MAX3740/MAX3795激光驅動器平均功率監視器

MAX3740和MAX3795激光驅動器提供激光二極管平均光功率監視輸出電壓。監視輸出來自激光組件的監視二極管電流。數據通信設備的激光驅動器通常需要監視平均光功率。MAX3740和MAX3795在這方面的工作特性與其他激光驅動器采用的方法不同，在進行SFF 8472數字診斷時，這可能會引起混淆。
激光組件的監視二極管電流與激光器的平均光輸出功率近似成正比。激光驅動器一般利用監視二極管調整激光二極管 （圖1、2）的平均發射功率。驅動器的這種功能稱為自動功率控制（APC）。
SFP模塊采用的激光驅動器通過器件的一個輸出引腳（圖1）提供電流輸出，該輸出是監視二極管的鏡像電流。通過在引腳上放置一個電阻，控制器（例如DS1856）可以檢測到與監視二極管電流成正比的電壓，該電流與平均功率成正比。控制器內部提供適當的比例縮放和偏移，以達到SFF 8472的要求MAX3740和MAX3795利用電壓輸出PWRMON引腳（圖2）指示平均功率，而不是采用電流鏡輸出。這些器件的不同之處在于無論監視二極管電流多大，只要激光驅動器的自動功率控制環路正常工作，PWRMON電壓將一直保持在0.4V。那么，控制器如何利用監視器輸出來監視平均光功率呢？
我們通過兩個光模塊解釋這種特性。每個模塊設置為-4dBm的平均功率。對于模塊1，對應100μA的監視二極管電流，模塊2對應于200μA監視二極管電流（平均光功率相同，而監視二極管電流卻不同，這種情況比較普遍，這是由于激光器和監視二極管之間各部分耦合不同造成的）。
對于這兩個模塊，PWRMON的指示電壓為0.4V，因為APC環路將輸出調整為該電壓。這兩個模塊的唯一不同是其設置電阻。
模塊1的設置電阻約為2kΩ（0.2V / RPWRSET），而模塊2的設置電阻大約是1kΩ（0.2V / RPWRSET）。如果由于某些原因，模塊供應商需要知道并存儲實際的監視二極管電流，只要簡單地知道設置電阻，按照上述公式計算即可。但是，符合SFF 8472要求的內部校準I2C總線上指示的數值是光功率輸出，而不是MD電流。
如果各部分工作正常，沒有發生故障，PWRMON電壓將保持在0.4V。由于不管監視二極管電流設置點如何，電壓總是保持在0.4V，并且偏移量相同，只要每個模塊校準在相同的平均功率上，定標可以適用于每個模塊，從而簡化了內部校準過程。
如果APC超出了調整范圍，電壓將隨著MD電流變化而改變。這是因為除設置電阻以外，MD電流的所有通道為高阻抗。因此，如果功率加倍，那么電流也加倍，由于R固定不變，電壓也隨之加倍。

圖2: MAX3795監視器結構圖

器件故障門限設置為0.8V，如果MD電流達到了最初設置點的兩倍，將發出故障告警。如果處于中間點，將不會產生故障告警，當PWRMON對應于MD電流增加相同的電壓時，可以計算出功率值。
因此，上述兩個模塊在功率均為-4dBm時，模塊1監視二極管電流為100μA，PWRMON輸出指示為0.4V。如果由于故障或其他原因，環路超出了調整范圍，功率將增至-1dBm，相對于200μA的監視二極管電流，PWRMON電壓將達到0.8V。對于150μA，電壓將達到0.6V。
模塊2的平均功率為-4dBm時，PWRMON電壓為0.4V，監視二極管電流將達到200μA。同樣，如果環路超出調整范圍，功率增至-1dBm，PWRMON電壓為0.8V，監視二極管電流將達到400μA（比例相同，監視二極管電流加倍，電壓也隨之加倍）。
與傳統方法相比，監視平均功率的方法還具有其他優點。在激光驅動器中，MD電流鏡在固定電阻上產生一個電壓，對于不同模塊，由于每部分監視二極管電流不相同，其故障門限可能會過高或過低。
回到最初的例子，采用傳統的電流監視方法監視MAX3735A（圖1）等器件的平均功率，我們將模塊1和模塊2設置為平均功率-4dBm時，MD電流分別為100μA和200μA。這種情況下的故障門限由驅動器設置為大約1.3V的固定值。
該例中，兩種情況的監視電阻均設置為3.25kΩ。因此，對于相同的平均光功率，模塊1將指示100μA x 3.25kΩ = 0.325V，模塊2將指示200μA x 3.25kΩ = 0.65V。
如果MD電流加倍（大約是平均功率的一倍），那么模塊1的平均功率將為-1dBm，電壓達到200μA x 3.25kΩ = 0.65V，模塊2的平均功率為：-1dBm，電壓為：400μA x 3.25kΩ = 1.3V。注意，在本例中，盡管兩個模塊的功率都加倍了，只有模塊2產生故障報警。很多情況下，對于給定的平均功率，由于激光器各部件的MD電流相差不大，因此，傳統方案能夠較好的工作。但是，從上述分析可以看出，如果出現了較大的變化，將無法設置合適的故障門限，除非在監視器中采用可調電阻，并針對每個模塊進行校準。MAX3740和MAX3795不會出現這一問題，簡化了校準過程。
本文所介紹的MAX3740和MAX3795能夠提供一種簡單有效的方法，監視SFF 8472診斷模塊中激光二極管的輸出功率，即使監視二極管組件變化較大，該方法也能提供穩定的故障電平指示。