| 摘 要：本文討論了將MAX3861配置為限幅放大器的方法,為SFF/SFP光收發(fā)模塊設(shè)計(jì)提供了一種參考方案。 關(guān)鍵詞：光收發(fā)模塊;SFF;SFP;MAX3861;限幅放大器 引言
隨著光收發(fā)模塊尺寸的減小,對(duì)帶有接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)、結(jié)構(gòu)緊湊的限幅放大器的需求也迅速增長(zhǎng)。限幅放大器可提供低抖動(dòng)數(shù)據(jù)輸出,而RSSI則可反映出互阻放大器(TIA)增益的變化和激光管的變化,監(jiān)視光輸入功率。這兩種性能都是可熱插拔的小型化結(jié)構(gòu)(SFP)多源協(xié)議及其它應(yīng)用所必需的。
采用4mm x 4mm QFN微型封裝、內(nèi)置RSSI的MAX3861適合作SFP模塊的后置放大。它與限幅放大器不同、是一款具有自動(dòng)增益控制(AGC)功能的后置放大器。在SFP模塊中,AGC放大器并不象限幅放大器那樣具有吸引力。本文討論通過(guò)修正MAX3861后置放大器,使其成為一個(gè)具有RSSI的限幅放大器。 MAX3861和AGC放大器的應(yīng)用
通常,AGC放大器在保持固定輸出幅度的前提下,通過(guò)反饋環(huán)路放大或衰減輸入信號(hào)。功率檢測(cè)器用來(lái)監(jiān)視放大器輸出、調(diào)節(jié)可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆?保持固定的輸出電壓。通過(guò)連續(xù)反饋方式保證信號(hào)不被限幅,輸出電壓與輸入電壓保持線性關(guān)系。
線性放大對(duì)于引入了光放大器的長(zhǎng)距離DWDM系統(tǒng)很實(shí)用,這些光放大器,特別是摻鉺光纖放大器(EDFA)會(huì)在高電平數(shù)據(jù)上引入更多的噪聲。AGC對(duì)于這種應(yīng)用非常有用,而限幅放大器則不然。這一點(diǎn)可以從下面的范例中找到答案：通過(guò)光二極管-互阻放大器-限幅放大器檢測(cè)光信號(hào)時(shí),限幅放大器通過(guò)限制信號(hào)的高、低電平確定數(shù)據(jù)是“1”還是“0”。如果信號(hào)為“1”、而且信噪比相當(dāng)?shù)?受噪聲的影響,信號(hào)有可能跌落到高電平的判決門限以下,使限幅放大器輸出為“0”。如果利用AGC和工作在線性區(qū)域的TIA保持一條從光二極管到后置放大器的線性信號(hào)通路,可由下一級(jí)電路(通常是時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)單元)做出高、低電平的判決。帶有縱向門限調(diào)節(jié)的時(shí)鐘與數(shù)據(jù)恢復(fù)(CDR)電路可以將電平判決門限調(diào)節(jié)到噪聲電平以下,以獲得最低誤碼率(BER)。
線性放大器并非對(duì)所有系統(tǒng)都是最優(yōu)的。在沒(méi)有光放大器的光纖系統(tǒng)中,假設(shè)作用到“1”和“0”電平的噪聲相同,選用限幅放大器比較合適,因?yàn)樗梢蕴峁┛焖俚妮敵鏊矐B(tài)響應(yīng),有利于減小輸出抖動(dòng)。另一方面,由于AGC是線性的,其輸出瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間取決于輸入瞬態(tài)響應(yīng)。在一個(gè)2.7Gbps模塊內(nèi),后置放大器的輸入瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間一般在130ps~140ps(20%~80%)范圍內(nèi),具體與接收器帶寬、FR4帶狀線的限制以及其它因素有關(guān)。這時(shí),AGC放大器的輸出瞬態(tài)響應(yīng)大約為：140ps~150ps。較低的邊沿速度將會(huì)導(dǎo)致抖動(dòng)增大、提高系統(tǒng)的誤碼率。 開環(huán)增益控制
為了使MAX3861限制輸入信號(hào)的幅度,需要打開AGC環(huán)路、增益設(shè)置為最大。圖1是MAX3861的AGC環(huán)路增益隨VCG的變化關(guān)系曲線。當(dāng)CG+和CG-之間的差分電壓VCG約為80mV時(shí),放大器達(dá)到其最大增益：43.5dB,此時(shí),如果輸入為6mVp-p,輸出為920mVp-p。
增益設(shè)置方式
從圖1所示MAX3861的增益曲線可以看出：當(dāng)VCG高于80mV時(shí)增益達(dá)到飽和,所以,只要(VCG+-VCG-)大于80mV,MAX3861即提供其最大增益。最簡(jiǎn)單的設(shè)置最大增益的方法是將CG+引腳接Vcc、CG-引腳接地,但這種方式并不切實(shí)可行,因?yàn)閂CG電壓很接近其臨界值：(Vcc-3.5V)至(Vcc+0.5V),為保證可靠性必須尋求其它解決方案。
