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TRABAJO FINAL DE CARRERA TÍTULO DEL TFC: Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas para un satélite de baja orbita basado en un diodo láser TITULACIÓN: Ingeniería Técnica de Telecomunicaciones, especialidad Sistemas de Telecomunicación AUTOR: Tatiana Elizabeth Sánchez Sánchez DIRECTOR: Alejandro Rodríguez Gómez FECHA: 25 de marzo de 2010

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TRABAJO FINAL DE CARRERA

TÍTULO DEL TFC: Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas para un satélite de baja orbita basado en un diodo láser TITULACIÓN: Ingeniería Técnica de Telecomunicaciones, especialidad Sistemas de Telecomunicación AUTOR: Tatiana Elizabeth Sánchez Sánchez DIRECTOR: Alejandro Rodríguez Gómez FECHA: 25 de marzo de 2010

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Título: Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas para un satélite de baja orbita basado en un diodo láser Autor: Tatiana Elizabeth Sánchez Sánchez Director: Alejandro Rodríguez Gómez Fecha: 25 de marzo de 2010

Resumen Hoy en día la necesidad de establecer enlaces entre los satélites y estaciones terrenas está creando una gran afluencia de estudios teóricos y prácticos relacionados con este campo. Este proyecto nace a partir de la idea de establecer una comunicación con un satélite de baja órbita mediante un enlace óptico, por ello la necesidad de crear un circuito que nos permitiese controlar el comportamiento de un diodo láser. Los pasos a seguir para el desarrollo de este proyecto han sido, en primer lugar realizamos una explicación del escenario sobre el cual va a trabajar nuestro diodo láser, en este apartado describimos la estación óptica terrena de la que se dispone, así como también las características ópticas del telescopio receptor y la modulación que se empleará para establecer el enlace. En segundo lugar teniendo en cuenta los niveles de potencia necesarios en el transmisor de decide buscar un láser cuyas características eléctricas y ópticas se ajusten a las necesidades del proyecto. En tercer lugar se realiza el diseño eléctrico del controlador de nuestro diodo láser. En este apartado es donde se explica en detalle cada uno de los ajustes que se han llevado a cabo en los componentes que forman parte de este circuito, ajustes que nos ayudarán a poder llegar a los niveles de corriente que nos exige el diodo para su correcto funcionamiento y por lo tanto los necesarios para proporcionar el nivel de potencia requerido para transmitir los datos desde el satélite. Finalmente una vez diseñado el circuito eléctrico del driver, y comprobado su funcionamiento, se ha diseñado una segunda placa que será en la que conectaremos el diodo láser y donde una vez puesto en funcionamiento el láser realizaremos las medidas ópticas pertinentes.

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Title: Electrical desing of an optical communication transmitter for a low orbit

satellite based on a laser diode

Author: Tatiana Elizabeth Sánchez Sánchez

Director: Alejandro Rodríguez Gómez

Date: March 25th, 2010 Overview Nowadays the feasibility of establish optical links between satellites and ground stations has been devoted a great amount of theoretical and experimental works related to this field. This project stems from the idea of establishing a communication with a low orbit satellite using an optical link, therefore the need to create a circuit which allowed us to control the behaviour of a laser. The steps for the development of this project have been, firstly make a description of the stage on which will work our laser diode. In this section we describe the optical earth station, as well as the optical characteristics of the receiver telescope and the modulation that is going to be used to establish the link. Secondly given the power levels required in the transmitter, we decided to find a laser whose electrical characteristics meet the needs of the project. Thirdly we carry out the electrical design of our laser diode driver. This section is where we explain in detail each of the adjustments that have been done on components that are part of this circuit, adjustments which will help us to reach current levels required for proper diode operation and therefore necessary to provide the required power level to transmit data from the satellite. Finally, once designed the electrical circuit of the driver, and verified its operation, we have designed a second plaque where we will connect the laser diode. This circuit will help us to make the pertinent optical measurements.

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ÍNDICE

INTRODUCCIÓN ……………………………………………………………………………….1

CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN DEL ENLACE ÓPTICO ............................................ 3

1.1 Introducción ......................................................................................................................... 3

1.2 Estación óptica terrena (OGS) ............................................................................................ 3

1.3 Modulación empleada ......................................................................................................... 4 1.3.1 Características de la modulación PPM .................................................................. 5

1.4 Potencia mínima en el transmisor ....................................................................................... 6

CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DEL DIODO LÁSER ................................................. 9

2.1 Introducción ......................................................................................................................... 9

2.2 Características del diodo láser ............................................................................................ 9

2.3 Características eléctricas .................................................................................................. 11

2.4 Especificaciones físicas ..................................................................................................... 11

CAPÍTULO 3. DESCRIPCIÓN Y PROTOTIPO DE PRUEBA DEL DRIVER. ...... 13

3.1 Introducción ....................................................................................................................... 13

3.2 Características del driver del diodo láser .......................................................................... 13 3.2.1 Especificaciones físicas ........................................................................................ 14 3.2.2 Características eléctricas ..................................................................................... 14

3.3 Descripción de las partes del driver .................................................................................. 16 3.3.1 Controlador de alta velocidad de modulación ...................................................... 16 3.3.2 Extintion Radio Control (ERC) .............................................................................. 17 3.3.3 Circuito de seguridad ............................................................................................ 18

3.4 Descripción del prototipo de evaluación eléctrica ............................................................. 19 3.4.1 Descripción del bloque del driver ......................................................................... 19

3.4.1.1 Descripción del circuito de prueba de Control Automático de Potencia (APC) 19 3.4.1.2 Funcionamiento de la salida TX_FAULT .......................................................... 21 3.4.1.3 Selección de los condensadores del circuito de APC ....................................... 22 3.4.1.4 Ajustes iniciales de los componentes del circuito. ............................................ 25 3.4.1.5 Circuito PCB del bloque del driver .................................................................... 27

3.4.2 Descripción del bloque inversor ........................................................................... 30 3.4.2.1 Circuito PCB del bloque inversor ...................................................................... 33

3.5 Resultados obtenidos en las pruebas del laboratorio ....................................................... 34

CAPÍTULO 4. DISEÑO DEL DRIVER PARA EL DIODO LÁSER. ......................... 39

4.1 Resultados prácticos obtenidos a partir del circuito definitivo ........................................... 41

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CONCLUSIONES ......................................................................................................... 47

AGRADECIMIENTOS .................................................................................................. 49

BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………………….51

ANEXO I. CONDICIONES TÍPICAS DE FALLO .............................................. 55

ANEXO II. DATASHEET DEL DIODO LÁSER EMPLEADO ............................ 57

ANEXO III. DATASHEET DEL DRIVER UTILIZADO ......................................... 61

ANEXO IV. DIODOS LÁSER CONSULTADOS .................................................. 77

ANEXO V. DRIVERS DE DIODOS LÁSER CONSULTADOS ........................... 87

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Introducción 1

INTRODUCCIÓN Durante los últimos años una gran cantidad de proyectos experimentales y teóricos se han desarrollado para el estudio de la posibilidad de establecer enlaces entre satélites y estaciones terrenas. Actualmente estos enlaces están desarrollados mediante tecnologías RF, en las bandas S, L, K o Ka. Sin embargo, una futura generación de estas redes puede estar diseñada mediante enlaces ópticos. Los principales beneficios de utilizar enlaces ópticos como alternativa a los de RF son: las reducidas medidas de tamaño y peso del equipamiento óptico embarcado en el satélite, menos potencia de consumo, más ancho de banda, lo que nos permite una mayor velocidad de transmisión de datos, y una fiabilidad de enlace mayor. Por otro lado, la parte negativa que encontramos en este tipo de enlaces son: los problemas de apuntamiento y seguimiento, ya que se cuenta con un ancho de haz muy estrecho del orden de centésimas de grado. Sin embargo, un enlace óptico puede significar un gran avance para los satélites que se encargan de monitorear la tierra desde las orbitas bajas (LEO), ya que con esta tecnología, una gran cantidad de información tanto de imágenes como de videos pueden ser enviadas a las estaciones terrenas. Este proyecto nace a partir de la propuesta de diseñar un prototipo de la parte eléctrica del driver que controlará el funcionamiento del diodo láser, el mismo que será el encargado de enviar la información desde un satélite LEO a la estación terrena situada en el Observatorio del Teide (Peñón de Izaña, Tenerife, Islas Canarias). En la actualidad es cierto que establecer este tipo de enlaces no es un gran problema, sin embargo, es cierto que es importante el equilibrio entre el grado de complejidad del sistema de apuntamiento a bordo del satélite y la potencia y la tecnología necesaria en el transmisor óptico. El objetivo de este proyecto es diseñar una electrónica capaz de proporcionar los niveles de tensión y corriente necesarios para que el diodo láser del que disponemos pueda permitirnos poder obtener la potencia necesaria para transmitir la información desde el satélite. Todo ello teniendo en cuenta que trabajaremos con un diodo láser transmisor económico y de potencia media, donde la única condición que se establece es que la densidad de potencia se mantenga concentrada en la estación óptica terrena (OGS), gracias a la utilización de un haz de gran directividad.

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2 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas

En la siguiente imagen se puede observar un esquema de las fases que se han seguido a la hora de diseñar la electrónica del driver del diodo láser.

Fig. A Esquema de Fases

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Capítulo 1. Descripción del enlace óptico 3

CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN DEL ENLACE ÓPTICO

1.1 Introducción El proyecto del que parte la creación del diseño del driver electrónico, consiste en el estudio de un enlace óptico de bajada entre un satélite situado en la órbita LEO y una estación óptica terrena, situada en Tenerife, España.

1.2 Estación óptica terrena (OGS) La Agencia Espacial Europea posee una Estación Óptica Terrena, ubicada en el Observatorio del Teide, en el Peñón de Izaña, en Tenerife, cuya situación geográfica es la siguiente:

Tabla 1.1 Situación Geográfica de la OGS

Longitud Geográfica 16º30’36.36” Oeste

Latitud Geográfica 28º 17’58.29” Norte

Altitud sobre el nivel del mar 2393 m

Esta Estación Óptica Terrena está equipada con todas las instalaciones propias de un telescopio astronómico. El telescopio del que se dispone es el Zeiss 1-m Ritchey-Chrétien/ Coudé, el cual esta suministrado por una base inglesa. La configuración de este telescopio utilizada para establecer comunicaciones ópticas, está detallada en la siguiente tabla.

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4 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas

Tabla 1.2 Características ópticas del receptor de comunicaciones

Receiver RFE

Manufacturer

Analog Mod. and DLR

Sensor EG&G

Sensor Model C30659-900-R5B

No. of pixel 1 APD

Pixel size [µm] diam. 500

Det. Size[mm] diam. 0.5

Theor. FOV diam. 18”

Usable FOV diam. 18”

FOV per Pixel diam. 18”

Optical system RFEO

Focal length 191mm

f number 5.6

No. of lenses 3

Rel. Spectral Transmission

≥0.16 797- 825nm

Según esta Tabla 1.2, el receptor óptico tiene una distancia focal de 5.6m por una apertura de recepción de 1m. El campo de visión disponible se consigue gracias a un fotodetector cuyo diámetro aproximado de 0.5mm.

1.3 Modulación empleada La Modulación por Posición de Pulsos (PPM) ha sido la modulación empleada para establecer el enlace. El motivo por el que se ha escogido este tipo de modulación es porque está considerada como la preferida a la hora de establecer enlaces ópticos en el espacio libre, ya que en este escenario suelen haber pocas interferencias por camino múltiple. Esta modulación consiste en codificar una palabra de M bits, transmitiendo un simple pulso que puede estar en cualquiera de las 2M posiciones posibles. Esto se repite cada t segundos, por lo cual la tasa de transmisión es de M/t bits por segundo.

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Capítulo 1. Descripción del enlace óptico 5

La ventaja de utilizar este tipo de modulación está en que la identificación del símbolo no se realiza teniendo en cuenta referencias externas, sino simplemente comparando el nivel de la señal entre los diferentes slots temporales de un periodo de símbolo. En la siguiente Fig. 1.1 se muestra una secuencia corta de tres 8PPM símbolos. El dibujo a) representa la señal ideal y b) representa la señal después de haber sufrido los efectos de desvanecimiento y el ruido en el receptor. Este es un ejemplo para poder mostrar que aún teniendo una fuerte deformación de la señal, la señal puede ser recibida, sólo con la condición de que el máximo de la señal en cada periodo de símbolo se mantenga en su slot temporal original.

