000 + RMODBCOMP) +10%
If IMOD must be increased from IMOD1 to IMOD2 tomaintain the extinction ratio at elevated temperatures,the required compensation factor is:
K = (IMOD2 - IMOD1) / (IBIAS2 - IBIAS1)
A threshold for additional temperature compensationcan be set with a programming resistor at theTH_TEMP pin:
TTH = -70°C + 1.45MΩ / (9.2kΩ + RTH_TEMP)°C +10%
The temperature coefficient of thermal compensationabove TTH is set by RMODTCOMP. Leaving the MODTCOMP pin open disables additional thermalcompensation:
TC = 1 / (0.5 + RMODTCOMP(kΩ)) mA/°C +10%
Current Compliance (IMOD ≤ 60mA), DC-Coupled
The minimum voltage at the OUT+ and OUT- pins is0.7V.
For:
VDIODE = Diode bias point voltage (1.2V typ)
RL = Diode bias point resistance (5Ω typ)
RD = Series matching resistor (20Ω typ)
For compliance:
VOUT+ = VCC - VDIODE - IMOD x (RD + RL) - IBIAS x RL ≥ 0.7V
Current Compliance (IMOD > 60mA), AC-Coupled
For applications requiring modulation current greaterthan 60mA, headroom is insufficient from proper opera-tion of the laser driver if the laser is DC-coupled. Toavoid this problem, the MAX3646’s modulation outputcan be AC-coupled to the cathode of a laser diode. Anexternal pullup inductor is necessary to DC-bias themodulation output at VCC. Such a configuration isolateslaser forward voltage from the output circuitry and allowsthe output at OUT+ to swing above and below the sup-ply voltage (VCC). When AC-coupled, the MAX3646modulation current can be programmed up to 85mA.Refer to Application Note 274: HFAN-02.0: Interfacing
155Mbps to 622Mbps SFF/SFP Laser Driver with Extinction Ratio Control
12 ______________________________________________________________________________________
VCC
VCC
VCC
0.11pF
0.7nHIN+
0.11pF
0.7nHIN-
PACKAGE
5kΩ
5kΩ
24kΩ
16kΩ
MAX3646
Figure 6. Simplified Input Structure
MAX3646
PACKAGE
0.7nH OUT-
0.7nH OUT+
0.11pF
0.11pF
VCC
Figure 7. Simplified Output Structure
Maxim Laser Drivers with Laser Diodes for more informa-tion on AC-coupling laser drivers to laser diodes.
For compliance:
VOUT+ = VCC - IMOD / 2 x (RD + RL) ≥ 0.75V
Determine CAPCThe APC loop filter capacitor (CAPC) must be selectedto balance the requirements for fast turn-on and mini-mal interaction with low frequencies in the data pattern.The low-frequency cutoff is:
CAPC(µF) ≅ 68 / (f3dB(kHz) x (η x ρMON)1.1
High-frequency noise can be filtered with an additionalcap, CMD, from the MD pin to ground:
CMD ≅ CAPC / 4
The MAX3646 is designed so turn-on time is faster than1ms for most laser gain values (η x ρMON). Choosing asmaller value of CAPC reduces turn-on time. Carefulbalance between turn-on time and low-frequency cutoffmay be needed at low data rates for some values oflaser gain.
Interface ModelsFigures 6 and 7 show simplified input and output cir-cuits for the MAX3646 laser driver. If dice are used,replace package parasitic elements with bondwire par-asitic elements.
Layout ConsiderationsTo minimize loss and crosstalk, keep the connectionsbetween the MAX3646 output and the laser diode asshort as possible. Use good high-frequency layout
techniques and multilayer boards with uninterruptedground plane to minimize EMI and crosstalk. Circuitboards should be made using low-loss dielectrics. Usecontrolled-impedance lines for data inputs, as well asthe module output.
Laser Safety and IEC 825Using the MAX3646 laser driver alone does not ensurethat a transmitter design is IEC 825 compliant. Theentire transmitter circuit and component selections mustbe considered. Each customer must determine the levelof fault tolerance required by their application, recogniz-ing that Maxim products are not designed or authorizedfor use as components in systems intended for surgicalimplant into the body, for applications intended to sup-port or sustain life, or for any other application where thefailure of a Maxim product could create a situationwhere personal injury or death may occur.
Exposed-Pad (EP) PackageThe exposed pad on the 24-pin QFN provides a very lowthermal resistance path for heat removal from the IC. Thepad is also electrical ground on the MAX3646 and shouldbe soldered to the circuit board ground for proper ther-mal and electrical performance. Refer to Application Note862: HFAN-08.1: Thermal Consideration of QFN andOther Exposed-Paddle Packages at www.maxim-ic.comfor additional information.
Chip InformationTRANSISTOR COUNT: 7884
PROCESSS: SiGe/BIPOLAR
MA
X3
64
6
155Mbps to 622Mbps SFF/SFP Laser Driver with Extinction Ratio Control
______________________________________________________________________________________ 13
MA
X3
64
6
155Mbps to 622Mbps SFF/SFP Laser Driver with Extinction Ratio Control
Maxim cannot assume responsibility for use of any circuitry other than circuitry entirely embodied in a Maxim product. No circuit patent licenses areimplied. Maxim reserves the right to change the circuitry and specifications without notice at any time.
14 ____________________Maxim Integrated Products, 120 San Gabriel Drive, Sunnyvale, CA 94086 408-737-7600
© 2004 Maxim Integrated Products is a registered trademark of Maxim Integrated Products.
MAX3646
IN+
IN-
REPRESENTS A CONTROLLED-IMPEDANCE TRANSMISSION LINE.
V CC
SHUT
DOW
N
+3.3V
OPTIONAL SHUTDOWNCIRCUITRY
+3.3V15Ω
10Ω
OUT-
OUT+
BIAS
MDBC
_MON
APCF
ILT1
APCF
ILT2
GND
APCS
ET
MOD
SET
TX_D
ISAB
LE
TX_F
AULT
+3.3V
CDR
CAPC
R PC_
MON
CMD
0.01μF
FERRITE BEAD
PC_M
ON
R BC_
MON
R MOD
SET
R APC
SET
MODBCOMP
MODTCOMP
TH_TEMPRTH_TEMP
RMODTCOMP
RMODBCOMP
0.1μF
0.1μF
Typical Application Circuit
PACKAGE TYPE PACKAGE CODE DOCUMENT NO.
24 TQFN-EP T2444-3 21-0139
Package InformationFor the latest package outline information and land patterns, go to www.maxim-ic.com/packages.
Anexo IV. Diodos láser consultados 77
ANEXO IV. DIODOS LÁSER
CONSULTADOS
data
shee
t Pigtailedlaser diode
module635nm
the Laser Diode specialists
123
7.5±0.2
12.7
±0.1
5
17.0
3.75
6.5 approx
4±0.2
2-2.5±0.2
7.50 max6.50 max4.00 max
31 max1000 min
1
2
3
PD LD
The 300-0073-00 635nm Pigtailed Laser Diode Module comprises a visiblewavelength laser diode packaged in a coaxial housing with mounting flange
and FC-PC connector.
It provides 8.0mW (max), fibre outputpower when coupled to a 9/125µm fibre.
