補(bǔ)償非線(xiàn)性APD響應(yīng)

光學(xué)激光模塊需要補(bǔ)償APD（雪崩光電二極管）的非線(xiàn)性響應(yīng)。本應(yīng)用筆記討論了Maxim的光學(xué)控制器如何設(shè)計(jì)以補(bǔ)償這種行為。DS1875 SFP控制器作為本文的示例器件。

APD 特性

光模塊使用基于A(yíng)PD（雪崩光電二極管）的光接收器，用于高靈敏度應(yīng)用。

從APD收到的反饋是非線(xiàn)性的（平均接收功率）。這種非線(xiàn)性使得難以實(shí)現(xiàn)對(duì)激光模塊的良好控制。典型APD非線(xiàn)性的特點(diǎn)如圖1所示。

圖1.典型的APD性能顯示非線(xiàn)性響應(yīng)。

為了正常工作，有必要補(bǔ)償這種非線(xiàn)性行為。這種補(bǔ)償允許線(xiàn)性反饋到SFP控制器模塊，并提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。然后，補(bǔ)償響應(yīng)將如圖2所示。

圖2.這是指示預(yù)期典型響應(yīng)的平均曲線(xiàn)。補(bǔ)償生產(chǎn)過(guò)程中響應(yīng)的微小變化是不可行的。

使用 RSSI 校正非線(xiàn)性

Maxim的光控制器（如DS1875）可以補(bǔ)償APD的非線(xiàn)性行為。

DS1875的一個(gè)輸入通道（MON3）有兩個(gè)范圍（精細(xì)和粗略），每個(gè)范圍都有獨(dú)立的刻度和失調(diào)，用于校正接收功率的非線(xiàn)性。該校正是通過(guò)非線(xiàn)性APD二極管響應(yīng)的分段線(xiàn)性近似來(lái)完成的。

除了提供兩個(gè)獨(dú)立的量程外，DS1875還允許在精細(xì)量程內(nèi)右移ADC結(jié)果。通過(guò)右移，即使輸入信號(hào)沒(méi)有覆蓋整個(gè)輸入范圍，也可以獲得更高的分辨率。

滯后的重要性

DS1875根據(jù)給定交越點(diǎn)的輸入信號(hào)幅度自動(dòng)在兩個(gè)量程之間切換。滯后在分頻點(diǎn)提供，當(dāng)從粗范圍到細(xì)范圍時(shí)，遲滯會(huì)發(fā)生變化。這可確保設(shè)備不會(huì)在范圍之間切換并導(dǎo)致不穩(wěn)定。

根據(jù)為精細(xì)范圍編程的正確換檔，分頻點(diǎn)會(huì)有所不同。表 1 詳細(xì)說(shuō)明了在右移的各種設(shè)置下交叉點(diǎn)如何變化。請(qǐng)注意 DEC 列中將值更改為“滯后”列。

校準(zhǔn)DS1875

DS1875的MON3輸入的兩個(gè)量程必須校準(zhǔn)，以便正確接近所需的APD響應(yīng)。使用以下過(guò)程，為兩個(gè)不同的范圍標(biāo)識(shí)比例和偏移值。

確保對(duì)精細(xì)和粗略范圍進(jìn)行編程，以便每個(gè)范圍的有效響應(yīng)是線(xiàn)性的。工廠(chǎng)編程值的設(shè)置使響應(yīng)是線(xiàn)性的，在3的精細(xì)范圍內(nèi)右移。

在 MON3P 上強(qiáng)制兩個(gè)輸入（“a”dB 和“b”dB）。使用工廠(chǎng)校準(zhǔn)，測(cè)量數(shù)字MON3值。兩個(gè)輸入已經(jīng)配置，以便粗略范圍使用“a”dB，精細(xì)范圍使用“b”dB。可以選擇任意兩個(gè)點(diǎn)，一個(gè)在精細(xì)范圍內(nèi)，另一個(gè)在粗略范圍內(nèi)。根據(jù)識(shí)別的誤差，必須重新評(píng)估這些測(cè)量值，以獲得最佳分段線(xiàn)性近似值。

在步驟2中獲得的值將與補(bǔ)償APD非線(xiàn)性響應(yīng)所需的值不同。精細(xì)和粗刻度和偏移值都必須進(jìn)行校準(zhǔn)，以便它們與所需值正確匹配。

這兩個(gè)測(cè)量值被視為“x”值。兩個(gè)點(diǎn)的所需輸出被視為“y”值。

計(jì)算精細(xì)ADC范圍的比例和失調(diào)。此計(jì)算將使用兩個(gè)點(diǎn)。第一個(gè)點(diǎn)是在第一次計(jì)算（步驟 2）中測(cè)量的 b dB 輸入的 x 值和 y 值 （x1， y1）。另一個(gè)是 （0， 0） 點(diǎn) （x2， y2）。0， 0 點(diǎn)是一個(gè)假設(shè)，它允許我們僅用兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)修剪刻度和偏移量。如果 （0， 0） 不適合所需的響應(yīng)，則用戶(hù)可能希望使用另一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。

對(duì)于所需的響應(yīng)，請(qǐng)找到所需的最接近的右移位。將所需輸出（b dB點(diǎn)的y值）與表1中的DEC值進(jìn)行比較。最接近所需響應(yīng)的 DEC 值應(yīng)用作 x 值。相應(yīng)的所需 （y） 值應(yīng)使用上面的m_fine和c_fine值計(jì)算。這一點(diǎn)是（x2，y2）。

使用 （x2， y2） 交叉值作為數(shù)據(jù)點(diǎn)，使用 b db 點(diǎn) （x3， y3） 的值，使用以下方法計(jì)算粗略 ADC 范圍的比例和失調(diào)：

將失調(diào)（c_fine和c_coarse）加載到DS1875的相應(yīng)寄存器中。請(qǐng)注意，如果偏移值為負(fù)，則2的補(bǔ)碼值將編程到寄存器中。

現(xiàn)在必須單獨(dú)調(diào)整精細(xì)和粗標(biāo)度值，以讀取兩個(gè)輸入（a dB 和 b dB）的所需值。

可以根據(jù)修改后的響應(yīng)（使用新的標(biāo)度和失調(diào)值）和所需的響應(yīng)生成誤差曲線(xiàn)（圖3）。誤差曲線(xiàn)可以根據(jù)兩個(gè)點(diǎn)（a和b）的位置改變。第一個(gè)波瓣表示精細(xì)范圍內(nèi)的誤差;第二個(gè)波瓣表示粗略范圍內(nèi)的誤差。更改點(diǎn)將允許操縱誤差大小以滿(mǎn)足最終用戶(hù)的需求。

結(jié)果

新的精細(xì)值和粗值可用于查看設(shè)備是否近似于所需的響應(yīng)。圖 3 顯示了圖 2 中響應(yīng)的結(jié)果。

圖3.該誤差曲線(xiàn)顯示了使用新的標(biāo)度和偏移值以及所需響應(yīng)的修改響應(yīng)。

所需響應(yīng)和計(jì)算響應(yīng)之間的誤差如圖4所示。

圖4.計(jì)算所需響應(yīng)后出錯(cuò)。

審核編輯：郭婷