Fig. 1.1 Secuencia de tres palabras 8-PPM

1.3.1 Características de la modulación PPM La modulación M-PPM está definida por los siguientes parámetros:

M, es el orden de la modulación PPM o el número de diferentes símbolos o palabras

nb, número de bits por símbolo rb, velocidad transmisión (bits/s) Tp, duración de impulso Tsym, tiempo de símbolo o duración de la palabra, Tsym = M Tp B, ancho de banda de la señal

La relación que existe entre estos parámetros es la siguiente:

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6 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas

Mnb 2log (1.1)

Velocidad de transmisión:

sym

bb T

nr (1.2)

Ancho de banda necesario para transmitir los pulsos:

pT

B

2

1 (1.3)

El ancho de banda puede también estar expresado en función del orden de la modulación PPM y la velocidad de transmisión:

HzM

rMB b

2log2

(1.4)

1.4 Potencia mínima en el transmisor Según la tecnología escogida para el transmisor, que en este caso es la de un diodo láser, tenemos que su funcionamiento está limitado por la potencia de pico que pueda suministrar. La potencia que necesitaremos será baja debido a la alta eficiencia de los diodos láseres. En las siguientes graficas se muestran los niveles de potencia, en función de la velocidad de transmisión, para las modulaciones del orden de 2 a 64-PPM. Para un haz de divergencia de 350 µrad (0.02º) y una portadora de 800nm, teniendo en cuenta las siguientes características del receptor, se pueden estimar los valores del potencia de pico y de velocidad de transmisión descritos a continuación. Receptor:

Perkin Elmer C30659-900-R5B APD+amplifier module. APD Diámetro 0.5mm Ancho de banda: 200MHz

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Capítulo 1. Descripción del enlace óptico 7

Valores deseados en el transmisor:

Diodo láser, 300-0055-01 785nm Pigtailed Laser Diode Module Máxima potencia de pico: 20mW Velocidad de transmisión máxima: 100Mbps (2-PPM o 4PPM) Ancho de banda de transmisión 100MHz Apertura del transmisor: 3mm

Fig. 1.2 Mínima potencia de pico para 0.02º de divergencia. Enlace de transmisión @800nm

10-1

100

101

102

10-4

10-3

10-2

10-1

Bit rate (Mbps)

Min

pe

ak

po

we

r (W

)

Tx power for BER < 1e-3 Day time w fading.

2-PPM4-PPM8-PPM16-PPM32-PPM64-PPM

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8 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas

Fig. 1.3 Mínima potencia media para 0.02º de divergencia. Enlace de transmisión @800nm

10-1

100

101

102

10-5

10-4

10-3

10-2

Bit rate (Mbps)

Min

ave

rag

e p

ow

er

(W)

Tx power for BER < 1e-3 Day time w fading.

2-PPM4-PPM8-PPM16-PPM32-PPM64-PPM

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Capítulo 2. Descripción del diodo láser 9

CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DEL DIODO LÁSER

2.1 Introducción Un diodo láser es un dispositivo semiconductor similar a los diodos Led que bajo las condiciones adecuadas emite luz láser.

Cuando el cátodo está cargado negativamente respecto al ánodo, a un voltaje mayor que el mínimo para no producir una interrupción en su funcionamiento, es decir, a más de 0.6V, la corriente fluye a través del diodo.

A la hora de escoger nuestro diodo láser se ha tenido en cuenta la necesidad de escoger uno que nos proporcione una potencia media de 15mW dentro de unas longitudes de onda de 785nm a 800nm.

Entre los distintos fabricantes de diodos láser, el fabricante que nos proporcionaba un producto que se ajustaba a las exigencias eléctricas establecidas para el desarrollo del proyecto, fue Photonic Products.

No obstante, nos vemos en el deber de citar a otro fabricante, Qphotonics, cuyos productos no se ajustaban a nuestras exigencias eléctricas pero sí se ajustaban a las exigencias de diseño.

En el Anexo 4 adjuntamos algunos de los diodos láser ofrecidos por estos dos fabricantes, que dada la conectividad de su diodo láser y fotodiodo, habrían sido una elección idónea, pero que como ya se ha comentado antes, al no cumplir los niveles de potencia, nos hemos visto en la necesidad de escoger un modelo distinto.

En el siguiente apartado del capítulo describimos las características del diodo láser escogido.

2.2 Características del diodo láser El láser escogido es el modelo 300-0055-01 de 785nm, está compuesto por un diodo láser infrarrojo encapsulado en una cubierta coaxial con conector FC-PC.

Fig. 2.1 Diodo láser con salida en fibra. Modelo 300-0055-01

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10 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas

Fig. 2.2 Conector FC/PC

Para el correcto funcionamiento de este diodo láser, la salida óptica únicamente puede ser generada y mantenida, sólo si la entrada de corriente de polarización o en inglés Bias Current, está por encima del umbral (Ith) La corriente de modulación será la que nos permita enviar o no información, ya que esta corriente serán impulsos a la salida, y en los instantes en los que haya un impulso será cuando el diodo láser estará emitiendo luz, por lo tanto estaremos enviando información. Estos impulsos se generan de acuerdo con la modulación PPM que es la que recoge la información transmitida.

Fig. 2.3 Características de entrada y salida

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Capítulo 2. Descripción del diodo láser 11

2.3 Características eléctricas En la siguiente tabla se muestran los valores de entrada al diodo láser necesarios para poder proporcionar una potencia media de 15mW, que como se ha descrito en el capitulo anterior será la necesaria para poder transmitir la información.

Tabla 2.1 Características ópticas y eléctricas

Ítem Símbolo MIN. TYP MAX. Unidades

Potencia de salida en fibra

Pf

15.0

20.0

mW

Corriente Umbral

Ith

30

50

mA

Longitud de onda de pico λ

780

785

800

nm

Corriente de trabajo

Iop

100

140

mA

Voltaje de trabajo

Vop

2

2.5

V

PD Corriente de Monitor

IM 0.1 0.25 0.26 mA

Resistencia equivalente Req 20 Ω

2.4 Especificaciones físicas En la siguiente imagen se pueden observar las medidas del diodo láser del que dispondremos, y el esquema de conectividad entre el diodo láser y el fotodiodo Las dimensiones están especificadas en milímetros.

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12 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas

Fig. 2.4 Dimensiones del diodo láser

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Capítulo 3. Descripción y prototipo de prueba del driver 13

CAPÍTULO 3. DESCRIPCIÓN Y PROTOTIPO DE PRUEBA DEL DRIVER.

3.1 Introducción La principal función de un driver es proveer unas corrientes adecuadas de polarización (IBIAS) y modulación (IMOD) a un diodo láser. Por ello, a la hora de escoger el driver que controlará nuestro diodo láser se han tenido en cuenta las características eléctricas y ópticas detalladas en la Tabla 2.1. En el Anexo 5 se han adjuntado las hojas de características de los diversos drivers que se han estudiado antes de escoger el que mejor se ajustaba a nuestras necesidades eléctricas y de diseño. A continuación se describen las características del driver escogido y el prototipo de prueba diseñado para verificar su funcionamiento.

3.2 Características del driver del diodo láser Para la realización de este proyecto se ha escogido el circuito integrado cuyo modelo corresponde al MAX3646, el cual se trata de un Laser Driver with Extinction Ratio Control, que trabaja a velocidades desde los 155Mbps a 622Mbps SFF/SFP. Las siglas SFF/SFP se describen a continuación: SFF (Small Form Factor), este término se utiliza para describir sistemas que son más pequeños que los tradicionales. SFP (Small Form-Factor Pluggable), o en castellano: Factor de Forma Pequeño Conectable, es un transceptor compacto usado para las aplicaciones de telecomunicaciones y para las comunicaciones de datos. Los transceptores SFP están diseñados para soportar comunicaciones estándares como: Sonet, Gigabit Ethernet o Canales de fibra. El término transceptor se emplea para describir un dispositivo que realiza, dentro de un mismo circuito, funciones tanto de trasmisión como de recepción de datos, utilizando los componentes del circuito comunes para ambas funciones.

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14 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas

Fig. 3.1 Configuración de Pines. MAX3646

El MAX3646 es un driver para diodo láser diseñado para módulos transductores de velocidad múltiple. Este tipo de driver permite un acoplamiento en DC con los diodos láser, lo cual nos ayuda a reducir el número de componentes y nos facilita además el trabajar con distintos valores de velocidad.

3.2.1 Especificaciones físicas En la siguiente tabla podemos observar que el integrado del que dispondremos es un integrado minúsculo que opera dentro de un gran rango de temperaturas.

Tabla 3.1 Especificaciones físicas

Dimensiones 4mm x 4mm

Encapsulado 24-Pin thin QFN

Rango de temperatura -40ºC a +85ºC

3.2.2 Características eléctricas Habiendo escogido este driver, las características eléctricas que se tendrán en cuenta serán las siguientes:

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Capítulo 3. Descripción y prototipo de prueba del driver 15

Tabla 3.2 Características eléctricas del driver MAX3646

Tensión de Alimentación 3.3V

Corriente de Alimentación 45mA

Voltaje de entrada 100mVp-p – 1.2Vp-p

Voltaje de Referencia 1.3V

IMD Corriente de monitor 18µA - 1500µA

IBIAS Corriente de polarización 1mA - 100mA

IMOD Corriente de modulación Para una salida mínima de 0.75V

5mA - 85mA

Tabla 3.3 Descripción de los pines.

PIN # NAME FUNCTION

3 IN+ Señal de entrada no invertida

4 IN- Señal de entrada invertida

6 TX_DISABLE Habilita las salidas de señal cuando está conectado a tierra.

7 PC_MON

Photodiode-Current Monitor Output. La corriente a través de este pin nos proporciona un nivel de tensión referenciado a tierra. Mediante una resistencia externa tendremos un valor de corriente que será proporcional a la corriente de monitor.

8 BC_MON

Bias-Current Monitor Output. La corriente a través de este pin nos proporciona un nivel de tensión referenciado a tierra. Mediante una resistencia externa tendremos un valor de corriente que será proporcional a la corriente de polarización.

9 SHUTDOWN

Shutdown Driver Output. El voltaje de salida a través de este pin nos servirá para controlar el funcionamiento de un circuito de cierre o parada opcional.

11 TX_FAULT Open-Collector Transmit Fault Indicator. Este es un indicador de fallos.

13 BIAS Laser Bias-Current Output

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16 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas

15 OUT- Inverted Modulation-Current Output. IMOD fluye a través de este pin cuando la señal de entrada esta a nivel bajo.

16 OUT+ Noninverted Modulation-Current Output. IMOD fluye a través de este pin cuando la señal de entrada esta a nivel alto.

18 MD

Monitor Photodiode Input. Este pin estará conectado al ánodo del monitor fotodiodo. Un condensador conectado a tierra será necesario para filtrar la corriente de monitor fotoeléctrica alterna de alta velocidad.

3.3 Descripción de las partes del driver El driver escogido está formado por tres partes principales: un controlador de alta velocidad de modulación, un bloque de polarización con ERC (Extinction Ratio Control) y un circuito de seguridad.

3.3.1 Controlador de alta velocidad de modulación El driver escogido no ofrece dos estados diferenciales a la salida, así como también una fuente de corriente de modulación programable, la cual está conectada directamente al cátodo del diodo láser, por ello se ha de prescindir de cualquier carga capacitiva a la salida de este PIN 16, ya que ello degradaría el rendimiento de la salida óptica. La característica principal del driver es que está diseñado para conducir una carga de hasta 25Ω - 30 Ω, es decir, al conectarse la salida del integrado con el diodo láser, se necesita una resistencia de un valor muy bajo en serie, esto reducirá las posibles reflexiones en la línea. Se ha de tener en cuenta que la combinación de esta resistencia de bajo valor RD (Damping resistor) y la resistencia en serie equivalente del diodo láser debe ser igual o cercana a 25Ω.

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Capítulo 3. Descripción y prototipo de prueba del driver 17

Fig. 3.2 Configuración teórica del circuito de salida.

3.3.2 Extintion Radio Control (ERC) El bloque de Extinction Ratio Control (ERC) combina las características de un circuito de control automático de potencia (APC), de un circuito de compensación de modulación y finalmente el de una compensación de temperatura. La compensación de modulación incrementa la corriente de modulación en proporción a la corriente de polarización. El circuito de control APC, combinado con el de compensación de temperatura, mantiene una constante relación de extinción óptica. Extintion ratio control, es el ratio de dos niveles de potencia ópticos. En este caso son los niveles que tenemos cuando la fuente de luz esta activa “on” y cuando la fuente de luz esta inactiva “off”. Este valor permanece constante si el valor de pico a pico de la potencia media es constante.

ppmed

ppmede PP

PPr

2

2 (3.1)

La potencia media está regulada por el circuito de Control Automático de Potencia (APC) y se mantiene constante cuando mantenemos constante la corriente del fotodiodo acoplado al láser.

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18 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas

3.3.3 Circuito de seguridad La función que realiza el circuito de seguridad es monitorizar las operaciones que realiza el driver para poder forzar un cierre (shutdown) en caso de que una anomalía o fallo sea detectado y así poder asegurar el correcto funcionamiento del driver.

Fig. 3.3 Circuito de Seguridad.

Este circuito está formado por cinco pines en total, Fig. 3.3:

Una entrada deshabilitadora TX_DISABLE Una salida de error TX_FAULT Monitores de corriente PC_MON y BC_MON Y un cierre de seguridad SHUTDOWN

TX_DISABLE: nos servirá para poder restablecer el circuito en caso de que un fallo haya sido detectado. Además este pin nos activa o desactiva las salidas de corriente. TX_FAULT: esta salida nos servirá para poder afirmar cuándo tenemos fallos en el circuito. En nuestro caso dispondremos de un led, el cual nos indicará si estamos en situación de fallo o no. Entre las posibles causas por las que el circuito puede dar aviso de error, están por ejemplo una conexión directa donde no debe a alimentación o a masa. En la Tabla I.1 del Anexo I, podremos observar las típicas condiciones de fallo,

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Capítulo 3. Descripción y prototipo de prueba del driver 19

estos datos se presentan resumidos en éste anexo, sin embargo la información completa ha sido extraída de la hoja de características del driver. Las características de los monitores BC_MON y PC_MON, para la corriente de polarización (IBIAS) y la del fotodiodo (IMD), es que han sido diseñados para reflejar una fracción de estas corrientes y crear un voltaje mediante unas resistencias externas conectadas a tierra. Estos monitores de corriente forman parte del circuito de seguridad, ya que si sus voltajes son superiores a VREF, esto acaba indicando una señal de fallo.