300-0073-00 635nm Pigtailed Laser Diode Module
Key features Visible light λ = 635nm
Fibre output power 8.0mW
Coaxial pigtail with mounting flange
FC-PC connector
Built-in InGaAs monitor photodiode
Laser diode with multi-quantum well structure
Hermetically sealed active component
High reliability
Applications Fibre optic fault locators
Test equipment
data
shee
t
the Laser Diode specialistsIssue B:09/04
CLASS II“Caution”, visible laser light less than 1.0mW. Considered eye safe, normal exposure to this type of beam will not cause permanent damage to the retina.
CLASS IIIR“Danger”, visible laser light between 1.0mW and 5.0mW. Considered eye safe with caution. Focusing of this light into the eye could cause some damage.
CLASS IIIB“Danger”, infrared (IR), and high power visible lasers considered dangerous to the retina if exposed.
NB: It is important to note that while complying with the above classifications, unless otherwisestated, our laser diode products are not certified and are designed solely for use in OEM products.The way in which the device is used in the final product may alter its original design classification,and it is the responsibility of the OEM to ensure compliance with the relevant standards.
Laser SafetyThe light emitted from these devices has been set in accordance with IEC60825. However, staring into the beam, whether directly or indirectly, must be avoided. IEC60825 classifies laser products into three different categories depending on light emitted, wavelength and eye safety.
WARNING:This laser device in operation produces visible and/or invisible laser radiation. Be sure to avoid direct exposure of human eyes tobeams emitted from the laser diodes. Even though they are barely visible and/or invisible to the human eye, they can be extremelyharmful. In particular, avoid looking directly into a laser diode or collimated beam along its optical axis when it is in operation. Thesedevices are components to be used in producing a complete laser system. They do not emit radiation unless combined with othercomponents by the end user.
NOTE: ESD precautions must be taken when handling this product.
Specifications subject to change without notice. E&OE
300-0073-00 Specifications
Absolute Maximum Ratings (Tc = 25oC)
ITEM SYMBOL VALUE UNIT
Fibre Output Power Pf 8.0 mW
LD Reverse Voltage VRLD 2 V
PD Reverse Voltage VRPD 30 V
Operating Temperature Topr -10, +50oC
Storage Temperature Tstg -40, +85oC
Optical & Electrical Characteristics All optical data refer to a coupled 9/125µm fibre, (Tc = 25oC).
ITEM SYMBOL MIN. TYP. MAX. UNIT TESTING CONDITION
Fibre Output Power Pf 3.0 5.0 8.0 mW
Threshold Current Ith 30 45 65 mA CW
Peak Wavelength λ 635 639 642 nm Pf=5.0mW
Operating Current Iop - 95 130 mA Pf=5.0mW
Operating Voltage Vop - 2.3 2.8 V Pf=5.0mW
PD Monitor Current Im 0.05 0.15 0.25 mA Pf=5.0mW
Pigtailedlaser diode
module635nm
PHOTONIC PRODUCTS UK LIMITED
Pierce Williams, Sparrow Lane
Hatfield Broad Oak, Hertfordshire CM22 7BA, UK
Telephone: +44 (0) 1279 717170
Facsimile: +44 (0) 1279 717171
E-mail: [email protected]
www.photonic-products.com
PHOTONIC PRODUCTS USA
Telephone: +1 714-841-1960
E-mail: [email protected]
PHOTONIC PRODUCTS GERMANY
Telefon: +49 (0) 8142 / 669 8364
E-mail: [email protected]
www.photonic-products.com
Units°Ck?mWmAmA
V
mAnAnmnm
HI10600.14
FC/APC
Pin Connection
1 TE Cooler (+)
5 LD Anode (+)
7 PD Cathode (+)
8 PD Anode (-)
9 LD Cathode (-)
11 Thermistor
12 Thermistor
14 TE Cooler (-)
Fiber TypeNA
Connector
BOTTOM VIEW
QPHOTONICS, LLC 3830 Packard Road, Suite 280,Ann Arbor, MI 48108, USA
Phone: 734-477-0133Fax: 734-477-0166Email: [email protected] http://www.qphotonics.com
Parameter Value
MODEL QFBGLD-1060-10PART NUMBER 08.18.19
Internal TemperatureThermistor ResistanceOptical Output PowerThreshold CurrentOperating Current
Operating Voltage
Monitor CurrentMonitor Dark Current
55
1.47
0.130
2510.010.128
OperatorDate
1063.6<0.01
Center WavelengthSpectral Width
LIV Test Data
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 50 100
Iop, mAP
ow
er, m
W
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
Vo
p, V
Emission Spectrum
1030 1040 1050 1060 1070 1080 1090
Wavelength, nm
Lin
ear
Sca
le
CO
OLE
R
Optinal Test Report
55 mA
Temperature(C) Wavelength(nm) Resistance(K)20.19 1063.600 12.40620.31 1063.605 12.33720.42 1063.615 12.27620.53 1063.650 12.21520.61 1063.655 12.16920.82 1063.660 12.05520.92 1063.525 12.00121.02 1063.530 11.94821.14 1063.545 11.88721.32 1063.560 11.78821.45 1063.565 11.71921.64 1063.570 11.6221.75 1063.575 11.56621.85 1063.595 11.51321.95 1063.600 11.45222.06 1063.605 11.40622.27 1063.610 11.29922.38 1063.615 11.24622.59 1063.620 11.13922.78 1063.665 11.04722.88 1063.670 10.99423.09 1063.535 10.89523.18 1063.540 10.84923.26 1063.550 10.81123.41 1063.565 10.74223.49 1063.575 10.70423.70 1063.580 10.623.91 1063.580 10.50624.13 1063.585 10.40724.33 1063.590 10.315
OperatorDate
HI1060
FC/APC
QPHOTONICS, LLC
Operating Current
Fiber Type
Connector
3830 Packard Road, Suite 280,Ann Arbor, MI 48108, USA
Phone: 734-477-0133Fax: 734-477-0166Email: [email protected] http://www.qphotonics.com
MODELPART NUMBER
QFBGLD-1060-508.18.19
Wavelength Vs.Temperature
1063.50
1063.55
1063.60
1063.65
1063.70
20.0 21.0 22.0 23.0 24.0 25.0
Temperature, C
Wav
elen
gth
, nm
Units°Ck?mWmAmA
V
mAnAnmnm
SM8000.14
Pin Connection
1 TE Cooler (+)
5,10 LD Anode (+)
7 PD Cathode (+)
8 PD Anode (-)
9 LD Cathode (-)
11 Thermistor
12 Thermistor
14 TE Cooler (-)
Fiber TypeNA
Connector
BOTTOM VIEW
QPHOTONICS, LLC 3830 Packard Road, Suite 280,Ann Arbor, MI 48108, USA
Phone: 734-477-0133Fax: 734-477-0166Email: [email protected] http://www.qphotonics.com
Parameter Value
MODEL QFLD-790-10SPART NUMBER SAMPLE
Internal TemperatureThermistor ResistanceOptical Output PowerThreshold CurrentOperating Current
