原创设计和测试快速激光驱动器电路（一）

 2014-4-8 12:26  2591 9 12 分类: 消费电子

设计和测试快速激光管驱动器电路

马超群(Email:chaoqun_ma@126.com QQ:331332430)

自从 Theodore H Maiman 在50年前发明激光器以来，激光被广泛应用到各种技术领域，例如通信，工业生产，以及传感器和测量设备。通信行业关注的是高达GHz范围的高速传输频率，工业生产主要关注的目标通常是高速的超短范围内纳秒级脉冲光功率。在传感器和测量应用的挑战是设计快速激光驱动器电路，这是一个非常苛求的任务。

下面的文章描述激光驱动器电路设计，PCB布局和光学测量注意事项，以及设计一个脉冲宽度短到2.5ns的理想解决方案。

1） 集成激光驱动器解决方案

2） 快速激光驱动器电路设计注意事项

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

1）集成激光驱动器解决方案

传统的激光二极管驱动器电路通常使用分立元件，用于低成本和低性能应用。集成激光驱动器的优势解决方案是:

ü 提高输出功率的稳定性（1%或优于1%）

ü 减少板子空间（减少80%以上）

ü 错误监控

ü 较好的动态性能

ü 提高了可靠性/MTBF

用于快速开关，集成驱动器是必须的，因为减小PCB分布电感和分布电容是允许更快速信号变化的主要方法。

2）快速激光驱动器电路设计注意事项

用于测量和传感器领域的激光器光源通常是半导体二极管激光器，光学输出功率从几个微瓦到几百个毫瓦。集成电路可方便地和安全地控制半导体激光二极管，光谱覆盖整个可见光到红外光范围。最新研发的全类型集成激光驱动器解决方案支持开关频率高达155 MHz以及激光驱动电流高达300 mA。图1所示的原理图是iC-NZN的应用电路。它的工作电压从3.3V 到5.5V，可以去驱动N,M和P型激光二极管带或者不带监控二极管。

图1.全类型激光二极管驱动器电路

支持两种工作模式，自动功率控制（APC）和自动电流控制（ACC）。光学输出功率各自不同。驱动电流由电阻PMD/RMD设置，如上面图1所示。如果采用一个合适的PCB布局，脉冲宽度可以达到小于3.5ns以及脉冲上升沿和下降沿时长（t_r/t_f）为1.5ns（最大）。在这种情况下应该采用LVDS输入信号替代TTL电平来减少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-NZP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，例如电流开关iC-HG，提供一个集成的解决方案。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500mA，而且这些开关可以并联起来达到3A DC 电流。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：CW驱动电流可达3A，脉冲驱动可达9A的激光驱动电路

输入EN1和EN2使用LVDS模式带100欧姆线路终端电阻。激光器电源电压（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。