3.4 Descripción del prototipo de evaluación eléctrica Para realizar una evaluación eléctrica del driver, se ha planteado diseñar una placa de pruebas, para poder analizar el comportamiento del driver y así mismo establecer los valores adecuados de las resistencias y condensadores que nos controlan los valores de las corrientes de modulación, polarización y monitor.

3.4.1 Descripción del bloque del driver Este bloque es el que nos servirá de referencia a la hora de crear el circuito donde conectaremos al diodo láser, porque lo que se quiere conseguir con este circuito es realizar las pruebas necesarias para comprobar el funcionamiento de driver y ajustar los valores de los componentes que nos controlarán las corrientes de polarización y de modulación.

3.4.1.1 Descripción del circuito de prueba de Control Automático de Potencia (APC)

En el diseño eléctrico de nuestro driver, se ha incluido un circuito de prueba para el control automático de potencia, éste circuito emulará a un láser semiconductor con monitor de fotodiodo.

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20 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas

Fig. 3.4 Circuito APC de prueba

La corriente IMD (Monitor Diode Current) que entrará al pin 18 de nuestro driver, provendrá del transistor Q2, el mismo que estará controlado por un amplificador operacional, U2, el cual es una amplificador operacional de micropotencia, Single /Dual/Quad, Micropower, Single-Supply, Rail to Rail Op Amps, Fig. 3.4 Estos dos componentes Q2 y U2 nos ayudaran a establecer la corriente de monitor MD de entrada al driver, la necesaria para mantener una potencia óptica media de salida constante. Éste circuito APC mantiene la corriente que circulará hacia la entrada MD del driver del diodo láser. La clave para el funcionamiento del circuito es instalar una resistencia sensora de corriente, R47, en el lazo de realimentación del operacional, con ello conseguiremos determinar la corriente que entregaremos a MD. El operacional se encarga de mantener el mismo nivel de voltaje tanto en la entrada no inversora con en la entrada inversora. Con esto conseguimos forzar un nivel de voltaje en el borne de la resistencia R47, conectada al emisor del transistor PNP. El otro borne de la resistencia lo hemos conectado a alimentación, con ello sabremos qué nivel de tensión caerá en esta resistencia, con lo que mediante un valor apropiado de la misma, podremos establecer el nivel de corriente que estaremos entregando al pin MD de nuestro integrado.

47R

VVI BIAScc

MD

(3.2)

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Capítulo 3. Descripción y prototipo de prueba del driver 21

El transistor Q2 entrega la corriente que tenemos en el emisor a la salida de colector, porque las corrientes a través de Q2, están relacionadas de la siguiente manera Ie≈ Ic, por lo que la misma corriente que pasa a través de R47 debe circular por el colector. La otra resistencia, R46, en este circuito, nos está emulando la resistencia en serie de un diodo láser. Una vez hayamos obtenido este valor de corriente IMD, ajustaremos el valor de la resistencia RAPCSET, que es la que se encarga de estabilizar la corriente de monitor y por lo tanto la salida de potencia óptica media, mediante la siguiente ecuación.

MD

refAPCSET I

VR

2 (3.3)

3.4.1.2 Funcionamiento de la salida TX_FAULT Otro de los elementos que se han incluido en el circuito eléctrico de pruebas del driver del diodo láser tiene relación con la salida del pin TX_FAULT, la cual es de colector abierto, lo cual nos quiere decir que puede estar sin conectarse. La característica de este pin es que solo conducirá cuando la señal que pase por él sea baja, por ello para poder detectar niveles altos o bajos, será necesario llevar esta salida a un nivel alto a través de una resistencia, pull up resistor, del orden de 4.7KΩ, la cual está conectada a la alimentación de nuestro circuito. Una señal de nivel bajo a través de este pin, indica que el integrado está funcionando normalmente, en este caso estaremos llevando esta salida a VCC a través de la resistencia pull up. En cambio cuando una señal de nivel alto circula a través de este pin, esto se corresponde a un fallo, ya que el transistor se satura y la salida se lleva a un nivel próximo a cero a través del transistor saturado.

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22 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas

Q1FMMT491A

R2511

LED1

V12 V

VCC3.3V

R14.75k

Vc=1.51V

Ve=1.51V

V_TX_FAUL

Fig. 3.5 Señal de error a partir de 2V

Un diodo Led D1, será el encargado de mostrarnos, al iluminarse, si el nivel de la salida TX_FAULT es alto, por lo que estaríamos teniendo un fallo en nuestro circuito. A través de este pin nuestro circuito nos avisará en caso de que se esté produciendo un error en un punto determinado. En la Tabla I.2 del Anexo I. podremos observar los posibles errores que podrían provocar la emisión de la señal de error.

3.4.1.3 Selección de los condensadores del circuito de APC En nuestro circuito eléctrico se han escogido unos condensadores para el circuito de Control Automático de Potencia (APC), CAPC y CMD. La función de estos condensadores es proporcionar estabilidad, reducir el jitter y reducir el tiempo de puesta en marcha, turn-on time, de la señal de salida. Esta función la realizan filtrando la señal a la entrada, con esto consiguen suprimir las variaciones de alta velocidad en la corriente de monitor causadas por las variaciones del patrón de bits. El condensador CMD establece el polo de mayor orden que filtra los transitorios entrantes en el pin MD, monitor diode. El condensador CAPC establece el polo dominante del lazo APC y determina el ancho de banda del mismo. En la Fig. 3.6 podemos observar que si CAPC se incrementa, el ancho de banda del lazo APC disminuye.

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Capítulo 3. Descripción y prototipo de prueba del driver 23

Fig. 3.6 Ancho de banda del lazo ACP

Las variaciones en la corriente de monitor a frecuencias mayores que f3dB son atenuadas por los condensadores del circuito APC. En cambio cuando la corriente de monitor cambia a frecuencias menores a f3dB ,

el circuito APC ajustará la corriente de polarización para forzar un nivel constante en la corriente de monitor. El tiempo de puesta en marcha, turn-on time, está en función del condensador CAPC, por ello el valor del mismo debe ser cuidadosamente seleccionado para poder reducir este tiempo de conmutación. En la siguiente tabla podemos observar los típicos valores de los condensadores CAPC y CMD en función de la ganancia de nuestro láser.

AA

mAmAmA

mA

III

IGain

MODTHBIAS

MDCoupledDC 003.0

21003050

26.0

2

_

(3.4)

Tabla 3.4 Selección del Condensador CAPC

Laser Gain (A/A) CAPC (µF) CMD (µF)

0.002 0.009 0.00047 to 0.008

0.005 0.039 0.0018 to 0.01

0.007 0.047 0.0022 to 0.012

0.01 0.068 0.0033 to 0.015

0.02 0.1 0.0047 to 0.022

0.03 0.12 0.0056 to 0.027

0.04 0.12 0.0056 to 0.027

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24 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas

Siguiendo las especificaciones del fabricante, en el datasheet de nuestro driver, se nos recomienda un condensador CAPC_FILT de valor 0.01µF. Teniendo en cuenta esto y mirando la tabla según el valor de ganancia de nuestro láser, vemos que el valor aconsejado por el fabricante está dentro de los márgenes especificados por dicha tabla. Una vez decidido el valor de CAPC decidimos escoger como valor de CMD el primer valor que aparece en la primera fila de la tabla, por lo cual el valor escogido del condensador conectado a la entrada del pin MD será de 470pF. Mediante un programa en Excel que nos calcula los tiempos aproximados de puesta en marcha del diodo láser, verificamos que el valor del condensador CMD que escogimos siguiendo la Tabla 3.4 se aproxima al obtenido por el programa. Este programa aparte del valor del condensador CMD nos calcula unas variables de ancho de banda y de tiempo de puesta en funcionamiento del diodo láser, a partir de los valores de corriente necesarios en el láser y del valor de CAPC escogido.

Tabla 3.5 Bias Current and Monitor Diode Current

Variables de entrada:

APC Loop Capacitor (CAPC): 0,01 F

Modulation Current (IMOD): 70 mA

Threshold Current (ITH): 30 mA

Monitor Diode Current (IMD) 0,25 mA

Bias Current (IBIAS) 30 mA

Resultados Calculados:

Approx. Turn On Time (TON): 396,5941 µs

MD Filter Capacitor (CMD): 0,500 nF

Approx. APC Loop Bandwidth

(f3dB): 29,70 kHz

Según este programa el tiempo que se tardará en poner en marcha el diodo láser, debido a las corrientes de modulación y de polarización será de TON=396µs. Este valor esta dentro del valor estimado por el fabricante, cuyo valor según el datasheet del driver es de TON_MAX= 600µs.

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Capítulo 3. Descripción y prototipo de prueba del driver 25

Fig. 3.7 Esquema del circuito del driver del diodo láser

3.4.1.4 Ajustes iniciales de los componentes del circuito. Los ajustes que se realizaran sobre los componentes del circuito serán los siguientes:

1. Aplicaremos dos señales de 100mVpp a 1200mVpp a cada uno de los conectores SMA de entrada.

2. En la Fig. 3.7 podemos observar que en el pin 6 de entrada, se ha

instalado un jumper, esto nos servirá para poder habilitar o deshabilitar las salidas del driver. En nuestro caso este jumper estará conectado directamente a tierra para activar las salidas.

3. Ajustaremos la resistencia R27, que es la resistencia RMODSET a 25kΩ. Esta resistencia nos establece la porción de corriente de modulación deseada.

VCC

VCC

VCC

VCC

2VCC

VCC

2

31

411

A

VCC

VCC

Vout +

R_P

C_M

ON

R_B

C_M

ON

JU1

JU11

GS

D

MOSFET

D1R_PULL_UP

R10

C5C4

C9

C10

C7

C11

C32

R12

R50

R14 R13

JU8

C_MD

C45

R47

R46

R58R61

C_APC

R_APCSETR_MODSET

C3

C1

C2

C6

IN+

IN-

Q1

FMMT491A

B

E

C

Q2

APC

FIL

T2

20

MO

DS

ET

22

APC

SE

T21

MO

DB

CO

MP

23

TH

_TE

MP

24

APC

FIL

T1

19

BC

_MO

N8

GN

D10

SHU

TD

OW

M9

TX

_FA

UL

T11

GN

D12

PC_M

ON

7

VCC2

IN-4

IN+3

VCC5

TX_DISABLE6

MODTCOMP1

VCC 14

OUT+ 16

OUT- 15

VCC 17

MD18

BIAS13

U3MAX3665

C17C19

L3

+C18

VCC

GND

V_OUT

BNC

IN+

BNC

IN-

BNC

RTH

Automatic Power Control Test Circuit

U2

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26 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas

4. Ajustaremos la resistencia R26, que es la resistencia RAPCSET a 25kΩ.

Esta resistencia nos ajusta la media de potencia óptica deseada, mediante la estabilización de la corriente monitor.

5. La corriente de monitor máxima IMDMAX, se medirá mediante la resistencia R4, que es la resistencia R_PC_MON.

MDMAX

refMONPC I

VR _ (3.5)

Teniendo en cuenta que la corriente de monitor máxima que soporta el driver es de 1.5mA, Tabla 3.2, podremos ajustar el valor inicial de la resistencia R4.

6. La corriente de polarización o corriente de bias, será la corriente que mediremos mediante la resistencia R7, que es la resistencia R_BC_MON.

BIASMAX

refMONBC I

VR

80_ (3.6)

Sabiendo que la corriente de bias máxima que podrá proporcionar el driver es de 100mA, Tabla 3.2, ajustaremos el valor inicial de la resistencia según el nivel de corriente de polarización que necesitemos.

7. Los puntos 5 y 6 nos ayudan a establecer un valor de las resistencia inicial, pero una vez en marcha el circuito eléctrico la forma que tendremos para monitorear las corrientes de monitor IMD y la de polarización IBIAS será midiendo el voltaje que tendremos a través de las resistencias R_PC_MON y R_BC_MON, y aplicando las siguientes ecuaciones.

MONPC

MONPCMD R

VI

_

_ (3.7)

MONBC

MONBCBIAS R

VI

_

_80 (3.8)

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Capítulo 3. Descripción y prototipo de prueba del driver 27

8. Alimentaremos el circuito a 3.3V entre Vcc y tierra.

9. Finalmente ajustaremos la resistencia R27 hasta que consigamos tener

la corriente de modulación deseada. Para ello mediremos la corriente IMOD en el osciloscopio mediante la siguiente ecuación.

20

ppoutputMOD

VVI (3.9)

10. En el circuito APC de prueba, Fig. 3.4, se han instalado dos resistencias R47 y R46, cuyos valores se han escogido los determinados por el fabricante para poder mantener una relación entre la corriente de bias y la de monitor de fotodiodo de 100.

4610046 R

VVI

R

VVI BIAScc

MDBIAScc

BIAS

(3.10)

3.4.1.5 Circuito PCB del bloque del driver En la siguiente imagen podemos observar la colocación de cada uno de los componentes que forman parte del circuito del driver, así como también sus respectivos valores. Tal como se pueden observar los componentes, se ha preferido utilizar componentes SMD, por el hecho de que trabajaremos a alta frecuencia. Este circuito al igual que el del bloque inversor, estará soldado a una caja de dimensiones 60x60x23mm. El programa que hemos utilizado a la hora de crear la placa PCB de este bloque y del bloque inversor, así como también el circuito esquemático, ha sido el Altium DXP2004. El sustrato utilizado en la creación de la placa que contendrá al driver, es el sustrato Rogers RO4003. En la siguiente tabla se muestran las características de este material.