Operating Voltage
Monitor CurrentMonitor Dark Current
61
1.94
0.20
2510.010.128
OperatorDate
7951.06
Center WavelengthSpectral Width
LIV Test Data
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 20 40 60 80
Iop, mAP
ow
er, m
W
0
0.5
1
1.5
2
2.5
Vo
p, V
Emission Spectrum
770 780 790 800 810 820
Wavelength, nm
Line
ar S
cale
CO
OLE
R
Units°CkΩmWmAmAV
mAnAnmnm
SM8000.14
FC/APC
Pin Connection1 Thermistor2 Thermistor3 LD Cathode (-)4 PD Anode (-)5 PD Cathode (+)6 TE Cooler (+)7 TE Cooler (-)13 LD Anode (+)
AK10/26/2005
Fiber TypeNA
Connector
TOP VIEW
QPHOTONICS, LLC 1435 Crossways Blvd Ste: 101 Chesapeake, VA 23320 USA
Phone: 757-213-0560 FAX: 757-213-0563 E-mail: [email protected] http://www.qphotonics.com
Parameter Value
MODEL QFLD-775-10SBPART NUMBER SAMPLE
Internal TemperatureThermistor ResistanceOptical Output PowerThreshold CurrentOperating CurrentOperating VoltageMonitor CurrentMonitor Dark Current
1851.890.53
0
2510.010
100
OperatorDate
7750.16
Center WavelengthSpectral Width
LIV Test Data
0
2
4
6
8
10
12
14
0 100 200 300
Iop, mAPo
wer
, mW
0
0.5
1
1.5
2
2.5
Vop,
V
Emission Spectrum
770 772 774 776 778 780 782
Wavelength, nm
Line
ar S
cale
Units°Ck?mWmAmA
V
mAnAnmnm
SM8000.14
Pin Connection
1 TE Cooler (+)
2 Thermistor
3 PD Anode (-)
4 PD Cathode (+)
5 Thermistor
10 LD Anode (+)
11 LD Cathode (-)
14 TE Cooler (-)
OperatorDate
807.85
Center WavelengthSpectral Width
2510.01046
112
2
1.660
Operating Current
Operating Voltage
Monitor CurrentMonitor Dark Current
Internal TemperatureThermistor ResistanceOptical Output PowerThreshold Current
QPHOTONICS, LLC 3830 Packard Road, Suite 280,Ann Arbor, MI 48108, USA
Phone: 734-477-0133Fax: 734-477-0166Email: [email protected] http://www.qphotonics.com
Parameter Value
MODEL QFLD-808-10SBPART NUMBER 08.05.34
Fiber TypeNA
Connector
TOP VIEW
LIV Test Data
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 50 100 150 200
Iop, mAP
ow
er, m
W
0
0.5
1
1.5
2
2.5
Vo
p, V
Emission Spectrum
740 760 780 800 820 840
Wavelength, nm
Line
ar S
cale
EgismosDATASHEET 850nm Compact Laser Diode Modules Key featuresVisible light λ= 850nmOutput powers =20mW Package type=5.6mmΦHigh reliabilityApplicationsGeneral Purpose Infrared Red Laser Light SourceOptical Communication & Infrared Red Laser Module for Industry ApplicationMilitary Application & Optical Sensor Application of Engineering InstrumentsLaser Diode SolutionsSS-D6-6-855-20 is a MOCVD grown 850nm band laser diode.It's an attractive light source, with a typical light output power of CW 20mW . It's suitable for use as high reliability laser diode in a wide range of industrial application.
Electrical and Optical Characteristics at Tc=25Item Symbols Min. Typ. Max. Unit Condition
Optical Output Power
Po - 20 - mW -
Threshold Current
Ith 5 20 35 mA -
Operating Current
Iop 40 55 70 mA Po=20mW
Slope Efficiency
SE 0.4 0.5 0.9 mW/mA 10~20mW
Operating Voltage
Vop - 2.0 2.5 V Po=20mW
Peak Wavelength
λ p 845 855 865 nm Po=20mW
Beam Divergence
Θ// 7 9 12 deg Po=20mW
Θ25 32 40 deg Po=20mW
Beam AngleΘ//
- - ±2.0 deg Po=20mW
Θ- - ±3.0 deg Po=20mW
Monitor Current
Im 0.1 0.6 1.0 mA Po=20mW
Optical Distance
X, Y, Z - - ±60 μm
Astigmatism As - - 15 μm
egismoshttp://www.egismos.com
TEL:+1-888-3481454FAX:+1-604-4339864
E-Mail:[email protected]
EgismosDATASHEET Absolute Maximum Rating at Tc=25
Items Symbols Values UnitOptical Output Power Po 22 mW
Laser Diode Reverse Voltage
V 2 V
Photo Diode Reverse Volgate
V 30 V
Operating Temperature To -10~+60
Storage Temperature Ts -40~+85
Electrical Connection Package Type
P type (P,U,C)
M type (M,R)
N type (N,L,A)
egismoshttp://www.egismos.com
TEL:+1-888-3481454FAX:+1-604-4339864
E-Mail:[email protected]
Anexo V. Drivers de diodos láser consultados 87
ANEXO V. DRIVERS DE DIODOS LÁSER CONSULTADOS
General DescriptionThe MAX3273 is a compact, low-power laser driver forapplications up to 2.7Gbps. The device uses a single+3.3V supply and typically consumes 30mA. The biasand modulation current levels are programmed byexternal resistors. An automatic power-control (APC)loop is incorporated to maintain a constant averageoptical power over temperature and lifetime. The laserdriver is fabricated using Maxim’s in-house, second-generation SiGe process.
The MAX3273 accepts differential CML-compatibleclock and data input signals. Inputs are self-biased toallow AC-coupling. An input data-retiming latch can beenabled to reject input jitter if a clock signal is available.
The driver can provide bias current up to 100mA andmodulation current up to 60mAP-P with typical (20% to80%) edge speeds of 59ps. A failure-monitor output isprovided to indicate when the APC loop is unable tomaintain average optical power. The MAX3273 is avail-able in 4mm 4mm, 24-pin QFN and thin QFN pack-ages, as well as in die form.
ApplicationsSONET OC-48 and SDH STM-16Transmission Systems
Add/Drop Multiplexers
Digital Cross-Connects
2.5Gbps Optical Transmitters
Features♦ 30mA Power-Supply Current
♦ Single +3.3V Power Supply
♦ Up to 2.7Gbps (NRZ) Operation
♦ Automatic Average Power Control with FailureMonitor
♦ Programmable Modulation Current from 5mA to60mA
♦ Programmable Bias Current from 1mA to 100mA
♦ Typical Fall Time of 59ps
♦ Selectable Data Retiming Latch
♦ Complies with ANSI, ITU, and BellcoreSDH/SONET Specifications
MA
X3
27
3†
+3.3V, 2.5Gbps Low-Power Laser Driver
________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1
Ordering Information
19-2081; Rev 3; 2/07
For pricing, delivery, and ordering information, please contact Maxim/Dallas Direct! at 1-888-629-4642, or visit Maxim’s website at www.maxim-ic.com.
PART TEMP RANGE PIN-PACKAGE
PACKAGE CODE
MAX3273EGG -40°C to +85°C 24 QFN (4mm 4mm)
G2444-1
MAX3273ETG+ -40°C to +85°C 24 Thin QFN (4mm 4mm)
T2444-2
MAX3273E/D -40°C to +85°C Dice* —
†Covered by U.S. patent number 5,883,910.