CG+引腳利用適當(dāng)?shù)淖云秒娐吩O(shè)置在Vcc-1V,用一個(gè)外部電阻RCG將CG-引腳接地可建立一個(gè)內(nèi)部分壓電路,只要CG-引腳的電壓拉得足夠低(至少比CG+引腳的電位低80mV),放大器將處于限幅狀態(tài)。從圖2所示曲線可知：RCG阻值越大、CG-引腳的電位越接近其內(nèi)部自偏置的狀態(tài),放大器就越接近于AGC模式,輸入信號(hào)的邊沿速度直接影響著輸出信號(hào)的邊沿速度。如果在芯片的整個(gè)供電電壓范圍內(nèi)(3.0V~3.6V)保持138ps以內(nèi)的輸入上升時(shí)間(20%~80%),RCG可選擇800kW左右的電阻,阻值也可以低至100kW,最好不要選用100 kW以下的電阻。圖3為具體的檢測(cè)電路。當(dāng)VCG在限定的范圍內(nèi)、輸入信號(hào)幅度高于靈敏度的要求,MAX3861的壓擺率保持固定值,這意味著對(duì)于較大的輸出幅度將對(duì)應(yīng)較長(zhǎng)的傳輸時(shí)間。圖2中的曲線是在Vsc=0伏下測(cè)試得到的。
元件數(shù)量
限幅模式下MAX3861所需要的元件數(shù)量與AGC模式下的元件數(shù)相同。AGC模式下需要在CG-和CG+引腳直接連接一個(gè)電容CCG,該電容構(gòu)成AGC的閉環(huán)控制回路。限幅模式下,用RCG_連接在CG-與地之間,替代了CCG,MAX3861的外部元件數(shù)不變。 開環(huán)增益控制環(huán)路的影響
從圖4、圖5可以看出,輸出數(shù)據(jù)的邊沿速率越高、在輸入端產(chǎn)生的反射就越強(qiáng),MAX3861工作在限幅模式時(shí)需要考慮一些額外因素。
輸出抖動(dòng)
當(dāng)MAX3861置于限幅模式時(shí)能夠減小抖動(dòng),從AGC模式轉(zhuǎn)換到限幅模式確定性抖動(dòng)(DJ)基本保持不變,圖6表示VIN=6mVp-p和VIN = 20mVp-p時(shí)DJ隨CG-外接電阻的變化關(guān)系。VIN=6mVp-p時(shí),AGC模式下DJ為29ps p-p,與限幅模式下(RCG->700kW)的DJ基本相同;VIN= 20mVp-p時(shí),AGC模式下DJ為21.1ps p-p,與限幅模式下的DJ相同。
限幅模式和AGC模式下的最大差異在于隨機(jī)抖動(dòng)(RJ)輸出,對(duì)于低速的輸入邊沿,線性放大器產(chǎn)生較大的隨機(jī)抖動(dòng),而限幅放大器的輸出邊沿非常陡、使隨機(jī)抖動(dòng)大大減小。圖7所示曲線表明：RJ隨著RCG-的增大而增大,因?yàn)楫?dāng)RCG-增大時(shí),放大器更接近于AGC模式。限幅模式下隨機(jī)抖動(dòng)明顯降低,從而使總輸出抖動(dòng)大大減小。
輸出幅度
由于增益被設(shè)定在最大值,內(nèi)部放大器處于過(guò)驅(qū)動(dòng),輸出幅度增大約25%,輸出幅度范圍是：500~ 1150mVp-p,而不是400~920mVp-p。
靈敏度
與AGC模式相同,SC引腳能夠控制輸出幅度。所不同的是：由于始終保持最大增益,靈敏度在輸出幅度較低的情況下得到改善。對(duì)于920mVp-p的輸出,靈敏度仍為6mVp-p,隨著輸出幅度的降低,靈敏度相應(yīng)得到改善。實(shí)際應(yīng)用中很難將靈敏度做到4mVp-p以下,因?yàn)榇藭r(shí)的信號(hào)已接近噪聲基底。
不受限幅模式影響的因素
信號(hào)檢測(cè)、RSSI以及輸出信號(hào)監(jiān)視器不受限幅模式或AGC模式的影響。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：室溫下(25℃),VRSSI在AGC模式和限幅模式下的相差的最大值為10mV。通常,MAX3861在限幅模式下的性能指標(biāo)不會(huì)低于AGC模式下的性能指標(biāo)。 結(jié)語(yǔ)
MAX3861自動(dòng)增益控制放大器可以很容易地配置成限幅放大器,而且不會(huì)降低系統(tǒng)的性能指標(biāo),也沒(méi)有增多外部元件的數(shù)量。只需簡(jiǎn)單的電路修改,MAX3861即可提供一種理想的SFP應(yīng)用方案。 
圖3 MAX3861測(cè)試電路 
圖5 限幅模式下,MAX3861輸出眼圖(RCG- =1MW,Vcc=3.3V,輸入邊沿速度138ps) 
圖7 隨機(jī)抖動(dòng)與CG-外接電阻的關(guān)系
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