高速激光驱动电路的设计与测试

　　自从50年前Theodore H Maiman发明了激光器，激光就在不同技术领域里得到广泛应用，例如通信，工业生产［1］以及传感器，测量设备等。当通信业关注达到GHz范围的高速传输频率时，工业生产的主要目标是高速的极短的纳秒范围内的脉冲光功率。在激光感应器和测量设备的领域里，高速驱动电路的设计成为非常艰巨的任务。

　　这份资料主要描述快速驱动电路的设计，PCB布局，光学测量工作，以及设计一个脉冲宽度达到2.5纳秒的理想解决方案。

　　目录：

　　1）集成激光驱动器解决方案

　　2）高速激光驱动电路的设计考量

　　3）布局要求

　　4）测量激光脉冲

　　4.1）从示波器到光学仪器

　　4.2）从计算机到光学USB仪器

　　5）设计检查

　　6）概要

　　7）文献

　　1）集成激光驱动器解决方案

　　传统的激光二极管驱动电路通常使用分立元器件，来达到低成本低效率的使用要求［2］。而集成激光驱动方案的优势在于：

　　。提高了输出功率的稳定性（1%或更高）

　　。减少电路板空间（至80%）

　　。错误监视

　　。动态性能更佳

　　。提高可靠性/MTBF无故障工作时间对于快速开关，集成驱动器是强制性的，因为减少电感线路和电容能允许更快的信号变化。

　　2）高速激光驱动器电路的设计考量

　　应用在测量和传感技术上的激光光源通常是半导体二极管激光，只需从几个微瓦到几百个毫瓦的光学输出功率。集成电路能简单并安全地控制［3］并覆盖整个可见光谱到红外光范围。你可以点击这里查看完整的iC-Haus集成激光驱动方案。最新一代全能型集成激光驱动方案支持的开关频率高至155兆赫兹，激光电流高达300毫安。图1是iC-NZN应用电路的原理图。它适用于3.3至5.5伏的工作电压并能在具备或不具备监控二极管的情况下驱动N，M，以及P型激光二极管。

　　

　　图1：全能型集成激光驱动电路

　　支持两个操作模式——自动功率控制（APC）和自动电流控制（ACC）［4］。如上图1所示，光学输出功率不同，驱动电流由电阻器PMP/RMD设置而成。如果采用一个合适的PCB布局，脉冲宽度可达到小于3.5纳秒以及脉冲上升沿和下降沿时长（tr/tf）为1.5纳秒（最大）。在此情况下应采用 LVDS输入信号代替TTL水平来减少EMI.iC-NZN的特点是提供了一个低边输出（专门为N型激光二极管优化），iC-NZN的特点是提供了一个高边输出（专门为P型激光二极管优化）。为了保护激光二极管，特别是在APC模式，通过管脚VDDA的最大驱动电流可以由电阻RSI来限制。

　　对于更高功率的激光脉冲，电流开关例如iC-HG提供了一个集成解决方案。它的特点是可提供6个带尖峰释放的电流开关，每个开关切换电流为500毫安，而且这些开关可以并联起来达到3A DC电流。

　　图2展示了iC-HG的应用电路，以3A来驱动单个激光二极管。脉冲宽度可以低至2.5ns，峰值电流可达9A.最大开关频率200MHz，上升和下降沿时长1ns（最大）。最大占空比取决功率耗散和iC-HG的散热情况。

　　

　　图2：激光驱动电路电流达3A，脉冲可达9A

　　输入EN1和EN2使用LVDS模式带100欧姆线路终端电阻。激光电源电压（最大12V）由两个低ESR钽电容缓冲以及使用两个瓷片电容进行RF滤波。 iC-HG监控LVDS输入信号，如果幅度低于50%，会在管脚NER产生一个错误信号，电源电压和芯片温度也被监控。当欠压和过载时NER信号也会产生。每个通道的电流可以通过控制CIx的电压来设置。它也可以被用来做模拟调制。最大调制频率典型值2MHz，CIx的输入电容是调制频率的限制因素。