Typical Application Circuit
DATA +
DATA -
CLK+
CLK-
2.5GbpsSERIALIZER WITH CLOCKGENERATION
100Ω
100Ω
DATA +
DATA -
CLK+
CLK-
VCC
V CC
EN
LATC
H
FAIL
APCF
ILT1
APCF
ILT2
GND
MOD
SET
BIAS
MAX
APCS
ET
OUT-
OUT+
BIAS
MD
0.01μFLP1
25ΩLP1
LP2
20Ω
0.056μF
REPRESENTS A CONTROLLED-IMPEDANCE TRANSMISSION LINE.
50Ω
50Ω
50Ω
50Ω
25Ω
VCC
500pF
MAX3273
Pin Configurations appear at end of data sheet.
*Dice are designed to operate from TA = -40°C to +85°C, butare tested and guaranteed at TA = +25°C only.+Denotes lead-free package.
General DescriptionThe MAX3643 burst-mode laser driver provides biasand modulation current drive for PON burst-mode ONTapplications. It is specifically designed for use with alow-cost external controller for the APC (and if desired,AMC) loop. A high-speed differential burst-enable inputenables the driver to switch the laser from a dark (out-put off) condition to full on-condition in less than 2ns.When BEN is inactive, typical modulation and bias cur-rents are 5μA each.
Laser modulation current can be set from 10mA to 85mAand bias current can be set from 1mA to 70mA using theMODSET and BIASSET inputs. A sample-and-hold circuitis provided to capture the monitor diode output duringshort PON bursts, if needed, and the BEN high-speedsignal is mirrored on an LVCMOS output to be used bythe controller operating the APC/AMC loop.
The MAX3643 burst-mode laser driver is packaged in a4mm x 4mm, 24-pin thin QFN package. It operates from -40°C to +85°C.
ApplicationsA/B/GPON ONT Modules up to 2.5Gbps
1.25Gbps IEEE EPON ONT Modules
Features♦ 10mA to 85mA Modulation Current
♦ 1mA to 70mA Bias Current
♦ Monitor Diode Sample and Hold
♦ 45ps Output Transition Time
♦ 2ns Turn-On/-Off Time
♦ Reference Voltage Generator
♦ LVPECL High-Speed Inputs (Data, Burst Enable)
MA
X3
64
3
155Mbps to 2.5Gbps Burst-Mode Laser Driver
________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1
PART TEMP RANGE PIN-PACKAGE
MAX3643ETG -40°C to +85°C 24 TQFN-EP*
MAX3643ETG+ -40°C to +85°C 24 TQFN-EP*
Ordering Information
OUT-VCC
FILTER+3.3V
OUT+10Ω
15Ω
+3.3V
0.1μF
24Ω27nH
10ΩBIAS+
15ΩVCC
RCOMP
CCOMP
START CONVERTANALOG OUT
ANALOG OUT
ANALOG IN
ANALOG IN
ANALOG INCONTINUOUSOPERATION
CONTROLLER
1kΩ
BIAS-
MDIN
MDOUT
GNDBENOUTBIASSETMODSET VBSETVMSET
3kΩ 1kΩ 1kΩ1kΩ
BCMONIMAX
EN
VREF
BEN-
BEN+
IN-
IN+
CONTROL
MAX3643
Typical Application Circuit
19-3848; Rev 1; 10/08
For pricing, delivery, and ordering information, please contact Maxim Direct at 1-888-629-4642,or visit Maxim’s website at www.maxim-ic.com.
EVALUATION KIT
AVAILABLE
+Denotes a lead-free/RoHS-compliant package.*EP = Exposed paddle.
Pin Configuration appears at end of data sheet.
General DescriptionThe MAX3656 is a burst-mode laser driver that oper-ates at data rates from 155Mbps up to 2.5Gbps. Thelaser driver accepts either positive-referenced emitter-coupled logic (PECL) or current-mode logic (CML) datainputs and provides bias and modulation current for thelaser diode. The device can switch the laser diode froma completely dark (off) condition to a full (on) condition(with proper bias and modulation currents) in less than2ns. The MAX3656 incorporates DC-coupling betweenlaser driver and laser diode and operates with a single-supply voltage as low as +3.0V.
A digital automatic power-control (APC) loop is providedto maintain the average optical power over the full tem-perature range and lifetime. The APC loop is functionalfor a minimum burst on-time of 576ns and minimumburst off-time of 96ns, with no limit on the maximumburst on- or off-time. A fail monitor is provided to indi-cate when the APC loop can no longer maintain theaverage power. The MAX3656 can be configured fornonburst-mode applications (continuous mode) by con-necting burst enable (BEN) high. For power saving, theMAX3656 provides enabling and disabling functionality.The modulation current can be set from 10mA to 85mAand the bias current can be set from 1mA to 70mA.
The MAX3656 is packaged in a small, 24-pin, 4mm
4mm thin QFN package and consumes only 132mW(typ), excluding bias and modulation currents.
ApplicationsFiber-to-the-Home (FTTH) and Fiber-to-the-Business (FTTB) Broadband Access Systems
Passive Optical Network (PON) Transmitters
APON, EPON, and GPON Upstream Transmitters
Features♦ Multirate Operation from 155Mbps to 2.5Gbps♦ Burst Enable/Disable Delay <2ns♦ Burst On-Time of 576ns to Infinity♦ Infinite Bias-Current Hold Time Between Bursts♦ DC-Coupled Operation with Single +3.3V Power
Supply♦ 40mA Typical Supply Current♦ Programmable Bias Current from 1mA to 70mA♦ Programmable Modulation Current from 10mA
to 85mA♦ Automatic Average Power Control with Failure
Monitor (No CAPC Capacitor Needed)♦ APC Loop Initialization ≤3 Bursts
MA
X3
65
6
155Mbps to 2.5Gbps Burst-ModeLaser Driver
________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1
VCC 1
2
3
4
5
6
7 8 9 10 11 12
13
14
15
16
17
18
192021222324
IN+
IN-
VCC
BEN+
BEN-
THIN QFN
GND
V CC
GND
LONG
B
BIAS-
BIAS+
VCC
OUT+
OUT-
VCC
GND
MD
V CC
BIAS
MAX
MOD
SET
APCS
ETTOP VIEW
**EXPOSED PAD IS CONNECTED TO GND
MAX3656
EN FAIL
Pin Configuration
SERIALDATA
SOURCE
IN+
IN-
BEN+
BEN-
V CC
100Ω
100Ω
OUT-
APCS
ET
MOD
SET
BIAS
MAX
EN GND
FAIL
LONG
B
OUT+
BIAS+
BIAS-
MD
MAX3656
BURSTCONTROL
VCC
VCC
VCC
Typical Application Circuit
19-2790; Rev 2; 10/04
For pricing, delivery, and ordering information, please contact Maxim/Dallas Direct! at 1-888-629-4642, or visit Maxim’s website at www.maxim-ic.com.
+ Denotes lead-free package.*Dice are designed to operate from TJ = -40°C to +120°C, butare only tested and guaranteed at TA = +25°C.**EP = Exposed pad.
