影响发射眼图的一些关键因素

1影响发射眼图的一些关键因素关键词:阈值电流(Ith)调制电流(IMOD)偏置电流(IBIAS)反射(reflection)振铃（ringing）过冲（overshoot）反向不归零制(NZR)本文主要讨论与发射有关的一些问题以及通过分析在实际调试过程中出现的现象及其解决方法来说明对眼图影响较大的一些主要因素，以供在设计及调试中引起注意。一、PECL电平交流耦合PECL与PECL电平交流耦合的两种方式：PECL在交流耦合输出到50的终端负载时，要考虑PECL的输出端加一直流偏置电阻R2和R3的选择应考虑如下几点：(1)PECL输入直流偏压应固定在VCC-1.3V；(2)输入阻抗应等于传输线阻抗；(3)低功耗；(4)外围器件少。上图(a)中，R2和R3的选择应满足下面方程组：求解得到：图(a)的缺陷是：由终端网络引起的功耗较大。如果系统对于功耗要求较高，可以采用图(b)所示电路。这时，我们需要满足：2解得:PECL的输出共模电压需固定在VCC-1.3V，在选择直流偏置电阻(R1)时仅需该电阻能够提供14mA到地的通路，这样R1=(VCC-1.3V)/14mA。在+3.3V供电时，R1=142，+5.0V供电时，R1=270。然而这种方式给出的交流负载阻抗低于50，在实际应用中，+3.3V供电时，R1可以从142到200之间选取，+5.0V供电时，R1可以从270到350之间选取，原则是让输出波形达到最佳。可以通过两种方式进一步改善PECL的终端匹配：(1)增加一个与耦合电容串联的电阻，使得PECL驱动器端的等效交流阻抗接近50；(2)添加一个与R1串联的电感，使交流阻抗受控于接收器阻抗，与R1无关。MAX3656内部偏置网络如下图所示：输入直流偏压V=(24K/(24K+16K))*Vcc=1.98V符合LVPECL要求的输出共模电压，在外部可以直接交流耦合，无需外接电阻。3MAX3656的输出阻抗优化为15欧姆，在布线时要考虑阻抗匹配及连续性。激光驱动器和激光二极管间采用直流耦合方式,电路示意图如下：激光驱动器的输出结构如下图所示：RMOD决定调制电流(IMOD)的大小。4二、调试中常见的一些波形分析并及相应的解决办法。1、现象：波形混杂压缩在一起，没有出现清晰可变的眼图，波形底部太低。原因：由于偏置电流(IBIAS)设得太小造成的。解决方法：增加偏置电流，直到波形底部向上移动，此时波形会渐渐变清晰。关键因素：偏置电流(IBIAS)2、现象：过冲，波形上升沿过冲超过1电平，。原因：上升沿速度太快解决方法：A、插入一个低通滤波器RC电路，截至频率位速率的75％，减缓上升和下降沿。B、调节串联阻尼电阻RD的值，使驱动器输出阻抗匹配。关键因素：串联阻尼电阻RD和低通滤波器RC电路。53、现象：欠冲，波形上升或下降沿没有到达高或低电平位置。原因：过阻尼解决方法：调节串联阻尼电阻RD的值，使输出阻抗匹配减小衰减。关键因素：串联阻尼电阻RD。4现象：波形上升或下降沿出现振铃现象。原因：阻抗不连续，电路中有过多的自感应而产生共振。解决方法：尽可能排除阻抗不连续，尽可能减小组件引脚长度来减小寄生电感。关键因素：阻抗不连续，寄生电感。65现象：由于传输线阻抗不连续造成的反射。原因：接口电路中阻抗不连续。解决方法：A、尽可能减小激光驱动器和激光二极管间的距离。B、布线时考虑正确的阻抗控制。C、调整RC补偿网络，使传输线负载终端获得好的阻抗匹配。关键因素：阻抗匹配及连续性，RC补偿网络。6现象：双线或抖动图形。原因：由于反向不归零制（NRZ）数据连续位数太长造成的。解决方法：A、调整串联阻尼电阻(RD)的值。B、增加VCC。C、减小调制电流(IMOD)。关键因素：串联阻尼电阻(RD)，调制电流(IMOD)。77现象：眼图不对称，上升时间和下降时间不相等。原因：上升沿和下降沿所用的充放电路径不同导致充放电时间不同。解决方法：A、使用上升和下降时间相同的激光管。B、调节串联阻尼电阻(RD)的值直到上升时间和下降时间相等。关键因素：串联阻尼电阻(RD)。8现象：振荡和明显的过冲现象。原因：由于偏置电流(IBIAS)太小造成的。解决方法：增加偏置电流，直到波形底部向上移动，此时过冲会逐渐变小。关键因素：偏置电流(IBIAS)。结论：8实践证明影响眼图的关键因素主要是偏置电流(IBIAS)，串联阻尼电阻（RD），RC补偿网络，调制电流(IMOD)，阻抗匹配及连续性等。其中除了阻抗匹配及连续性需要在布线时考虑外其它因素都可以随时调整以得到一个满意的眼图。三、LVTTL驱动BURSTENABLE在MAX3656资料中给出了LVTTL和LVCMOS电平单端驱动BURSTENABLE的推荐电路。下面首先分析LVTTL和LVCMOS电平如何单端驱动BURSTENABLE信号，然后根据相同的原理得出TTL电平的驱动电路。MAX3656中BURSTENABLE管脚片内偏置网络如下图所示：9根据推荐电路添加激励信号（高电平2.8V，低电平0.4V）绘制相应的仿真电路如下图所示：VCCV13.3VdcV2.800V0R65kBEN+R89kR316k3.300VR55k2.828VR231kR584kR724kben-V2TD=0TF=3nsPW=25nsPER=50nsV1=2.8vTR=3nsV2=0.4vV0V2.948VR21k3.149V仿真结果：10对于TTL信号高电平2.0V，低电平0.8V改变激励信号（高电平2.0V，低电平0.8V）重新仿真得到下图：ben-的波形明显向上偏移，改变原理图如下图113.300V1.808VR83kR24.7kR724k1.426VVCCVR65kR316kVben+V13.3Vdc0V0V2TD=0TF=3nsPW=25nsPER=50nsV1=2.0vTR=3nsV2=0.8vR234.7kVben-R55k仿真结果如下：ben-的波形居中，可以关断。当使用如下参数时12仿真结果ben+与ben-相差较远，不能关断。输入激励信号的方波发生电路如下图：13R110kC1180pR22kR33kQ1BCX70KR450V13.3VdcV2FREQ=1000KHZVAMPL=1.4vVOFF=1.4vVCC0R610000K输出结果：在50ohm负载下VH＝1.90v,VL=0.6V。