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28 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas

Tabla 3.6 Características eléctricas del Rogers RO4003.

Constante dieléctrica 3.38

Espesor 0.8 mm

Loss tangent 0.0027

Estos datos se han tenido en cuenta a la hora de calcular el ancho de las líneas de transmisión, que conectarán nuestro driver con sus respectivas entradas y salidas. Para el cálculo del ancho de las pistas se ha utilizado el programa Txline, en éste hemos seleccionado la opción de línea microstrip y con los datos del fabricante del sustrato y sabiendo que trabajaremos sobre los 60MHz, hemos podido obtener el ancho de la línea. En la siguiente imagen se puede observar que el ancho de la línea que nos ha calculado el programa ha sido de 1.82mm.

Fig. 3.8 Txline, cálculo del ancho de la línea microstrip.

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Capítulo 3. Descripción y prototipo de prueba del driver 29

Fig. 3.9 Footprint del Bloque del Driver.

Las conexiones de este circuito se han realizado en una placa donde las líneas de conexión estarán en ambas caras, que como se las describe en el programa Altium DXP2004, serán la cara Top Layer y la cara Bottom Layer.

Fig. 3.10 Layout del Bloque Driver. Circuito Eléctrico

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30 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas

Habiendo diseñado el circuito de evaluación eléctrica del driver, nos hemos encontrado que a la entrada de nuestro driver se necesitan dos señales desfasadas una de la otra 180º. Para poder realizar nuestras propias medidas en el laboratorio utilizando el generador de funciones, recurriremos a un circuito diseñado para que realice la función de proporcionarnos las dos señales invertidas. Por ello hemos diseñado un circuito que nos proporcione las señales descritas anteriormente, por lo cual hemos creado un circuito al que le llamaremos Bloque Inversor.

3.4.2 Descripción del bloque inversor

Este bloque está compuesto por el integrado modelo MM74HC74A, el cual se trata de un Dual D-Type Flip-Flop with Preset and Clear, cuya función es proporcionarnos dos señales invertidas. Este flip flop tiene la característica que utiliza una tecnología CMOS para alcanzar las velocidades óptimas de operación, posee además una alta inmunidad al ruido y un bajo consumo de potencia. Este integrado posee entradas independientes para los datos (D), el reloj (CLK) y las entradas de preset (PR) y clear (CLR), así como también nos proporcionas dos salidas Q y /Q. Las señales que le hemos entregado a este integrado han sido las provenientes de un generador de funciones, entregando como señal de reloj la señal generada arbitrariamente gracias a una funcionalidad de este instrumento y la señal de datos ha sido la señal de sincronismo propia del generador de funciones.

Fig. 3.11 Configuración de pines

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Capítulo 3. Descripción y prototipo de prueba del driver 31

Para poder saber cuándo obtendremos un ‘0’ low, o un ‘1’ high, a la salida hemos tenido en cuenta la tabla de la verdad que nos proporciona el fabricante. Tabla 3.7 Tabla de la verdad

INPUTS OUTPUTS

PR CLR CLK D Q L H X X H L H L X X L H L L X X H H H H H H L H H L L H H H L X Q0 0

En nuestro caso, como lo que nos interesa en tener un High y un Low en cada salida respectivamente, hemos decidido dejar tanto el Preset como el Clear a ‘1’ ya que así únicamente teniendo en cuenta la entrada de datos y la de reloj, cuando cambia de estado bajo a alto, podremos obtener las dos salidas tal y como las necesitamos a la entrada del circuito del driver. Tabla 3.8 Características eléctricas

SIMBOLO PARAMETRO MIN. TYP. MAX. UNITS Vcc Tensión de alimentación 2 6 V

VIN, VOUT Voltaje DC a la entrada o Voltaje de salida

0

Vcc V

tr, tf Input Rise or Fall times

500 ns

fMAX Frecuencia máxima de operación 72 MHz tPHL, tPLH

Retraso máximo de propagación para Q y

10 ns

ts Tiempo mínimo de establecimiento 10 ns En el diseño de este bloque inversor teóricamente obtendremos los siguientes niveles de tensión a la salida para unos determinados valores de amplitud a la entrada, estos valores están reflejados en la siguiente tabla.

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32 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas

Tabla 3.9 Niveles de tensión a la entrada y salida.

SIMBOLO PARAMETRO VCC TYP. UNITS

VIH Mínimo nivel de entrada HIIGH

4.5 3.15 V

VIL Máximo nivel de entrada LOW

4.5 1.35 V

VOH Mínimo nivel de salida HIIGH

4.5 4.5 V

VOL Máximo nivel de salida LOW

4.5 0.1 V

Como podemos ver, el valor de tensión de pico-pico a la salida del flip flop, es del orden de 4.4 Vpp. Según las especificaciones del fabricante del driver MAX3646, descritas en la Tabla 3.2, podemos observar que los valores de tensión de entrada de pico a pico que las dos entradas IN+ y IN- , pueden aceptar llegan hasta los 1.2Vpp. Por ello en las salidas de Q y se ha conectado un divisor de tensión, para poder ajustar estos niveles de salida a los niveles óptimos de entrada del driver del diodo láser.

Fig. 3.12 Divisor de tensión

Teniendo en cuenta una Vin= 4.4 Vpp y el valor deseado de salida de Vout=1.2Vpp y aplicando la siguiente ecuación:

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Capítulo 3. Descripción y prototipo de prueba del driver 33

12

2

RR

RVV in

out

(3.11)

Los valores de las resistencias que se han obtenido han sido de R1= 1KΩ y R2=470Ω, ajustándolas a los valores comerciales.

3.4.2.1 Circuito PCB del bloque inversor En la siguiente imagen se puede observar el footprint de los componentes que forman parte de la placa del circuito inversor. La placa del circuito estará soldada a una caja de dimensiones 60x60x23, a la cual le conectaremos los conectores BNC y SMA a cada costado, para así poder realizar las medidas en el osciloscopio y después conectarlo directamente al circuito controlador del diodo láser.

Fig. 3.13 Footprint del Bloque Inversor

En la siguiente imagen podemos observar el layout del nuestro circuito. El layout ha sido diseñado para el sustrato Rogers RO4003 de 1.5mm de espesor.

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34 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas

Fig. 3.14 Layout del Bloque Inversor

3.5 Resultados obtenidos en las pruebas del laboratorio Los resultados prácticos obtenidos en el laboratorio han sido prometedores ya que hemos podido programar las corrientes necesarias para el correcto funcionamiento de nuestro diodo láser. En primer lugar hemos comprobado que el circuito inversor proporcionara las dos señales necesarias a la entrada del circuito del driver del diodo láser. En la siguiente imagen podemos observar las dos señales invertidas a la salida del bloque inversor. Se puede observar una ligera diferencia en los valores de amplitud, pero ello no ha influido en el correcto funcionamiento del bloque del driver del diodo láser.

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Capítulo 3. Descripción y prototipo de prueba del driver 35

Fig. 3.15 Señal de salida del bloque inversor.

El primer ajuste que se realizó en el circuito del driver, ha sido el de la corriente de modulación, que siguiendo la Ecuación 3.9 hemos visto que ajustando la resistencia variable R_MODSET, hemos obtenido distintos niveles de amplitud en la señal de salida. La resistencia R_MODSET, es la que nos permite poder ajustar el nivel de corriente de modulación deseada. En la siguiente imagen podemos observar la señal de salida de nuestro circuito y junto a ella la amplitud que hemos obtenido variando dicho potenciómetro.

Fig. 3.16 Señal de salida 1.2Vpp Fig. 3.17 Señal de salida 2.2Vpp

mAVV

I ppoutputMOD 60

20

2.1

20

(3.12)

La corriente de polarización o de bias IBIAS que hemos podido medir desde el pin de monitorización RBC_MON, ha sido la siguiente.

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36 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas

mAV

R

VI

MONBC

MONBCBIAS 8.25

493

)(159.08080

_

_

(3.13)

La corriente de monitor que hemos medido ajustando la resistencia variable RPC_MON, ha sido de:

mAV

R

VI

MONPC

MONPCMD 31.0

164

)(051.0

_

_ (3.14)

Como podemos observar el valor de la corriente de modulación que se ha establecido escogiendo un valor de 1.2Vpp de amplitud, es de 80mA que según las características eléctricas del diodo láser será la idónea para su funcionamiento. Todas las medidas y ajustes que se han mostrado, se han hecho teniendo en cuenta los valores que necesitaremos para hacer que nuestro diodo láser emita luz, estos valores están detallados en la Tabla 2.1 del Capítulo 2. En las siguientes tablas mostraremos los niveles de corrientes y tensiones mínimos y máximos obtenidos.

Tabla 3.10 Corriente de modulación

Salidas Ajustes VOUT IMOD

RMODSET (KΩ) 41.1 MIN 312.5mVpp 15mA RMODSET (KΩ) 1.4 MAX 2.2 Vpp 110mA

Tabla 3.11 Corriente de Polarización

Salidas Ajustes IBIAS

RAPCSET (KΩ) 40 MIN 2.6mA RAPCSET (Ω) 900 MAX 57.6mA

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Capítulo 3. Descripción y prototipo de prueba del driver 37

Tabla 3.12 Corriente de Monitor

Salidas Ajustes IMD

RAPCSET (KΩ) 40 MIN 32.5µA RAPCSET (Ω) 900 MAX 0.72mA

En la siguiente imagen mostramos la totalidad de nuestro circuito.

Fig. 3.18 Circuito total: Bloque inversor + Circuito del Driver del diodo láser.

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Capítulo4. Descripción y prototipo de prueba del driver 39

CAPÍTULO 4. DISEÑO DEL DRIVER PARA EL DIODO LÁSER.

En este capítulo describiremos el circuito empleado para la puesta en marcha del diodo láser. Este circuito básicamente se diferencia del anterior en que disponemos de un diodo láser (LD) cuyo cátodo está conectado a la salida de señal no invertida (OUT+), por donde circula la corriente de modulación, y a la salida de la corriente de polarización (BIAS), de nuestro driver. Estas salidas serán las que nos permitan poner en funcionamiento el láser, salidas que estarán siendo vigiladas desde los pines de control MODSET y APCSET. El ánodo del diodo laser por otra parte estará conectado a la alimentación de nuestro circuito, a fin de que la diferencia de voltaje permita a nuestro diodo emitir. En la siguiente figura podemos observar que el circuito de Control Automático de Potencia (APC), que es el que nos regula la corriente de monitor que entregamos al driver, se ha mantenido, puesto que las conexiones entre el diodo láser (LD) y fotodiodo (PD) de nuestro láser no nos permitían tenerlos por separado. Por ello, se ha optado por conectar únicamente el diodo laser al circuito del driver, manteniendo desconectado el fotodiodo. Con lo cual gracias al circuito APC de prueba, proveemos al driver la corriente de monitor que nos estaría proporcionando el fotodiodo si éste estuviera conectado. Otro de los cambios que se han hecho ha sido conectar a la salida una resistencia en serie muy pequeña, 10Ω, de tal forma que entre la combinación de ésta resistencia y la resistencia del diodo laser nos dé una equivalente del orden de 30Ω. La finalidad de esta resistencia de amortiguamiento es garantizar la integridad de la señal evitando posibles reflexiones, además de proporcionarnos una carga estable. Otra de las precauciones que se han tenido en cuenta ha sido conectar el pin de la corriente de polarización directamente al cátodo del diodo láser a través de una bobina, cuya función es evitarnos tener cualquier tipo de carga capacitiva, ya que de otra forma se degradaría el rendimiento de la salida óptica. Finalmente los potenciómetros de los pines de monitorización habrían podido sustituirse por resistencias fijas, pero no se ha optado por esta opción ya que

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40 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas

nos interesaba poder regular el nivel de señal que se desarrolla a través de estos pines, para así poder observar el comportamiento del diodo láser.

Fig. 4.1 Esquema del circuito óptico del driver del diodo láser

VC

C

VC

C

VC

C

VC

C

2 31

4 11A

U2A

VC

C

VC

C

R_PC_MON

R_BC_MON

JU1

JU11

GS

D

Q3

D4

R_P

ull_

Up

R59

C34

C35

C24

C11 C

30

R_D

R56

R39

JU8

C_M

D

C14

R47

R65

R62

C_A

PC

R_A

PC

SET

R_M

OD

SET

C40

C38

C37 C33

IN+

IN-

Q6

B

E C

Q2

APCFILT220

MODSET22

APCSET21

MODBCOMP23

TH_TEMP24

APCFILT119

BC_MON 8

GND10

SHUTDOWM9

TX_FAULT 11

GND12

PC_MON7

VC

C2

IN-

4

IN+

3

VC

C5

TX

_DIS

AB

LE

6

MO

DT

CO

MP

1

VC

C14

OU

T+

16

OU

T-

15

VC

C17

MD

18

BIA

S13

U3

MA

X36

46

C22

C20

L3

+C

21

R_TH_TEMP

VC

C

GN

D

SMA

SMA

Circ

uito

de

Con

trol

Auto

mát

ico

de P

oten

cia

VC

C

L4

Ferr

ite b

eam

LD

C25

C31

VC

C

JP?