Ordering Information
PART TEMP RANGE PIN-PACKAGE PKGCODE
MAX3656E/D — Dice* —
MAX3656ETG -40°C to +85°C 24 Thin QFN-EP** T2444-1
MAX3656ETG+ -40°C to +85°C 24 Thin QFN-EP** T2444-1
Functional Diagram appears at end of data sheet.
General DescriptionThe MAX3668 is a complete, +3.3V laser driver withautomatic power control (APC) circuitry for SDH/SONETapplications up to 622Mbps. It accepts differentialPECL inputs, provides bias and modulation currents,and operates over a temperature range of -40°C to+85°C.
An APC feedback loop is incorporated to maintain aconstant average optical power over temperature andlifetime. The wide modulation current range of 5mA to75mA and bias current of 1mA to 80mA are easy toprogram, making this product ideal for use in variousSDH/SONET applications.
The MAX3668 also provides enable control and a failure-monitor output to indicate when the APC loop is unableto maintain the average optical power. The MAX3668 isavailable in a 5mm 32-pin TQFP package as well as indice.
Applications622Mbps SDH/SONET Access Nodes
Laser Driver Transmitters
Section Regenerators
Features♦ Single +3.3V or +5.0V Operation
♦ 38mA Supply Current at +3.3V
♦ Programmable Modulation Current from 5mA to 75mA
♦ Programmable Bias Current from 1mA to 80mA
♦ Rise/Fall Time <200ps
♦ Automatic Average Power Control with FailureMonitor
♦ Complies with ANSI, ITU, and BellcoreSONET/SDH Specifications
♦ Enable Control
MA
X3
66
8†
+3.3V, 622Mbps SDH/SONETLaser Driver with Automatic Power Control
________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1
DATA+
BIAS
MAX
MOD
SET
APCS
ET
CAPC
FAIL
ENAB
LE
GND
MD
BIAS
OUT+
0.1μF
LASER
OUT-
CMD1000pF
RFILT20Ω
CFILT5pF
CD1.0μF
R+20Ω
R-6.3Ω
RD5Ω
FERRITEBEAD
VCC
DATA-PECL
+3.3V +3.3V
82Ω82Ω
130Ω130Ω
4:1SERIALIZER
WITHCLOCK GEN
MAX3693
MAX3668
Typical Operating Circuit
19-4799; Rev 4; 2/05
Ordering Information
Pin Configuration appears at end of data sheet.
Note: Dice are designed to operate over a -40°C to +140°Cjunction temperature (Tj) range, but are tested and guaranteedat TA = +25°C. *Contact factory for availability.+Denotes lead-free package.
†Covered by U.S. Patent numbers 5,802,089 and 5,883,910
For pricing, delivery, and ordering information, please contact Maxim/Dallas Direct! at 1-888-629-4642, or visit Maxim’s website at www.maxim-ic.com.
PART TEMP RANGE PIN-PACKAGE
MAX3668EHJ -40°C to +85°C 32 TQFP (5mm x 5mm)
MAX3668EHJ+ -40°C to +85°C 32 TQFP (5mm x 5mm)MAX3668E/D Note Dice*
General DescriptionThe MAX3669 is a complete, +3.3V laser driver with auto-matic power control (APC) circuitry for SDH/SONET appli-cations up to 622Mbps. It accepts differential PECLinputs, provides bias and modulation currents, and oper-ates over a temperature range from -40°C to +85°C.
An APC feedback loop is incorporated to maintain aconstant average optical power over temperature andlifetime. The wide modulation current range from 5mA to75mA and bias current of 1mA to 80mA are easy toprogram, making this product ideal for use in variousSDH/SONET applications. Two pins are provided tomonitor the current levels in the laser: BIASMON withcurrent proportional to laser bias current, and MODMONwith current proportional to laser modulation.
The MAX3669 also provides enable control and a failure-monitor output to indicate when the APC loop is unableto maintain the average optical power. The MAX3669 is available in 4mm x 4mm 24-pin thin QFN and 5mm x 5mm 32-pin TQFP packages as well as dice.
Applications622Mbps SDH/SONET Access Nodes
Laser Driver Transmitters
Section Regenerators
Features♦ +3.3V or +5.0V Single-Supply Operation♦ 40mA Supply Current at +3.3V♦ Programmable Bias Current from 1mA to 80mA♦ Programmable Modulation Current from
5mA to 75mA♦ Bias Current and Modulation Current Monitors♦ 200ps Rise/Fall Time♦ Automatic Average Power Control with Failure
Monitor♦ Complies with ANSI, ITU, and Bellcore
SONET/SDH Specifications♦ Enable Control
MA
X3
66
9
+3.3V, 622Mbps SDH/SONETLaser Driver with Current Monitors and APC
________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1
DATA+
BIAS
MAX
MOD
SET
APCS
ET
CAPC
FAIL
ENAB
LE
GND
MD
BIASBIASMON
MODMON
OUT+
0.1μF
LASER
OUT-
CMD100pF
RFILT20Ω
CFILT5pF
CD1μF
R+20Ω
R-6.3Ω
RD5Ω
FERRITEBEAD
VCC
DATA-PECL
+3.3V
+3.3V
+3.3V
84.5Ω84.5Ω
124Ω124Ω
4:1SERIALIZER
WITHCLOCK GEN
MAX3693
MAX3669
Typical Application Circuit
19-1575; Rev 5; 2/05
EVALUATION KIT
AVAILABLE
Ordering Information
Pin Configurations appear at end of data sheet.
For pricing, delivery, and ordering information, please contact Maxim/Dallas Direct! at 1-888-629-4642, or visit Maxim’s website at www.maxim-ic.com.
PART TEMP RANGE PIN-PACKAGE
MAX3669ETG -40°C to +85°C 24 Thi n Q FN * ( 4m m x 4m m )
MAX3669ETG+ -40°C to +85°C 24 Thi n Q FN * ( 4m m x 4m m )
MAX3669EHJ -40°C to +85°C 32 TQFP (5mm x 5mm)
MAX3669EHJ+ -40°C to +85°C 32 TQFP (5mm x 5mm)
MAX3669E/D (Note A) D i ce**
+Denotes lead-free package.Note A: Dice are designed to operate over a -40°C to +140°Cjunction temperature (Tj) range, but are tested and guaranteedat TA = +25°C.*Package Code: T2444-1.**Contact factory for availability.
General DescriptionThe MAX3735/MAX3735A are +3.3V laser drivers forSFP/SFF applications from 155Mbps up to 2.7Gbps.The devices accept differential input data and providebias and modulation currents for driving a laser. DC-coupling to the laser allows for multirate applicationsand reduces the number of external components. TheMAX3735/MAX3735A are fully compliant with the SFPMSA timing and the SFF-8472 transmit diagnosticrequirements.An automatic power-control (APC) feedback loop is incor-porated to maintain a constant average optical powerover temperature and lifetime. The wide modulation cur-rent range of 10mA to 60mA (up to 85mA AC-coupled)and bias current of 1mA to 100mA make this productideal for driving FP/DFB laser diodes in fiber-optic mod-ules. The resistor range for the laser current settings isoptimized to interface with the DS1858 SFP controller IC.The MAX3735/MAX3735A provide transmit-disable con-trol, a single-point latched transmit-failure monitor out-put, photocurrent monitoring, and bias-currentmonitoring to indicate when the APC loop is unable tomaintain the average optical power. The MAX3735Aalso features improved multirate operation.The MAX3735/MAX3735A come in package and dieform, and operate over the extended temperaturerange of -40°C to +85°C.
