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高速激光驱动电路的设计与测试

作者:时间:2014-01-28来源:网络收藏

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)集成器解决方案
2)高速电路的设计考量
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

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/258423.htm



1)集成器解决方案

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——(APC)和(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的散热情况。



图2:激光驱动电路电流达3A,脉冲可达9A


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