JP

PD

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Capítulo4. Descripción y prototipo de prueba del driver 41

En la siguiente imagen observaremos el diseño final de la placa PBC donde hemos incluido nuestro diodo láser

Fig. 4.2 Layout del Circuito Óptico del Driver

4.1 Resultados prácticos obtenidos a partir del circuito definitivo

De los resultados prácticos obtenidos del circuito óptico, partiendo de los ajustes previos que se realizaron en el circuito eléctrico de prueba, se han podido realizar las siguientes medidas. Mediante las dos salidas de monitor, las cuales nos reflejan las corrientes de monitor y de polarización que se están entregando, hemos obtenido los siguientes datos. Corriente de fotodiodo medida en el pin de monitorización PC_MON:

mAV

R

VI

MONPC

MONPCMD 766.0

193

078.0

_

_

(4.1)

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42 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas

La corriente de monitor teniendo en cuenta la Ecuación 3.2, del circuito de prueba APC, explicado en el apartado 3.4.1.1, hemos comprobado que tanto el nivel de corriente medido en el pin PC_MON como en el medido a través de la resistencia R47, Fig. 3.4, se corresponden uno con otro.

mAkR

VVI BIAScc

MD 72.02

86.13.3

47

(4.2)

Medido el nivel de corriente de monitor de fotodiodo a la entrada del pin MD del driver, hemos comprobado que el ajuste inicial de RAPCSET≈1KΩ, era suficiente para mantener la corriente de fotodiodo estable.

mAV

R

VI

APCSET

refMD 722.0

9002

3.1

2

(4.3)

La corriente de polarización medida en el pin de monitorización de la misma, BC_MON, ha sido la siguiente:

mAV

R

VI

MONBC

MONBCBIAS 84.36

76

)(035.08080

_

_

(4.4)

La corriente de modulación que medimos gracias a una sonda que nos permitía ver la señal de salida y que por consiguiente era la señal a la entrada del cátodo del diodo láser era de un valor máximo de 116mA Aplicamos la Ecuación (3.11) para calcular la corriente de modulación, la resistencia de 30Ω corresponde a la resistencia equivalente obtenida de la suma de la resistencia del diodo láser más la resistencia en serie a la salida del driver, RD =10Ω (Damping Resistor).

mAVV

I ppoutputMOD 116

30

5.3

30

(4.5)

Este valor de voltaje de salida estaba siendo controlado por la resistencia RMODSET. Otra medida que realizamos en este circuito óptico fue el de la corriente consumida por el circuito. Mediante un multímetro en serie con la entrada de la alimentación de nuestro circuito y la fuente de alimentación, obtuvimos que nuestro circuito consume una corriente igual a 310mA.

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Capítulo4. Descripción y prototipo de prueba del driver 43

Fig. 4.3 Señal a la salida del circuito óptico

Teniendo en cuenta que el nivel de continua y el nivel de pipo a pico de la señal de salida del circuito óptico Fig. 4.3, hemos obtenido la siguiente aproximación.

BIASpp

AVG IV

V 2

(4.6)

En la validación óptica de nuestro transmisor, comprobamos si realmente estábamos llegando a los mínimos de potencia requerida, para ello nos hemos servido del medidor de potencia óptica media, modelo POM-300. Una vez realizadas y verificadas las medidas de corrientes que proporcionábamos al diodo láser, hemos conectado la fibra del diodo láser al medidor de potencia óptica, en él pudimos observar la potencia media que estábamos generando en función del nivel de la señal de modulación, la misma que estaba determinada según el valor del potenciómetro RMODSET que establecíamos. Para poder medir la potencia media generada, además del medidor óptico nos vimos en la necesidad de utilizar atenuadores, debido a que la máxima potencia que puede medir este instrumento es de 10mW y según nuestras expectativas nuestro diodo láser sería capaz de proporcionar hasta 15mW. Utilizamos tres atenuadores donde cada uno de ellos atenuaba 2dB, por lo que teniendo un factor de atenuación de 4, la potencia que se obtuviera en la pantalla del medidor debería seguir la siguiente ecuación.

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44 Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas

mWmWP

Pláserdiodo

TEÓRICAAVG875.1

24

15

24

_

_ (4.7)

Una vez conectada la fibra al medidor de potencia óptica media, pudimos comprobar que realmente nuestro diodo láser estaba funcionando correctamente y dentro de los márgenes de potencia previstos.

Tabla 4.1 Potencia óptica media según el nivel de la señal de salida.

VOUT PAVG (mW)

305mVpp 0.1

900mVpp 0.473

3.5Vpp 1.042

Teniendo en cuenta la ecuación 5.1 la potencia máxima que deberíamos haber sido capaces de generar es del orden de 1.8mW, que comparada a la potencia óptica que hemos llegado a obtener, podemos decir que nuestro circuito óptico ha permitido llegar a proporcionar una potencia óptica aceptable. En la siguiente imagen podemos observar la variación de la potencia óptica del diodo láser, canal 1, según la variación de la señal de entrada al cátodo del mismo, canal 2.

Fig. 4.4 Variación de la potencia óptica del diodo láser

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Capítulo4. Descripción y prototipo de prueba del driver 45

Tabla 4.2 Características de las señales de la Figura 5.1

Canal 1 Canal 2 x 10

Escala 1V/div 100mV/div

Vpp 2.156 V 350 mV/div

Duty cycle DC 30.2% 37.2%

Periodo 40ns 40ns

Otra cálculo que realizamos fue la medida de la potencia de pico que teníamos en relación con el duty cycle (DC) de la señal óptica, canal 1 de la Fig. 4.4

max

max

P

P

P

EP

E

T

tDC AVG

AVG

p

p

(4.8)

Tabla 4.3 Definición de parámetros

Ep Energía por pulso

Pmax Potencia de Pico

PAVG Potencia media del láser

∆t Duración del pulso

T Periodo

mWmW

DC

PP AVG 45.3

302.0

042.1max (4.9)

Al margen de estos resultados satisfactorios, nos hemos encontrado con situaciones en las que por causa de un intento de llevar al máximo rendimiento a nuestro diodo láser, hemos llegado a un punto en el que no hemos conseguido obtener ningún resultado grato, debido a que el diodo láser ha dejado de comportarse como tal, para pasar a funcionar como un diodo Led.

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Conclusiones 47

CONCLUSIONES El desarrollo del proyecto se ha centrado en el estudio del driver del diodo láser que disponíamos, con el objetivo de poder controlar las corrientes de salida, las mismas que le proporcionábamos al diodo láser. Una de las dificultades con las que nos hemos encontrado ha sido que en un primer momento disponíamos de un driver que no se correspondía con el encapsulado de nuestro diodo láser, lo cual impedía la utilización del fotodiodo monitor del mismo. Hemos desarrollado un circuito de prueba donde integramos un circuito de control automático de potencia que nos proporcionaba la corriente proveniente de ese fotodiodo del que no disponíamos, además para asegurarnos de los niveles máximos y mínimos que nuestro driver podía llegar a proporcionar probamos diversas combinaciones en las resistencias de control y de estabilización. Una de las particularidades de nuestro driver para su funcionamiento es la necesidad de dos señales, datos y datos negados. Actualmente se está desarrollando un modulador PPM con tecnología FPGA, que ya incluye esta funcionalidad. Dado que en la fecha de prueba del driver no se disponía de dicho circuito, fue necesario el desarrollo de un circuito capaz de proporcionarnos las dos señales necesarias a la entrada del driver, a partir de las señales generadas por un generador de funciones; a este circuito lo hemos llamado circuito inversor. En el apartado de los resultados de las pruebas en el laboratorio del circuito eléctrico, se muestran los valores que harán que el diodo láser trabaje dentro de sus límites, estos valores están constatados según las características proporcionadas por el fabricante del diodo láser empleado. El circuito donde integramos el diodo láser se diseñó a partir del de prueba, aquí pudimos comprobar que las medidas se han correspondido con los niveles requeridos para el funcionamiento del diodo láser, ya que pudimos medir niveles de potencia óptica propias de nuestro diodo.

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Agradecimientos 49

AGRADECIMIENTOS Dedico estas líneas a aquellas personas que han estado a mi lado durante el desarrollo de este proyecto. Le agradezco al señor Joaquim Giner Nos, por haber tenido la paciencia suficiente de guiarme durante el desarrollo del diseño de las placas PCB. A Rubén Tardío López y a Albert Martón González, técnicos del laboratorio de microondas, encargados del montaje de los componentes de mis circuitos. A mi tutor del proyecto, Alejandro Rodríguez Gómez, ya que siempre he podido contar con él para resolver cualquier duda o dificultad en el desarrollo del proyecto. Finalmente quiero agradecer a mi familia y muy en especial a César por estar durante todo este tiempo a mi lado dándome ánimos para llegar hasta este punto. Gracias a todos.

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Bibliografía 51

BIBLIOGRAFÍA [1] Torres Portero, M., & Torres Portero, M. Á. (2004). Diseño e ingeniería electrónica asistida con protel DXP. Madrid: Ra-Ma. [2] Optical Communication Downlink between a LEO satellite and a Optical Ground Station.doc [3] Maxim Integrated Products. (URL: http://www.maxim-ic.com/) [4] Data Sheet: “MAX3646: 155Mbps to 622Mbps SFF/SFP Laser Driver with Extinction Ratio Control -Maxim Integrated Products. [5] Design Note: “Choosing AC-Coupling Capacitors” – HFAN-01.1, Maxim Integrated Products, October, 2000 [6] Design Note: “Choosing the APC Loop Capacitors Used with MAX3735 / MAX3735A SFP Module Designs” – HFDN-23.0, Maxim Integrated Products,September, 2002 [7] Design Note: “Circuit Card Layout Considerations” – HFDN-7.2, Maxim Integrated Products, April, 2008 [8] Design Note: “Interfacing Maxim Laser Drivers with Laser Diodes” – HFDN-02.0, Maxim Integrated Products, May, 2000 [9] Photonic Products. (URL:http://www.photonic-products.com/) [10] Sony Laser Diode Guide http://www.photonic-products.com/techinfo/sony_tech/sony_databook.pdf [11] Qphotonics, LLC. (URL:http://www.qphotonics.com/) [12] High-Speed Board Layout Guidelines. (URL:http://www.altera.com/literature/an/an224.pdf)

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ANEXOS TÍTULO DEL TFC: Diseño electrónico de un transmisor de comunicaciones ópticas para un satélite de baja orbita basado en un diodo laser TITULACIÓN: Ingeniería Técnica de Telecomunicaciones, especialidad Sistemas de Telecomunicación AUTOR: Tatiana Elizabeth Sánchez Sánchez DIRECTOR: Alejandro Rodríguez Gómez FECHA: 4 de Abril del 2010

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Anexo I. Condiciones típicas de fallo 55

ANEXO I. CONDICIONES TÍPICAS DE FALLO

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Anexo I. Condiciones típicas de fallo 56

Entre las típicas condiciones de fallo con las que nos podemos encontrar en el circuito del driver del diodo laser, y por las que se puede generar una señal de error, aparecen las siguientes opciones.

Tabla I.1 Señales de aviso de error.

1 Si alguno de los pines de entrada o salida están en cortocircuito a GND o VCC, y la corriente de polarización o la de corriente del monitor del fotodiodo excede el umbral programado.

2 End-of-life- (EOL) final de vida del diodo laser.

3 Cátodo del laser está conectado a tierra y la corriente del monitor del fotodiodo excede el umbral.

4 No hay alimentación para el lazo de Control Automático de Potencia (APC), porque una conexión está rota o porque hay un defecto en el monitor del fotodiodo, y la corriente de polarización excede su umbral.

En la siguiente tabla podremos observar los posibles errores que podrían provocar la emisión de una señal de error.

Tabla I.2 Respuesta de nuestro circuito a diversos únicos puntos de error.

PIN Respuesta a un corto a VCC Respuesta a un corto a masa

TX_DISABLE Las corrientes de modulación y de polarización estaría deshabilitadas

Salidas habilitadas

MD Se deshabilita la corriente de polarización, lo que produciría una señal de error

El circuito de control automático de potencia responde disminuyendo la corriente de polarización hasta darse una señal de error.

BIAS En este caso, el voltaje en directa del laser es 0V y no se emite luz.

Tenemos señal de error, por lo que con el circuito de SHUTDOWN deshabilitamos la corriente del laser.

PC_MON Tenemos señal de error No afecta a la potencia del laser

BC_MON Tenemos señal de error No afecta a la potencia del laser

MODSET No afecta a la potencia del laser Tenemos señal de error

APCSET No afecta a la potencia del laser Tenemos señal de error

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Anexo II. Datasheet del diodo láser empleado 57

ANEXO II. DATASHEET DEL DIODO LÁSER EMPLEADO

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datasheet

33.61

21.26

11.61

8.00approx

321

1

2

3

LD PD

The 300-0055-01 785nm Pigtailed LaserDiode Module comprises an infraredwavelength laser diode packaged in

a coaxial housing and FC-PC connector.

It provides 20.0mW (max), fibre outputpower when coupled to a 9/125µm fibre.

300-0055-01 785nm Pigtailed Laser Diode Module

Key features Infrared light λ = 785nm

Fibre output power 20.0mW

Coaxial pigtail

FC-PC connector

Built-in InGaAs monitor photodiode

Laser diode with multi-quantum well structure

Hermetically sealed active component

High reliability

Applications

Scientific equipment

Fault locators

785nm fibrepigtailed laserdiode module

www.photonic-products.com laser diode solutions

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300-0055-01 Specifications

Absolute Maximum Ratings (Tc = 25oC)

ITEM SYMBOL VALUE UNIT

Fibre Output Power Pf 20 mW

LD Reverse Voltage VRLD 2 V

PD Reverse Voltage VRPD 30 V

Operating Temperature Topr -10, +60oC

Storage Temperature Tstg -40, +85oC

Optical & Electrical Characteristics All optical data refer to a coupled 9/125µm fibre, (Tc = 25oC).