ApplicationsGigabit Ethernet SFP/SFF Transceiver Modules1G/2G Fibre Channel SFP/SFF Transceiver ModulesMultirate OC3 to OC48-FEC SFP/SFF TransceiverModules
Features♦ SFP Reference Design Available
♦ Fully Compliant with SFP and SFF-8472 MSAs
♦ Programmable Modulation Current from 10mA to60mA (DC-Coupled)
♦ Programmable Modulation Current from 10mA to85mA (AC-Coupled)
♦ Programmable Bias Current from 1mA to 100mA
♦ Edge Transition Times <51ps
♦ 27mA (typ) Power-Supply Current
♦ Multirate 155Mbps to 2.7Gbps Operation
♦ Automatic Average Power Control
♦ On-Chip Pullup Resistor for TX_DISABLE
♦ 24-Pin 4mm × 4mm QFN package
MA
X3
73
5/M
AX
37
35
A
2.7Gbps, Low-Power SFP Laser Drivers
________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1
Ordering Information
IN+
0.1μF
GND
MOD
SET
APCS
ET
APCF
ILT2
APCF
ILT1
SHUT
DOW
N
TX_F
AULT
TX_D
ISAB
LE
BC_M
ON
PC_M
ON MD
BIAS
OUT+OUT+
OUT-
OPTIONAL SHUTDOWNCIRCUITRY
V CC
IN-
REPRESENTS A CONTROLLED-IMPEDANCE TRANSMISSION LINE
SERDESMAX3735
MAX3735A
0.1μF
+3.3V
+3.3V
CMD
FERRITE BEAD
+3.3V
10
RBC_MON
RPC_MON
15 0.01μF
DS1858/DS1859CONTROLLER
IC CAPC
M0N2
M0N3
MON1
H1
H0
+3.3V
Typical Application Circuit
19-2529; Rev 2; 7/04
For pricing, delivery, and ordering information, please contact Maxim/Dallas Direct! at 1-888-629-4642, or visit Maxim’s website at www.maxim-ic.com.
*Dice are designed to operate from -40°C to +85°C, but aretested and guaranteed only at TA = +25°C.**EP = Exposed pad.+Denotes lead-free package.
PART TEMP RANGE PIN-PACKAGE
MAX3735E/D -40°C to +85°C Dice*
MAX3735ETG -40°C to +85°C 24 Thin QFN-EP**
MAX3735EGG -40°C to +85°C 24 QFN-EP**
MAX3735AETG -40°C to +85°C 24 Thin QFN-EP**
MAX3735AETG+ -40°C to +85°C 24 Thin QFN-EP**
Pin Configuration appears at end of data sheet.
EVALUATION KIT
AVAILABLE
General DescriptionThe MAX3736 is a compact, +3.3V multirate laser driverfor SFP/SFF applications up to 3.2Gbps. The deviceaccepts differential data and provides bias and modula-tion currents for driving a laser. DC-coupling to the laserallows for multirate applications, and reduces the num-ber of external components.
The wide 5mA to 60mA (85mA AC-coupled) modulationcurrent range and 1mA to 100mA bias current make theMAX3736 ideal for driving FP/DFB laser diodes in fiber-optic modules. The laser current setting can be con-trolled by a current DAC, a voltage DAC, or a resistor.Very low power dissipation, small package size, andreduced component count, make this part an ideal solu-tion for SFP-module applications.
The MAX3736 is available in dice or in a small 3mm x3mm, 16-pin thin QFN package. It operates over a -40°Cto +85°C temperature range.
ApplicationsGigabit Ethernet SFP/SFF Transceiver Modules
1G/2G Fibre-Channel SFP/SFF TransceiverModules
Multirate OC-3 to OC-48 FEC SFP/SFFTransceiver Modules
10G Ethernet LX-4 Modules
Features♦ Fully Compatible with SFP and SFF-8472
Specifications
♦ Programmable Modulation Current from 5mA to60mA (DC-Coupled)
♦ Programmable Modulation Current from 5mA to85mA (AC-Coupled)
♦ Programmable Bias Current from 1mA to 100mA
♦ 56ps Edge Transition Times
♦ 22mA (typ) Power-Supply Current
♦ Multirate Operation Up to 3.2Gbps
♦ On-Chip Pullup Resistor for DIS
♦ 16-Pin, 3mm × 3mm Thin QFN Package
MA
X3
73
6
3.2Gbps, Low-Power, Compact, SFP Laser Driver
________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1
Ordering Information
+3.3VSUPPLY FILTER
V CC
OUT-
OUT+
BIAS
BIAS
SET
MOD
SET
IN+
IN-
MOD-DEF1MOD-DEF2
TX_DISABLE LASER CONTROLLER
15Ω 56Ω
10Ω
8.2pF
0.01μF
FERRITEBEAD
0.1μF
0.1μF
GND
DIS
SERDES
HOST FILTER
VCC_RX
BC_M
ON
50Ω
50Ω
HOST BOARD SFP OPTICAL TRANSMITTER
MAX3736
Typical Application Circuit
19-3116; Rev 1; 2/06
For pricing, delivery, and ordering information, please contact Maxim/Dallas Direct! at 1-888-629-4642, or visit Maxim’s website at www.maxim-ic.com.
*Dice are designed to operate from -40°C to +85°C, but are test-ed and guaranteed only at TA = +25°C.+Denotes lead-free package.
PART TEMP RANGEPIN-PACKAGE
PKGCODE
MAX3736E/D -40°C to +85°C Dice* —
MAX3736ETE -40°C to +85°C 16 Thin QFN T1633-2
MAX3736ETE+ -40°C to +85°C 16 Thin QFN T1633-2
Pin Configuration appears at end of data sheet.
General DescriptionThe MAX3738 is a +3.3V laser driver designed for mul-t irate transceiver modules with data rates from155Mbps to 4.25Gbps. Lasers can be DC-coupled tothe MAX3738 for reduced component count and easeof multirate operation.
Laser extinction ratio control (ERC) combines the featuresof automatic power control (APC), modulation compensa-tion, and built-in thermal compensation. The APC loopmaintains constant average optical power. Modulationcompensation increases the modulation current in pro-portion to the bias current. These control loops, com-bined with thermal compensation, maintain a constantoptical extinction ratio over temperature and lifetime.
The MAX3738 accepts differential data input signals.The wide 5mA to 60mA (up to 85mA AC-coupled) mod-ulation current range and up to 100mA bias currentrange, make the MAX3738 ideal for driving FP/DFBlasers in fiber optic modules. External resistors set therequired laser current levels. The MAX3738 providestransmit disable control (TX_DISABLE), single-pointfault tolerance, bias-current monitoring, and photocur-rent monitoring. The device also offers a latched failureoutput (TX_FAULT) to indicate faults, such as when theAPC loop is no longer able to maintain the averageoptical power at the required level. The MAX3738 iscompliant with the SFF-8472 transmitter diagnostic andSFP MSA timing requirements.
The MAX3738 is offered in a 4mm x 4mm, 24-pin thinQFN package and operates over the extended -40°C to+85°C temperature range.
