【導(dǎo)讀】光模塊采用基于雪崩光電二極管(APD)的光接收器支持高靈敏度設(shè)計。從 APD 接收到的反饋呈非線性(平均接收功率)，這一非線性特性為優(yōu)化控制激光器模塊帶來一定困難，典型的 APD 非線性特性如圖 1 所示。
APD 特性
光模塊采用基于雪崩光電二極管(APD)的光接收器支持高靈敏度設(shè)計。從 APD 接收到的反饋呈非線性(平均接收功率)，這一非線性特性為優(yōu)化控制激光器模塊帶來一定困難，典型的 APD 非線性特性如圖 1 所示。
圖 1. 典型的 APD 響應(yīng)顯示了非線性特性
為了保證精準(zhǔn)操作，需要對 APD 的非線性進(jìn)行補償。補償后可以為 SFP 控制器模塊提供線性反饋，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。補償后的 APD 響應(yīng)如圖 2 所示。
圖 2. 該平均曲線顯示了所期望的典型響應(yīng)，生產(chǎn)過程中對響應(yīng)中微小變化的補償是不可行的。
使用 RSSI 修正非線性
Maxim 的光控制器，如 DS1875，能夠補償 APD 的非線性。
DS1875 的一個輸入通道(MON3)有兩個工作區(qū)(細(xì)調(diào)和粗調(diào))配置，每個區(qū)域都有其獨立的量程和偏置，用于校準(zhǔn)接收到的功率信號的非線性。校準(zhǔn)通過對 APD 二極管的非線性響應(yīng)進(jìn)行分段線性近似，擬合完成。
除了提供兩個獨立的工作區(qū)，DS1875 也可在細(xì)調(diào)區(qū)域?qū)?ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行右移操作。即使輸入信號不能完全覆蓋輸入范圍，通過右移操作也可提高轉(zhuǎn)換精度。
滯回的重要性
在給定的交叉點，DS1875 根據(jù)輸入信號的幅度自動地在兩個工作區(qū)之間切換。在交叉點提供滯回，當(dāng)從粗調(diào)切換到細(xì)調(diào)時，切換點會發(fā)生變動。這能保證器件不會在兩個工作區(qū)間來回觸發(fā)，造成不穩(wěn)定。
交叉點會根據(jù)針對細(xì)調(diào)范圍的右移位設(shè)定的不同而改變，表 1 列出了不同的右移設(shè)置下交叉點的改變。需要注意的是，DEC 欄到滯回(hysteresis)欄對應(yīng)的變化值。
表 1. 右移時的交叉點設(shè)置
校準(zhǔn) DS1875
DS1875 輸入端 MON3 的兩個工作區(qū)必須進(jìn)行校準(zhǔn)，這樣才能準(zhǔn)確擬合所要求的 APD 響應(yīng)。按照下面過程進(jìn)行校準(zhǔn)，可以得到兩個不同工作區(qū)的量程和偏置值。
對細(xì)調(diào)和粗調(diào)工作區(qū)進(jìn)行配置，以保證每個工作區(qū)的實際響應(yīng)為線性。寫入工廠預(yù)設(shè)值，使響應(yīng)為線性特性，同時將精調(diào)范圍的右移位設(shè)為 3。
在 MON3P 接入兩個輸入("a" dB 和"b" dB)。使用內(nèi)部工廠校準(zhǔn)值，測量 MON3 轉(zhuǎn)換數(shù)值。兩個輸入已配置成粗調(diào)范圍使用"a" dB，細(xì)調(diào)范圍使用"b" dB。輸入可選擇任何兩個點，只要一個在細(xì)調(diào)區(qū)，另一個在粗調(diào)區(qū)。根據(jù)測試得到的誤差，測量需進(jìn)行再評估，直到得到最佳的分段線性擬合。
步驟 2 得到的數(shù)值與期望用來補償 APD 非線性響應(yīng)的數(shù)值會有差別。所有細(xì)調(diào)和粗調(diào)區(qū)的量程和偏置也需要校準(zhǔn)，這樣才能準(zhǔn)確匹配期望值。
將兩個被測值作為"x"，這兩個點的期望輸出作為"y"值。
計算細(xì)調(diào)區(qū) ADC 的量程和偏置。該計算使用兩個點，第一個點為第一次計算中(步驟 2)的 b dB 輸入測量的 x 值和 y 值(x1, y1)；另一個點是(0, 0)點(x2, y2)。這個(0, 0)點是一個假設(shè)點，只需使用 2 個數(shù)據(jù)點即可得出量程和偏置。如果(0, 0)不適合所期望的響應(yīng)，那么用戶可以使用另一個數(shù)據(jù)點。
計算由下式完成：
y = m_fine × x + c_fine
其中，m_fine 代表量程，c_fine 代表偏置。
使用點(x2, y2)，得到：
c_fine = 0
使用點(x1, y1)，得到：
m_fine = y1/x1
為了得到所期望的響應(yīng)，需找到最接近的右移位。將期望的輸出(點 b dB 的 y 值)與表 1 的 DEC 值相比較。最接近上述期望輸出的 DEC 值將被用作 x 值。與之相應(yīng)的(y)值可以用上面的 m_fine 和 c_fine 推算，該點即為(x2, y2)。
使用(x2, y2)交叉點的值和 b dB 點(x3, y3)數(shù)值，由下式計算粗調(diào)區(qū) ADC 的量程和偏置：
y = m_coarse × x + c_coarse
將偏置(c_fine 和 c_coarse)裝載到 DS1875 相應(yīng)的寄存器。注意，如果這個偏置為負(fù)值，那么將其 2 進(jìn)制補碼寫入寄存器。
現(xiàn)在要分別整理細(xì)調(diào)和粗調(diào)區(qū)的量程，讀出兩個輸入的期望值(a dB 和 b dB)。
基于修正過的響應(yīng)(使用新的量程和偏置值)和期望的響應(yīng)，可生成一條誤差曲線(圖 3 所示)。誤差曲線根據(jù)兩個點(a 和 b)的位置變化而變化。第一段斜線代表細(xì)調(diào)區(qū)的誤差；第二段斜線代表粗調(diào)區(qū)的誤差。誤差大小可以根據(jù)客戶要求，通過改變這兩個點的位置進(jìn)行調(diào)整。
結(jié)論
新的細(xì)調(diào)和粗調(diào)范圍可用來檢查器件是否近似擬合得到所期望的響應(yīng)，圖 3 為圖 2 響應(yīng)的擬合結(jié)果。
圖 3. 這個誤差曲線分別顯示了使用新的量程和偏置進(jìn)行修正的響應(yīng)和所期望的響應(yīng)
所期望的響應(yīng)特性與計算得到的響應(yīng)特性的誤差如圖 4 所示。
圖 4. 計算得到的響應(yīng)與所期望響應(yīng)的誤差
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