ITEM SYMBOL MIN. TYP. MAX. UNIT TESTING CONDITION

Fibre Output Power Pf - 15.0 20.0 mW

Threshold Current Ith - 30 50 mA CW

Peak Wavelength λ 780 785 800 nm Pf=15mW

Operating Current Iop - 100 140 mA Pf=15mW

Operating Voltage Vop - 2.0 2.5 V Pf=15mW

PD Monitor Current Im 0.1 0.25 0.26 mA Pf=15mW

datasheet

PHOTONIC PRODUCTS UK LIMITEDSparrow Lane, Hatfield Broad Oak, Hertfordshire CM22 7BA UKTelephone: +44 (0) 1279 717170 E-mail: [email protected] PRODUCTS USATelephone: +1 714-841-1960 E-mail: [email protected] PRODUCTS GERMANYTelefon: +49 (0) 8142 / 669 8364 E-mail: [email protected]

778855nnmm ffiibbrree ppiiggttaaiilleedd llaasseerr ddiiooddee mmoodduullee

Issue A: 02/08

www.photonic-products.com laser diode solutions

WARNING:This laser device in operation produces visible and/or invisible laser radiation. Be sure to avoid direct exposure of humaneyes to beams emitted from the laser diodes. Even though they are barely visible and/or invisible to the human eye, they canbe extremely harmful. In particular, avoid looking directly into a laser diode or collimated beam along its optical axis when itis in operation. These devices are components to be used in producing a complete laser system. They do not emit radiationunless combined with other components by the end user.

NOTE: ESD precautions must be taken when handling this product.

Specifications subject to change without notice. E&OE

LLaasseerr SSaaffeettyyThe light emitted from these devices has been set in accordance with IEC60825. However, staring into the beam, whetherdirectly or indirectly, must be avoided. IEC60825 classifies laser products into three different categories depending on lightemitted, wavelength and eye safety.CLASS II“Caution”, visible laser light less than 1.0mW. Considered eye safe, normal exposure to this type of beam will not causepermanent damage to the retina.CLASS IIIR“Danger”, visible laser light between 1.0mW and 5.0mW. Considered eye safe with caution. Focusing of this light into the eyecould cause some damage.CLASS IIIB“Danger”, infrared (IR), and high power visible lasers considered dangerous to the retina if exposed.NB: It is important to note that while complying with the above classifications, unless otherwise stated, our laser diodeproducts are not certified and are designed solely for use in OEM products. The way in which the device is used in the finalproduct may alter its original design classification, and it is the responsibility of the OEM to ensure compliance with therelevant standards.

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Anexo III. Datasheet del driver utilizado 61

ANEXO III. DATASHEET DEL DRIVER UTILIZADO

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General DescriptionThe MAX3646 is a +3.3V laser driver designed for mul-t irate transceiver modules with data rates from155Mbps to 622Mbps. Lasers can be DC-coupled tothe MAX3646 for reduced component count and easeof multirate operation.

Laser extinction ratio control (ERC) combines the featuresof automatic power control (APC), modulation compensa-tion, and built-in thermal compensation. The APC loopmaintains constant average optical power. Modulationcompensation increases the modulation current in pro-portion to the bias current. These control loops, com-bined with thermal compensation, maintain a constantoptical extinction ratio over temperature and lifetime.

The MAX3646 accepts differential data input signals.The wide 5mA to 60mA (up to 85mA AC-coupled) mod-ulation current range and up to 100mA bias currentrange, make the MAX3646 ideal for driving FP/DFBlasers in fiber optic modules. External resistors set therequired laser current levels. The MAX3646 providestransmit disable control (TX_DISABLE), single-pointfault tolerance, bias-current monitoring, and photocur-rent monitoring. The device also offers a latched failureoutput (TX_FAULT) to indicate faults, such as when theAPC loop is no longer able to maintain the averageoptical power at the required level. The MAX3646 iscompliant with the SFF-8472 transmitter diagnostic andSFP MSA timing requirements.

The MAX3646 is offered in a 4mm x 4mm, 24-pin thinQFN package and operates over the extended -40°C to+85°C temperature range.

ApplicationsMultirate OC-3 to OC-12 FEC Transceivers

125Mbps Ethernet SFP, GBIC, and 1 x 9Transceivers

Features♦ Single +3.3V Power Supply

♦ 47mA Power-Supply Current

♦ 85mA Modulation Current

♦ 100mA Bias Current

♦ Automatic Power Control (APC)

♦ Modulation Compensation

♦ On-Chip Temperature Compensation

♦ Self-Biased Inputs for AC-Coupling

♦ Ground-Referenced Current Monitors

♦ Laser Shutdown and Alarm Outputs

♦ Enable Control and Laser Safety Feature

MA

X3

64

6

155Mbps to 622Mbps SFF/SFP Laser Driver with Extinction Ratio Control

________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1

Ordering Information

19-3161; Rev 1; 7/04

For pricing, delivery, and ordering information, please contact Maxim Direct at 1-888-629-4642,or visit Maxim’s website at www.maxim-ic.com.

EVALUATION KIT

AVAILABLE

PART TEMP RANGE PIN-PACKAGE

MAX3646ETG -40°C to +85°C 24 Thin QFN-EP*

MAX3646ETG+ -40°C to +85°C 24 Thin QFN-EP*

BIAS

APCF

ILT2

VCC

VCC

TX_DISABLE

MODTCOMP

TH_T

EMP

OUT+

APCF

ILT1

SHUT

DOW

N

GND

BC_M

ON

TX_F

AULT

GND

VCC

VCC

MD

MOD

SET

APCS

ET

1

2

3

4

5

6

7 8 9 10 11 12

24 23 22 21 20 19

13

14

15

16

17

18

TOP VIEW

*THE EXPOSED PADDLE MUST BE SOLDERED TO SUPPLYGROUND ON THE CIRCUIT BOARD.

IN+

IN-

PC_M

ON

OUT-

MOD

BCOM

P

MAX3646

*EP

Pin Configuration

Typical Application Circuit appears at end of data sheet.

+Denotes a lead-free/RoHS-compliant package.*EP = Exposed pad.

Page 71: TRABAJO FINAL DE CARRERA - Pàgina inicial de UPCommons

MA

X3

64

6

155Mbps to 622Mbps SFF/SFP Laser Driver with Extinction Ratio Control

2 _______________________________________________________________________________________

ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS

ELECTRICAL CHARACTERISTICS(VCC = +2.97V to +3.63V, TA = -40°C to +85°C. Typical values are at VCC = +3.3V, IBIAS = 60mA, IMOD = 60mA, TA = +25°C, unlessotherwise noted.) (Notes 1, 2)

Stresses beyond those listed under “Absolute Maximum Ratings” may cause permanent damage to the device. These are stress ratings only, and functionaloperation of the device at these or any other conditions beyond those indicated in the operational sections of the specifications is not implied. Exposure toabsolute maximum rating conditions for extended periods may affect device reliability.

Supply Voltage VCC...............................................-0.5V to +6.0VIN+, IN-, TX_DISABLE, TX_FAULT, SHUTDOWN,

BC_MON, PC_MON, APCFILT1, APCFILT2, MD, TH_TEMP, MODTCOMP, MODBCOMP, MODSET, and APCSET Voltage.............-0.5V to (VCC + 0.5V)

OUT+, OUT-, BIAS Current.............................-20mA to +150mAContinuous Power Dissipation (TA = +85°C)

24-Pin TQFN (derate 20.8mW/°C above +85°C) .......1805mWOperating Junction Temperature Range...........-55°C to +150°CStorage Temperature Range .............................-55°C to +150°C

PARAMETER SYMBOL CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS

POWER SUPPLY

Supply Current ICC (Note 3) 47 60 mA

Power-Supply Noise Rejection PSNR f ≤ 1MHz, 100mAP-P (Note 4) 33 dB

I/O SPECIFICATIONS

Differential Input Swing VID DC-coupled, Figure 1 0.2 2.4 VP-P

Common-Mode Input VCM 1.7VCC -VID / 4

V

LASER BIAS

Bias-Current-Setting Range 1 100 mA

Bias Off Current TX_DISABLE = high 0.1 mA

Bias-Current Monitor Ratio IBIAS / IBC_MON 68 79 95 mA/mA

LASER MODULATION

Modulation Current-SettingRange

IMOD (Note 5) 5 85 mA

Output Edge Speed20% to 80%(Notes 6, 7)

5mA ≤ IMOD ≤ 85mA 100 200 ps

Output Overshoot/Undershoot (Note 7) (with 2pF between OUT+ and OUT-) ±6 %

Random Jitter (Notes 6, 7) 1.1 2.5 psRMS

622Mbps, 5mA ≤ IMOD ≤ 85mA 24 46Deterministic Jitter (Notes 6, 8)

155Mbps, 5mA ≤ IMOD ≤ 85mA 45 100psP-P

5mA ≤ IMOD ≤ 10mA ±175 ±600Modulation-Current TemperatureStability

(Note 6)10mA < IMOD ≤ 85mA ±125 ±480

ppm/°C

5mA ≤ IMOD ≤ 10mA ±20Modulation-Current-Setting Error

15Ω load,TA = +25°C 10mA < IMOD ≤ 85mA ±15

%

Modulation Off Current TX_DISABLE = high 0.1 mA

AUTOMATIC POWER AND EXTINCTION RATIO CONTROLS

Monitor-Diode Input CurrentRange

IMD Average current into the MD pin 18 1500 µA

MD Pin Voltage 1.4 V

MD Current Monitor Ratio IMD / IPC_MON 0.85 0.93 1.15 mA/mA

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MA

X3

64

6

155Mbps to 622Mbps SFF/SFP Laser Driver with Extinction Ratio Control

_______________________________________________________________________________________ 3

Note 1: AC characterization is performed using the circuit in Figure 2 using a PRBS 223 - 1 or equivalent pattern.Note 2: Specifications at -40°C are guaranteed by design and characterization.Note 3: Excluding IBIAS and IMOD. Input data is AC-coupled. TX_FAULT open, SHUTDOWN open.Note 4: Power-supply noise rejection (PSNR) = 20log10(Vnoise (on VCC) / ΔVOUT). VOUT is the voltage across the 15Ω load when IN+

is high.Note 5: The minimum required voltage at the OUT+ and OUT- pins is +0.75V.Note 6: Guaranteed by design and characterization.Note 7: Tested with 00001111 pattern at 622Mbps.Note 8: DJ includes pulse-width distortion (PWD).

PARAMETER SYMBOL CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS

APC Loop Time Constant CAPC_FILT = 0.01µF, ΔIMD / ΔIBIAS = 1/70 3.3 µs

APC Setting Stability (Note 6) ±100 ±480 ppm/°C

APC Setting Accuracy TA = +25°C ±15 %

IMOD Compensation-SettingRange by Bias

K K = ΔIMOD / ΔIBIAS 0 1.5 mA/mA

IMOD Compensation-SettingRange by Temperature

TC TC = ΔIMOD / ΔT (Note 6) 0 1.0 mA/°C

Threshold-Setting Range forTemperature Compensation

TTH (Note 6) +10 +60 °C

LASER SAFETY AND CONTROL

Bias and Modulation Turn-OffDelay

CAPC_FILT = 0.01µF, ΔIMD / ΔIBIAS = 1/80(Note 6)

5 µs

Bias and Modulation Turn-OnDelay

CAPC_FILT = 0.01µF, ΔIMD / ΔIBIAS = 1/80(Note 6)

600 µs

Threshold Voltage at Monitor Pins VREF Figure 5 1.14 1.3 1.39 V

INTERFACE SIGNALS

TX_DISABLE Input High VHI 2.0 V

TX_DISABLE Input Low VLO RPULL = 45kΩ (typical) 0.8 V

VHI = VCC 15TX_DISABLE Input Current

VLO = GND -70 -140µA

TX_FAULT Output Low Sinking 1mA, open collector 0.4 V

Shutdown Output High Sourcing 100µA VCC - 0.4 V

Shutdown Output Low Sinking 100µA 0.4 V

ELECTRICAL CHARACTERISTICS (continued)(VCC = +2.97V to +3.63V, TA = -40°C to +85°C. Typical values are at VCC = +3.3V, IBIAS = 60mA, IMOD = 60mA, TA = +25°C, unlessotherwise noted.) (Notes 1, 2)

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MA

X3

64

6

155Mbps to 622Mbps SFF/SFP Laser Driver with Extinction Ratio Control

4 _______________________________________________________________________________________

Typical Operating Characteristics(VCC = +3.3V, CAPC = 0.01µF, IBIAS = 20mA, IMOD = 30mA, TA = +25°C, unless otherwise noted.)