ApplicationsMultirate OC-3 to OC-48 FEC Transceivers
Gigabit Ethernet SFF/SFP and GBICTransceivers
1Gbps/2Gbps/4Gbps Fibre Channel SFF/SFPand GBIC Transceivers
Features♦ Single +3.3V Power Supply
♦ 47mA Power-Supply Current
♦ 85mA Modulation Current
♦ 100mA Bias Current
♦ Automatic Power Control (APC)
♦ Modulation Compensation
♦ On-Chip Temperature Compensation
♦ Self-Biased Inputs for AC-Coupling
♦ Ground-Referenced Current Monitors
♦ Laser Shutdown and Alarm Outputs
♦ Enable Control and Laser Safety Feature
MA
X3
73
8
155Mbps to 4.25Gbps SFF/SFP Laser Driverwith Extinction Ratio Control
________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1
Ordering Information
19-3162; Rev 2; 12/08
For pricing, delivery, and ordering information, please contact Maxim Direct at 1-888-629-4642,or visit Maxim’s website at www.maxim-ic.com.
EVALUATION KIT
AVAILABLE
PART TEMP RANGE PIN-PACKAGE
MAX3738ETG -40°C to 85°C 24 Thin QFN-EP*
MAX3738ETG+ -40°C to 85°C 24 Thin QFN-EP*
BIAS
APCF
ILT2
VCC
VCC
TX_DISABLE
MODTCOMP
TH_T
EMP
OUT+
APCF
ILT1
SHUT
DOW
N
GND
BC_M
ON
TX_F
AULT
GND
VCC
VCC
MD
MOD
SET
APCS
ET
1
2
3
4
5
6
7 8 9 10 11 12
24 23 22 21 20 19
13
14
15
16
17
18
TOP VIEW
*THE EXPOSED PADDLE MUST BE SOLDERED TO SUPPLYGROUND ON THE CIRCUIT BOARD.PIN1 INDICATED BY + ON LEAD-FREE PACKAGE.
IN+
IN-
PC_M
ON
OUT-
MOD
BCOM
P
MAX3738
*EP
Pin Configuration
Typical Application Circuit appears at end of data sheet.
+Denotes a lead(Pb)-free/RoHS-compliant package.*EP = Exposed pad.
________________General DescriptionThe MAX3766 is a complete, easy-to-program laser driver for fiber optic LAN transmitters, optimized foroperation at 622Mbps. It includes a laser modulator,automatic power control (APC), and a failure indicatorwith latched shutdown.
Laser modulation current can be programmed up to60mA at 622Mbps. A programmable modulation tem-perature coefficient can be used to keep the transmit-ted extinction ratio nearly constant over a widetemperature range. The modulator operates at datarates up to 1.25Gbps at reduced modulation current.APC circuitry uses feedback from the laser’s monitorphotodiode to adjust the laser bias current, producingconstant output power regardless of laser temperatureor age. The MAX3766 supports laser bias currents upto 80mA.
The MAX3766 provides extensive laser safety features,including a failure indicator with latched shutdown anda smooth start-up bias generator. These features helpensure that the transmitter output does not reach haz-ardous levels. The MAX3766 is available in a compact20-pin QSOP and dice.
________________________Applications
622Mbps ATM Transmitters
1.25Gbps Fiber Optic LAN Transmitters
1.25Gbps Ethernet Transmitters
____________________________Features♦ 60mA Modulation Current
♦ 80mA Bias Current
♦ 200ps Edge Speed
♦ Modulation-Current Temperature Compensation
♦ Automatic Power Control
♦ Laser-Fail Indicator with Latched Shutdown
♦ Smooth Laser Start-Up
MA
X3
76
6
622Mbps LAN/WAN Laser Driver withAutomatic Power Control and Safety Shutdown
________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1
19-1249; Rev 1; 11/04
EVALUATION KIT
AVAILABLE
Ordering Information
*Dice are designed to operate over this range, but are tested andguaranteed at TA = +25°C only. Contact factory for availability.+Denotes lead-free package.
Typical Application Circuits appear at end of data sheet.
Pin Configuration
20
19
18
17
16
15
14
13
1
2
3
4
5
6
7
8
REF1
POWERSET
MD
GNDOUTMOD
REF2
TC
BIASMAX
TOP VIEW
BIAS
OUT+
OUT-
VCCOUTGND
IN+
IN-
GND
12
11
9
10
FAIL
SAFETYENABLE
VCC
MAX3766
QSOP
For free samples & the latest literature: http://www.maxim-ic.com, or phone 1-800-998-8800.For small orders, phone 408-737-7600 ext. 3468.
PART TEMP RANGE PIN-PACKAGE
MAX3766EEP -40°C to +85°C 20 QSOP
MAX3766EEP+ -40°C to +85°C 20 QSOP
MAX3766E/D -40°C to +85°C Dice*
General DescriptionThe MAX3863 is designed for direct modulation of laserdiodes at data rates up to 2.7Gbps. An automaticpower-control (APC) loop is incorporated to maintain aconstant average optical power. Modulation compensa-tion is available to increase the modulation current inproportion to the bias current. The optical extinctionratio is then maintained over temperature and lifetime.
The laser driver can modulate laser diodes at ampli-tudes up to 80mA. Typical (20% to 80%) edge speedsare 50ps. The MAX3863 can supply a bias current upto 100mA. External resistors can set the laser outputlevels.
The MAX3863 includes adjustable pulse-width controlto minimize laser pulse-width distortion. The deviceoffers a failure monitor output to indicate when the APCloop is unable to maintain the average optical power.
The MAX3863 accepts differential CML clock and datainput signals with on-chip 50Ω termination resistors. If aclock signal is available, an input data-retiming latchcan be used to reject input pattern-dependent jitter.The laser driver is fabricated with Maxim’s in-housesecond-generation SiGe process.
ApplicationsSONET and SDH Transmission Systems
WDM Transmission Systems
3.2Gbps Data Communications
Add/Drop Multiplexers
Digital Cross-Connects
Section Regenerators
Long-Reach Optical Transmitters
Features♦ Single +3.3V Power Supply♦ 58mA Power-Supply Current ♦ Up to 2.7Gbps (NRZ) Operation♦ On-Chip Termination Resistors♦ Automatic Power Control (APC)♦ Compensation for Constant Extinction Ratio♦ Programmable Modulation Current Up to 80mA♦ Programmable Bias Current Up to 100mA♦ 50ps Typical Rise/Fall Time♦ Pulse-Width Adjustment Circuit♦ Selectable Data-Retiming Latch♦ Failure Detector♦ Mark-Density Monitor♦ Current Monitors♦ ESD Protection
MA
X3
86
3
2.7Gbps Laser Driver with ModulationCompensation
________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1
32 31 30 29 28 27 26
RTEN
EN BIAS
MAX
MOD
SET
MOD
COM
P
V CC
BIAS
MON
25M
ODM
ON
9 10 11 12 13 14 15 16
APCS
ET
APCF
ILT1
APCF
ILT2
PWC+
PWC- V C
C
MK+ MK-
17
18
19
20
21
22
23
FAIL
*THE EXPOSED PAD MUST BE SOLDERED TO GND ON THE CIRCUIT BOARD.
