激光二极管RC补偿网络的研究

【摘要】在光发射模块设计中，用激光驱动器驱动高速率的激光二极管发光是整个设计的核心，为优化光发射模块眼图的质量，对激光器的寄生参数模型进行分析，探讨激光器RC补偿的原理和方法。

【关键词】激光二极管；眼图；激光器RC补偿

1.引言

随着信息化的快速发展，人们的工作、生活、娱乐离不开网络，现如今无线网络盛行的同时，人们对有线网络的速度的要求也越来越高。现在的有线传输基本都采用光纤传输，光节点离我们越来越近。每个光节点上，都需要一个光收发模块，激光二极管这个模块中起到电信号转换成光信号用以传输。对于速度比较高的发射模块，我们选用半导体激光器来发光，常用的激光器有FP、DFB和VCSEL三种。因为不同型号的激光二极管，他的规格性能都不相同，因此对于不同型号的二极管，他的匹配网络也不相同。因此，在设计一个光发射器时，为了得到良好的光眼图，用RC网络来补偿由于激光二极管封装引起的寄生电感，本文简要分析这些寄生参数，重点讨论补偿方法和思路。

2.激光器RC补偿网络介绍

在设计一个光模块时，激光驱动器调制接口电路是整个设计的核心，眼图质量是衡量光收发模块发射机设计结果的重要指标。在满足相关应用的眼图模板要求之外，系统客户总是希望模块的发射眼图具有更高百分比的余量、更低的噪声和抖动。

设计需要的激光二极管都用封装好的TOSA，TOSA的金属打线和环氧金属接触导致寄生电感和寄生电容的产生，影响信号完整性的因素主要是寄生串联电感L和寄生并联电容C，如图1所示考虑寄生参数的激光二极管。基于这些寄生参数以及激光器非线性行为的影响，送入激光驱动器的阶跃信号经过激光器会产生失真。激光器以及外部元件的寄生电感和寄生电容会降低边沿速率，导致抖动增大，寄生电感有时还会引起高频振铃。为了减少由寄生电感所产生的高频电流信号，并联一个旁路RC匹配滤波网络来减轻或消除这种现象。在低速（155Mb/s以下）的情况下，电路不需要RC网络，只有在高速的情况下，才需要RC网络。

图1 激光二极管的寄生参数模型

3.RC补偿网络

对于MAX3656来说，他的调制输出最佳驱动负载RD为15Ω，它与激光二极管采用直流耦合的方式连接。将激光驱动器与激光二极管直流耦合接口电路调制输出OUT+支路进行交流等效，LD作为终端负载，RL为激光器的动态内阻，与流过其电流IL成反比关系，在线性工作区激光器RL一般为4～6Ω，当速率在几百几千兆以上时，考虑到激光二极管寄生电容的影响，则该时域等效电路如图2所示，频域等效电路如图3所示。

由电路理论可知：

1.1

1.2

由式1.1和1.2可得：

1.3

又因为：

1.4

1.5

故： 1.6

在速度很高的情况下，CL一般为及pF，故，所以，上式可化为：

1.7

由式1.7可得系统函数：

由1.8式可知，当时，H（jw）≈1，即当RF、C及信号频率满足以上条件是，该信号不失真。在实际的高速率信号电路设计中，RF的取值不大于100Ω，C的取值不大于10pF。

对于激光发射器来说，眼图的质量很正常，在我们设计一个光发射器时，会遇到很多的问题，如过冲，下冲或振铃等。在解决光信号的过冲、下冲等这些实际问题时，负载阻抗要基于时间常数做调整，根据它的上升时间以及过冲或欠冲幅度做调整，选择适当的RF来减缓过冲或下冲问题。

4.结论

激光驱动器驱动激光二极管发光，他们的接口电路很重要也很难上手，不同的激光二极管，他们的寄生参数也不相同，在实际的应用中，除了理论值，也要根据他们的实际问题去改善，偏置电流的大小要满足，上升时间组都，对于过冲或欠冲及振铃问题，改变RF，C的大小。

参考文献

[1]Application Note.Interfacing Maxim Laser Drivers with Laser Diodes[J].-HFAN -2.0，MAXIM Integrated Products，May，2000.

[2]Application Note.Single ended vs. Differential Methods of Driving a Laser Diode[J].-HFAN-2.5.0，Maxim Integrated Products.

[3]张肃文.高频电子线路[M].北京：高等教育出版社，2005.

[4]陈照华.光收发模块设计中的激光补偿分析[J].电子技术应用，2009，07：55-59.

作者简介：

王佳（1988—），女，中北大学硕士研究生，主要研究方向：测试计量技术及仪器。

张志伟（1964—），男，中北大学教授，硕士生导师，主要从事光电探测理论与技术及自动化仪器与仪表的工作。