OPTICAL EYE DIAGRAM(622.08Mbps, 27 - 1 PRBS, 467MHz FILTER)

MAX3646 toc01

270ps/div

1310nm FP LASERre = 8.2dB

OPTICAL EYE DIAGRAM(155Mbps, 27 - 1 PRBS, 117MHz FILTER)

MAX3646 toc02

1ns/div

1310nm FP LASERre = 8.2dB

ELECTRICAL EYE DIAGRAM(IMOD = 30mA, 622.08MHz, 27 - 1 PRBS)

MAX3646 toc03

320ps/div

75mV/div

2pF BETWEEN OUT+AND OUT-

SUPPLY CURRENT (ICC) vs. TEMPERATURE(EXCLUDES BIAS AND MODULATION CURRENTS)

MAX

3646

toc0

4

TEMPERATURE (°C)

SUPP

LY C

URRE

NT (m

A)

80706050403020100-10-20-30

35

40

45

50

55

60

30-40 90

3.63V

2.97V3.3V

BIAS-CURRENT MONITOR RATIOvs. TEMPERATURE

MAX

3646

toc0

5

TEMPERATURE (°C)

I BIA

S/I B

C_M

ON (m

A/m

A)

807050 60-10 0 10 20 30 40-30 -20

72

74

76

78

80

82

84

86

88

90

70-40 90

PHOTOCURRENT MONITOR RATIOvs. TEMPERATURE

MAX

3646

toc0

6

TEMPERATURE (°C)

I MD/

I PC_

MON

(mA/

mA)

807050 60-10 0 10 20 30 40-30 -20

0.85

0.90

0.95

1.00

1.05

1.10

1.15

1.20

0.80-40 90

MODULATION CURRENT vs. RMODSET

MAX

3646

toc0

7

RMODSET (kΩ)

I MOD

(mA)

10

10

20

30

40

50

60

70

80

90

01 100

PHOTODIODE CURRENT vs. RAPCSET

MAX

3646

toc0

8

RAPCSET (kΩ)

I MD

(mA)

101

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

00.1 100

DETERMINISTIC JITTER vs.MODULATION CURRENT

MAX

3646

toc0

9

IMOD (mA)

DJ (p

s P-P

)

807050 6020 30 4010

30

40

50

60

70

80

90

100

200 90

155mbps

Page 74: TRABAJO FINAL DE CARRERA - Pàgina inicial de UPCommons

MA

X3

64

6

155Mbps to 622Mbps SFF/SFP Laser Driver with Extinction Ratio Control

_______________________________________________________________________________________ 5

Typical Operating Characteristics (continued)(VCC = +3.3V, CAPC = 0.01µF, IBIAS = 20mA, IMOD = 30mA, TA = +25°C, unless otherwise noted.)

RANDOM JITTER vs.MODULATION CURRENT

MAX

3646

toc1

0

IMOD (mA)

RJ (p

s RM

S)

807050 6020 30 4010

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

00 90

COMPENSATION (K) vs. RMODBCOMP

MAX

3646

toc1

1

RMODBCOMP (kΩ)

K (m

A/m

A)

1010.10.01

0.1

1

10

0.010.001 100

TEMPERATURE COMPENSATION vs.RTH_TEMP (RMODTCOMP = 500Ω)

MAX

3646

toc1

2

TEMPERATURE (°C)

I MOD

(mA)

80706050403020100

40

50

60

70

80

90

100

30-10 90

RTH_TEMP = 12kΩ

RTH_TEMP = 7kΩ

RTH_TEMP = 4kΩ

RTH_TEMP = 2kΩ

TEMPERATURE COMPENSATION vs.RTH_TEMP (RMODTCOMP = 10kΩ)

MAX

3646

toc1

3

TEMPERATURE (°C)

I MOD

(mA)

80706050403020100

32

34

36

38

40

42

44

30-10 10090

RTH_TEMP = 12kΩ

RTH_TEMP = 7kΩ

RTH_TEMP = 4kΩ

RTH_TEMP = 2kΩ

HOT PLUG WITH TX_DISABLE LOWMAX3646 toc14

20ms/div

VCC

FAULT

TX_DISABLE

LASEROUTPUT

0V

3.3V

t_init = 59.6ms

LOW

LOW

TRANSMITTER ENABLEMAX3646 toc15

10μs/div

VCC

FAULT

TX_DISABLE

LASEROUTPUT

3.3V

t_on = 23.8μs

LOW

HIGH

LOW

TRANSMITTER DISABLEMAX37646 toc16

20ns/div

VCC

FAULT

TX_DISABLE

LASEROUTPUT

3.3V

91.2ns

LOW

HIGH

LOW

RESPONSE TO FAULTMAX3646 toc17

400ns/div

VPC_MON

FAULT

TX_DISABLE

LASEROUTPUT

t_fault = 160ns

EXTERNALLYFORCED FAULT

FAULT RECOVERY TIMEMAX3646 toc18

40ms/div

VPC_MON

FAULT

TX_DISABLE

LASEROUTPUT

t_init = 58ms

EXTERNALLYFORCED FAULT

LOW

LOWLOW

HIGH

HIGH

Page 75: TRABAJO FINAL DE CARRERA - Pàgina inicial de UPCommons

MA

X3

64

6

155Mbps to 622Mbps SFF/SFP Laser Driver with Extinction Ratio Control

6 _______________________________________________________________________________________

PIN NAME FUNCTION

1 MODTCOMP Modulation-Current Compensation from Temperature. A resistor at this pin sets the temperature coefficient of the modulation current when above the threshold temperature. Leave open for zero temperature compensation.

2, 5, 14, 17 VCC +3.3V Supply Voltage

3 IN+ Noninverted Data Input

4 IN- Inverted Data Input

6 TX_DISABLE Transmitter Disable, TTL. Laser output is disabled when TX_DISABLE is asserted high or left unconnected. The laser output is enabled when this pin is asserted low.

7 PC_MON Photodiode-Current Monitor Output. Current out of this pin develops a ground-referenced voltage across an external resistor that is proportional to the monitor diode current.

8 BC_MON Bias-Current Monitor Output. Current out of this pin develops a ground-referenced voltage across an external resistor that is proportional to the bias current.

9 SHUTDOWN Shutdown Driver Output. Voltage output to control an external transistor for optional shutdown circuitry.

10, 12 GND Ground

11 TX_FAULT Open-Collector Transmit Fault Indicator (Table 1)

13 BIAS Laser Bias-Current Output

15 OUT- Inverted Modulation-Current Output. IMOD flows into this pin when input data is low.

16 OUT+ Noninverted Modulation-Current Output. IMOD flows into this pin when input data is high.

18 MD Monitor Photodiode Input. Connect this pin to the anode of a monitor photodiode. A capacitor to ground is required to filter the high-speed AC monitor photocurrent.

19 APCFILT1 Connect a capacitor (CAPC) between pin 19 (APCFILT1) and pin 20 (APCFILT2) to set the dominant pole of the APC feedback loop.

20 APCFILT2 (See Pin 19)

21 APCSET A resistor connected from this pin to ground sets the desired average optical power.

22 MODSET A resistor connected from this pin to ground sets the desired constant portion of the modulation current.

23 MODBCOMP Modulation-Current Compensation from Bias. Couples the bias current to the modulation current. Mirrors IBIAS through an external resistor. Leave open for zero-coupling.

24 TH_TEMP Threshold for Temperature Compensation. A resistor at this pin programs the temperature above which compensation is added to the modulation current.

— EP Exposed Pad. Solder the exposed pad to the circuit board ground for specified thermal and electrical performance.

Pin Description

Page 76: TRABAJO FINAL DE CARRERA - Pàgina inicial de UPCommons

Detailed DescriptionThe MAX3646 laser driver consists of three main parts:a high-speed modulation driver, biasing block withERC, and safety circuitry. The circuit design is opti-mized for high-speed, low-voltage (+3.3V) operation(Figure 4).

High-Speed Modulation DriverThe output stage is composed of a high-speed differ-ential pair and a programmable modulation currentsource. The MAX3646 is optimized for driving a 15Ωload. The minimum instantaneous voltage required atOUT- is 0.7V for modulation currents up to 60mA and0.75V for currents from 60mA to 85mA. Operationabove 60mA can be accomplished by AC-coupling orwith sufficient voltage at the laser to meet the driveroutput voltage requirement.

To interface with the laser diode, a damping resistor(RD) is required. The combined resistance damping

resistor and the equivalent series resistance (ESR) ofthe laser diode should equal 15Ω. To further dampaberrations caused by laser diode parasitic induc-tance, an RC shunt network may be necessary. Refer toApplication Note 274: HFAN-02.0: Interfacing MaximLaser Drivers with Laser Diodes for more information.

Any capacitive load at the cathode of a laser diodedegrades optical output performance. Because theBIAS output is directly connected to the laser cathode,minimize the parasitic capacitance associated with thepin by using an inductor to isolate the BIAS pin para-sitics form the laser cathode.

Extinction Ratio ControlThe extinction ratio (re) is the laser on-state powerdivided by the off-state power. Extinction ratio remainsconstant if peak-to-peak and average power are heldconstant:

re = (2PAVG + PP-P) / (2PAVG - PP-P)

MA

X3

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6

155Mbps to 622Mbps SFF/SFP Laser Driver with Extinction Ratio Control

_______________________________________________________________________________________ 7

VIN+

VIN-

200mV (min)

2400mV (max)

100mV (min)

1200mV (max)

IMOD

VOLTAGE

CURRENT

TIME

SINGLE ENDED

DIFFERENTIAL(VIN+) - (VIN-)

IOUT+

Figure 1. Required Input Signal and Output Polarity

MAX3646

30Ω 30Ω

30Ω

75Ω 50Ω

OUT+

OUT-

VCC VCC

OSCILLOSCOPE

Z0 = 30Ω

Z0 = 30Ω Z0 = 50Ω

0.5pF

IOUT+

Figure 2. Test Circuit for Characterization

L11μH

C10.1μF

C30.1μF

C210μF

VOLTAGESUPPLY

SOURCENOISE OPTIONAL

OPTIONAL

FILTER DEFINED BY SFP MSAHOST BOARD MODULE

TO LASERDRIVER VCC

Figure 3. Supply Filter

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MA

X3

64

6

Average power is regulated using APC, which keepsconstant current from a photodiode coupled to thelaser. Peak-to-peak power is maintained by compen-sating the modulation current for reduced slope effi-ciency (η) of laser over time and temperature:

PAVG = IMD/ρMON

PP-P = η x IMOD

Modulation compensation from bias increases the mod-ulation current by a user-selected proportion (K) neededto maintain peak-to-peak laser power as bias current

increases with temperature. Refer to Application Note1119: HFAN-02.2.1: Maintaining the Extinction Ratio ofOptical Transmitters Using K-Factor Control for details:

K = ΔIMOD / ΔIBIAS

This provides a first-order approximation of the currentincrease needed to maintain peak-to-peak power.Slope efficiency decreases more rapidly as tempera-ture increases. The MAX3646 provides additional tem-perature compensation as temperature increases pasta user-defined threshold (TTH).

155Mbps to 622Mbps SFF/SFP Laser Driver with Extinction Ratio Control

8 _______________________________________________________________________________________

MAX3646

IN+

IN-

OUT-

OUT+

INPUT BUFFER

DATAPATH

IMOD

VBG

RMODSET

MODSET

VBGRAPCSETAPCSET

IAPCSET

CAPC

APCFILT1 APCFILT2

IBIAS

BIAS

MD

VCC

IBIASENABLE

x1

TX_FAULT

TX_DISABLE

SAFETY LOGICAND

POWER DETECTOR

RBC_MON

BC_MON

VCC

RPC_MON

PC_MON

RD

VCC

IMDCMD

SHUTDOWN

SHUTDOWN

x268

RPULL = 45kΩ

T

xKxTC

T > TTH

IBIAS

IMODENABLE

x1/2

MODTCOMP

RMODTCOMP

TH_TEMP

RTH_TEMP

MODBCOMP

RMODBCOMP

IBIAS82

IMD1

Figure 4. Functional Diagram

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6

155Mbps to 622Mbps SFF/SFP Laser Driver with Extinction Ratio Control

_______________________________________________________________________________________ 9

1If any of the I/O pins are shorted to GND or VCC (single-point failure; see Table 2), and the bias current or the photocurrentexceeds the programmed threshold.

2 End-of-life (EOL) condition of the laser diode. The bias current and/or the photocurrent exceed the programmed threshold.

3 Laser cathode is grounded and photocurrent exceeds the programming threshold.

4No feedback for the APC loop (broken interconnection, defective monitor photodiode), and the bias current exceeds theprogrammed threshold.

Table 1. Typical Fault Conditions

RBC_MON

BC_MON

VCC

VCCRPC_MON

PC_MON

COMP

VREF

VREF

TTLOPEN COLLECTOR

CMOS

SHUTDOWN

TX_FAULT

R

S

Q

RSLATCH

COUNTER60ms DELAY

POR AND COUNTER60ms DELAY

100ns DELAY IBIASENABLE

IMODENABLE

VCC

TX_DISABLE

COMP

EXCESSIVEAPC CURRENT

SETPOINT

EXCESSIVEMOD CURRENT

SETPOINT

IMD1

IBIAS82

Figure 5. Simplified Safety Circuit

Page 79: TRABAJO FINAL DE CARRERA - Pàgina inicial de UPCommons

MA

X3

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6

155Mbps to 622Mbps SFF/SFP Laser Driver with Extinction Ratio Control

10 ______________________________________________________________________________________

PINCIRCUIT RESPONSE TO OVERVOLTATGE OR

SHORT TO VCC

CIRCUIT RESPONSE TO UNDERVOLTAGE ORSHORT TO GROUND

TX_FAULT Does not affect laser power. Does not affect laser power.

TX_DISABLE Modulation and bias currents are disabled. Normal condition for circuit operation.

IN+The optical average power increases and a fault occursif VPC_MON exceeds the threshold. The APC loopresponds by decreasing the bias current.

The optical average power decreases and the APC loopresponds by increasing the bias current. A fault stateoccurs if VBC_MON exceeds the threshold voltage.