*EP
BIAS
VCC
MOD
MODN
VCC
MD
8
7
6
5
4
3
2
VCC
CLK-
CLK+
VCC
VCC
DATA-
DATA+
MAX3863
1VCC 24 MDMON
TOP VIEW
TQFN-EPQFN-EP
Pin Configuration
Ordering Information
19-2281; Rev 4; 11/08
For pricing, delivery, and ordering information, please contact Maxim Direct at 1-888-629-4642,or visit Maxim’s website at www.maxim-ic.com.
PART TEMP RANGE PIN-PACKAGE
MAX3863ETJ+ -40°C to +85°C 32 TQFN-EP*
MAX3863EGJ -40°C to +85°C 32 QFN-EP*
Covered by U.S. patent number 5,883,910. Other patentspending.
+Denotes a lead-free/RoHS-compliant package.*EP = Exposed pad.
General DescriptionThe MAX3869 is a complete, single +3.3V laser driverfor SDH/SONET applications up to 2.5Gbps. Thedevice accepts differential PECL data and clock inputsand provides bias and modulation currents for driving alaser. A synchronizing input latch can be used (if aclock signal is available) to reduce jitter.
An automatic power control (APC) feedback loop isincorporated to maintain a constant average opticalpower over temperature and lifetime. The wide modula-tion current range of 5mA to 60mA and bias current of1mA to 100mA are easy to program, making this prod-uct ideal for use in various SDH/SONET applications.
The MAX3869 also provides enable control, two currentmonitors that are directly proportional to the laser bias andmodulation currents, and a failure-monitor output to indi-cate when the APC loop is unable to maintain the averageoptical power. The MAX3869 is available in 32-pin TQFPand small 32-pin QFN packages as well as dice.
ApplicationsSONET/SDH Transmission Systems
Add/Drop Multiplexers
Digital Cross-Connects
Section Regenerators
2.5Gbps Optical Transmitters
Features♦ Single +3.3V or +5V Power Supply
♦ 64mA Supply Current at +3.3V
♦ Programmable Bias Current from 1mA to 100mA
♦ Programmable Modulation Current from 5mA to 60mA
♦ Bias Current and Modulation Current Monitors
♦ 87ps Rise/Fall Time
♦ Automatic Average Power Control with FailureMonitor
♦ Complies with ANSI, ITU, and BellcoreSDH/SONET Specifications
♦ Enable Control
*Exposed pad.**Package Code: G3255-1***Dice are designed to operate over this range, but are tested andguaranteed at TA = +25°C only. Contact factory for availability.+Denotes lead-free package.
Ordering Information
MA
X3
86
9
+3.3V, 2.5Gbps SDH/SONET Laser Driver with Current Monitors and APC
________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1
EVALUATION KIT
AVAILABLE
124Ω 124Ω
SERIALIZERWITH
CLOCK GEN.
124Ω
23Ω
LD25Ω
+3.3V+3.3V
0.056μF
0.01μF
BIASMON
MODMON
+3.3V
1000pF
BIAS
MAX
LATC
H
ENAB
LE
FAIL
MOD
SET
APCS
ET
APCF
ILT
CLK-
CLK+
DATA-
DATA+
FERRITEBEAD
OUT+
BIAS
MD
OUT-
CAPC
124Ω
84.5Ω 84.5Ω 84.5Ω84.5Ω
MAX3869
MAX3890
Typical Application Circuit
19-1570; Rev 4; 1/05
Pin Configuration appears at end of data sheet.
For pricing, delivery, and ordering information, please contact Maxim/Dallas Direct! at 1-888-629-4642, or visit Maxim’s website at www.maxim-ic.com.
PART TEMP RANGE PIN-PACKAGE
MAX3869EHJ -40°C to +85°C 32 TQFP-EP*
MAX3869EHJ+ -40°C to +85°C 32 TQFP-EP*
MAX3869EGJ -40°C to +85°C 32 QFN**
MAX3869E/D -40°C to +85°C Dice***
General DescriptionThe MAX3865 is designed for direct modulation of laserdiodes at data rates up to 2.5Gbps. It incorporates twofeedback loops, the automatic power-control (APC)loop and the automatic modulation-control (AMC) loop,to maintain constant average optical output and extinc-tion ratio over temperature and laser lifetime. Externalresistors or current output DACs may set the laser out-put levels. The driver can deliver up to100mA of laserbias current and up to 60mA laser modulation currentwith a typical (20% to 80%) edge speed of 84ps.
The MAX3865 accepts differential clock and data inputsignals with on-chip 50Ω termination resistors. The inputscan be configured for CML or other high-speed logic. Aninput data-retiming latch can be enabled to reject inputpattern-dependent jitter when a clock signal is available.The MAX3865 provides laser bias current and modulationcurrent monitors, as well as a failure detector, to indicatethe laser operating status. These features are all imple-mented on an 81mil 103mil die; the MAX3865 is alsoavailable as a 32-pin QFN package.
ApplicationsSONET/SDH Transmission Systems
Add/Drop Multiplexers
Digital Cross-Connects
Section Regenerators
2.5Gbps Optical Transmitters
Features♦ Single +3.3V or +5V Power Supply
♦ 68mA Supply Current
♦ Up to 2.5Gbps (NRZ) Operation
♦ Feedback Control for Constant Average Power
♦ Feedback Control for Constant Extinction Ratio
♦ Programmable Bias Current Up to 100mA
♦ Programmable Modulation Current Up to 60mA
♦ 84ps Rise/Fall Time
♦ Selectable Data Retiming Latch
♦ Bias and Modulation Current Monitors
♦ Failure Detector
♦ ESD Protection
MA
X3
86
5†
2.5Gbps Laser Driver with AutomaticModulation Control
________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1
Ordering Information
19-2212; Rev 2; 5/03
For pricing, delivery, and ordering information, please contact Maxim/Dallas Direct! at 1-888-629-4642, or visit Maxim’s website at www.maxim-ic.com.
Pin Configuration appears at end of data sheet.
PART TEMP RANGEPIN-PACKAGE
PKGCODE
MAX3865EGJ -40°C to +85°C 32 QFN G3255-I
MAX3865E/D -40°C to +85°C Dice* —
†Covered by U.S. Patent numbers 5,883,910, 5,850,409, and other patent pending.
*Dice are designed to operate from -40°C to +85°C , but are testedand guaranteed at TA = +25°C only. Contact factory for availability.
MAX3865MAX3892
50ΩDATA- DATA-
50ΩDATA+ DATA+
VDR
VCR
50ΩCLK+ CLK+
50ΩCLK- CLK-
2.5Gbps SERIALIZER
+3.3V
+3.3V200Ω 200Ω
+3.3V
LED
V CC
RTEN EN
0
EN1
BIAS
MON
MOD
MON FA
IL
RMODMAX RBIASMAX RAPCSET RAMCSET
GND
MOD
MAX
BIAS
MAX
APCS
ET
AMCS
ET
20Ω
+3.3V
20Ω
20Ω
0.056μF
0.056μF
15Ω
LASER
MODN
MODQ
BIASBIAS_X
MDMD_X
REPRESENTS A CONTROLLED-IMPEDANCETRANSMISSION LINE
LPLP
Typical Applications Circuit