IN-The optical average power decreases and the APC loopresponds by increasing the bias current. A fault stateoccurs if VBC_MON exceeds the threshold voltage.

The optical average power increases and a fault occursif VPC_MON exceeds the threshold. The APC loopresponds by decreasing the bias current.

MD This disables bias current. A fault state occurs.The APC circuit responds by increasing the bias currentuntil a fault is detected, then a fault* state occurs.

SHUTDOWNDoes not affect laser power. If the shutdown circuitry isused, the laser current is disabled.

Does not affect laser power.

BIASIn this condition, the laser forward voltage is 0V and nolight is emitted.

Fault state* occurs. If the shutdown circuitry is used, thelaser current is disabled.

OUT+The APC circuit responds by increasing the bias currentuntil a fault is detected, then a fault state* occurs.

Fault state* occurs. If the shutdown circuitry is used, thelaser current is disabled.

OUT- Does not affect laser power. Does not affect laser power.

PC_MON Fault state* occurs. Does not affect laser power.

BC_MON Fault state* occurs. Does not affect laser power.

APCFILT1IBIAS increases until VBC_MON exceeds the thresholdvoltage.

IBIAS increases until VBC_MON exceeds the thresholdvoltage.

APCFILT2IBIAS increases until VBC_MON exceeds the thresholdvoltage.

IBIAS increases until VBC_MON exceeds the thresholdvoltage.

MODSET Does not affect laser power. Fault state* occurs.

APCSET Does not affect laser power. Fault state* occurs.

Table 2. Circuit Responses to Various Single-Point Faults

*A fault state asserts the TX_FAULT pin, disables the modulation and bias currents, and asserts the SHUTDOWN pin.

Page 80: TRABAJO FINAL DE CARRERA - Pàgina inicial de UPCommons

Safety CircuitryThe safety circuitry contains a disable input (TX_DISABLE), a latched fault output (TX_FAULT), andfault detectors (Figure 5). This circuitry monitors theoperation of the laser driver and forces a shutdown if afault is detected (Table 1). The TX_FAULT pin shouldbe pulled high with a 4.7kΩ to 10kΩ resistor to VCC asrequired by the SFP MSA. A single-point fault can be ashort to VCC or GND. See Table 2 to view the circuitresponse to various single-point failure. The transmitfault condition is latched until reset by a toggle orTX_DISABLE or VCC. The laser driver offers redundantlaser diode shutdown through the optional shutdowncircuitry as shown in the Typical Application Circuit.This shutdown transistor prevents a single-point fault atthe laser from creating an unsafe condition.

Safety Circuitry Current MonitorsThe MAX3646 features monitors (BC_MON, PC_MON)for bias current (IBIAS) and photocurrent (IMD). Themonitors are realized by mirroring a fraction of the cur-rents and developing voltages across external resistorsconnected to ground. Voltages greater than VREF atPC_MON or BC_MON result in a fault state. For exam-ple, connecting a 100Ω resistor to ground at each mon-itor output gives the following relationships:

VBC_MON = (IBIAS / 82) x 100ΩVPC_MON = IMD x 100Ω

External sense resistors can be used for high-accuracymeasurement of bias and photodiode currents. On-chip

isolation resistors are included to reduce the number ofcomponents needed to implement this function.

Design ProcedureWhen designing a laser transmitter, the optical output isusually expressed in terms of average power andextinction ratio. Table 3 shows relationships that arehelpful in converting between the optical averagepower and the modulation current. These relationshipsare valid if the mark density and duty cycle of the opti-cal waveform are 50%.

For a desired laser average optical power (PAVG) andoptical extinction ratio (re), the required bias and modu-lation currents can be calculated using the equations inTable 3. Proper setting of these currents requiresknowledge of the laser to monitor transfer (ρMON) andslope efficiency (η).

Programming the Monitor-DiodeCurrent Set Point

The MAX3646 operates in APC mode at all times. Thebias current is automatically set so average laser poweris determined by the APCSET resistor:

PAVG = IMD / ρMON

The APCSET pin controls the set point for the monitordiode current. An internal current regulator establishesthe APCSET current in the same manner as the MODSET pin. See the IMD vs. RAPCSET graph in theTypical Operating Characteristics and select the valueof RAPCSET that corresponds to the required current at+25°C:

IMD = 1/2 x VREF / RACPSET

The laser driver automatically adjusts the bias to main-tain the constant average power. For DC-coupled laserdiodes:

IAVG = IBIAS + IMOD / 2

Programming the ModulationCurrent with Compensation

Determine the modulation current form the laser slopeefficiency:

IMOD = 2 x PAVG / η x (re - 1)/(re+ + 1)

The modulation current of the MAX3646 consists of astatic modulation current (IMODS), a current proportion-al to IBIAS, and a current proportional to temperature.The portion of IMOD set by MODSET is established byan internal current regulator, which maintains the refer-ence voltage of VREF across the external programmingresistor. See the IMOD vs. RMODSET graph in theTypical Operating Characteristics and select the value

MA

X3

64

6

155Mbps to 622Mbps SFF/SFP Laser Driver with Extinction Ratio Control

______________________________________________________________________________________ 11

PARAMETER SYMBOL RELATION

Average power PAVG PAVG = (P0 + P1) / 2

Extinction ratio re re = P1 / P0

Optical power of a one P1 P1 = 2PAVG x re / (re + 1)

Optical power of a zero P0 P0 = 2PAVG / (re + 1)

Optical amplitude PP-P PP-P = P1 - P0

Laser slope efficiency η η = PP-P / IMOD

Modulation current IMOD IMOD = PP-P / ηThreshold current ITH P0 at I ≥ ITH

Bias current(AC-coupled)

IBIAS IBIAS ≥ ITH + IMOD / 2

Laser to monitortransfer

ρMON IMD / PAVG

Table 3. Optical Power Relations

Note: Assuming a 50% average input duty cycle and markdensity.

Page 81: TRABAJO FINAL DE CARRERA - Pàgina inicial de UPCommons

MA

X3

64

6 of RMODSET that corresponds to the required current at +25°C:

IMOD = IMODS + K x IBIAS + IMODT

IMODS = 268 x VREF / RMODSET

IMODT = TC x (T - TTH) | T > TTH

IMODT = 0 | T < TTH

An external resistor at the MODBCOMP pin sets currentproportional to IBIAS. Open circuiting the MODBCOMPpin can turn off the interaction between IBIAS and IMOD:

K = 1700 / (1000 + RMODBCOMP) +10%

If IMOD must be increased from IMOD1 to IMOD2 tomaintain the extinction ratio at elevated temperatures,the required compensation factor is:

K = (IMOD2 - IMOD1) / (IBIAS2 - IBIAS1)

A threshold for additional temperature compensationcan be set with a programming resistor at theTH_TEMP pin:

TTH = -70°C + 1.45MΩ / (9.2kΩ + RTH_TEMP)°C +10%

The temperature coefficient of thermal compensationabove TTH is set by RMODTCOMP. Leaving the MODTCOMP pin open disables additional thermalcompensation:

TC = 1 / (0.5 + RMODTCOMP(kΩ)) mA/°C +10%

Current Compliance (IMOD ≤ 60mA), DC-Coupled

The minimum voltage at the OUT+ and OUT- pins is0.7V.

For:

VDIODE = Diode bias point voltage (1.2V typ)

RL = Diode bias point resistance (5Ω typ)

RD = Series matching resistor (20Ω typ)

For compliance:

VOUT+ = VCC - VDIODE - IMOD x (RD + RL) - IBIAS x RL ≥ 0.7V

Current Compliance (IMOD > 60mA), AC-Coupled

For applications requiring modulation current greaterthan 60mA, headroom is insufficient from proper opera-tion of the laser driver if the laser is DC-coupled. Toavoid this problem, the MAX3646’s modulation outputcan be AC-coupled to the cathode of a laser diode. Anexternal pullup inductor is necessary to DC-bias themodulation output at VCC. Such a configuration isolateslaser forward voltage from the output circuitry and allowsthe output at OUT+ to swing above and below the sup-ply voltage (VCC). When AC-coupled, the MAX3646modulation current can be programmed up to 85mA.Refer to Application Note 274: HFAN-02.0: Interfacing

155Mbps to 622Mbps SFF/SFP Laser Driver with Extinction Ratio Control

12 ______________________________________________________________________________________

VCC

VCC

VCC

0.11pF

0.7nHIN+

0.11pF

0.7nHIN-

PACKAGE

5kΩ

5kΩ

24kΩ

16kΩ

MAX3646

Figure 6. Simplified Input Structure

MAX3646

PACKAGE

0.7nH OUT-

0.7nH OUT+

0.11pF

0.11pF

VCC

Figure 7. Simplified Output Structure

Page 82: TRABAJO FINAL DE CARRERA - Pàgina inicial de UPCommons

Maxim Laser Drivers with Laser Diodes for more informa-tion on AC-coupling laser drivers to laser diodes.

For compliance:

VOUT+ = VCC - IMOD / 2 x (RD + RL) ≥ 0.75V

Determine CAPCThe APC loop filter capacitor (CAPC) must be selectedto balance the requirements for fast turn-on and mini-mal interaction with low frequencies in the data pattern.The low-frequency cutoff is:

CAPC(µF) ≅ 68 / (f3dB(kHz) x (η x ρMON)1.1

High-frequency noise can be filtered with an additionalcap, CMD, from the MD pin to ground:

CMD ≅ CAPC / 4

The MAX3646 is designed so turn-on time is faster than1ms for most laser gain values (η x ρMON). Choosing asmaller value of CAPC reduces turn-on time. Carefulbalance between turn-on time and low-frequency cutoffmay be needed at low data rates for some values oflaser gain.

Interface ModelsFigures 6 and 7 show simplified input and output cir-cuits for the MAX3646 laser driver. If dice are used,replace package parasitic elements with bondwire par-asitic elements.

Layout ConsiderationsTo minimize loss and crosstalk, keep the connectionsbetween the MAX3646 output and the laser diode asshort as possible. Use good high-frequency layout

techniques and multilayer boards with uninterruptedground plane to minimize EMI and crosstalk. Circuitboards should be made using low-loss dielectrics. Usecontrolled-impedance lines for data inputs, as well asthe module output.

Laser Safety and IEC 825Using the MAX3646 laser driver alone does not ensurethat a transmitter design is IEC 825 compliant. Theentire transmitter circuit and component selections mustbe considered. Each customer must determine the levelof fault tolerance required by their application, recogniz-ing that Maxim products are not designed or authorizedfor use as components in systems intended for surgicalimplant into the body, for applications intended to sup-port or sustain life, or for any other application where thefailure of a Maxim product could create a situationwhere personal injury or death may occur.

Exposed-Pad (EP) PackageThe exposed pad on the 24-pin QFN provides a very lowthermal resistance path for heat removal from the IC. Thepad is also electrical ground on the MAX3646 and shouldbe soldered to the circuit board ground for proper ther-mal and electrical performance. Refer to Application Note862: HFAN-08.1: Thermal Consideration of QFN andOther Exposed-Paddle Packages at www.maxim-ic.comfor additional information.

Chip InformationTRANSISTOR COUNT: 7884

PROCESSS: SiGe/BIPOLAR

MA

X3

64

6

155Mbps to 622Mbps SFF/SFP Laser Driver with Extinction Ratio Control

______________________________________________________________________________________ 13

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MA

X3

64

6

155Mbps to 622Mbps SFF/SFP Laser Driver with Extinction Ratio Control

Maxim cannot assume responsibility for use of any circuitry other than circuitry entirely embodied in a Maxim product. No circuit patent licenses areimplied. Maxim reserves the right to change the circuitry and specifications without notice at any time.

14 ____________________Maxim Integrated Products, 120 San Gabriel Drive, Sunnyvale, CA 94086 408-737-7600

© 2004 Maxim Integrated Products is a registered trademark of Maxim Integrated Products.

MAX3646

IN+

IN-

REPRESENTS A CONTROLLED-IMPEDANCE TRANSMISSION LINE.

V CC

SHUT

DOW

N

+3.3V

OPTIONAL SHUTDOWNCIRCUITRY

+3.3V15Ω

10Ω

OUT-

OUT+

BIAS

MDBC

_MON

APCF

ILT1

APCF

ILT2

GND

APCS

ET

MOD

SET

TX_D

ISAB

LE

TX_F

AULT

+3.3V

CDR

CAPC

R PC_

MON

CMD

0.01μF

FERRITE BEAD

PC_M

ON

R BC_

MON

R MOD

SET

R APC

SET

MODBCOMP

MODTCOMP

TH_TEMPRTH_TEMP

RMODTCOMP

RMODBCOMP

0.1μF

0.1μF

Typical Application Circuit

PACKAGE TYPE PACKAGE CODE DOCUMENT NO.

24 TQFN-EP T2444-3 21-0139

Package InformationFor the latest package outline information and land patterns, go to www.maxim-ic.com/packages.

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Anexo IV. Diodos láser consultados 77

ANEXO IV. DIODOS LÁSER

CONSULTADOS

Page 86: TRABAJO FINAL DE CARRERA - Pàgina inicial de UPCommons

data

shee

t Pigtailedlaser diode

module635nm

the Laser Diode specialists

123

7.5±0.2

12.7

±0.1

5

17.0

3.75

6.5 approx

4±0.2

2-2.5±0.2

7.50 max6.50 max4.00 max

31 max1000 min

1

2

3

PD LD

The 300-0073-00 635nm Pigtailed Laser Diode Module comprises a visiblewavelength laser diode packaged in a coaxial housing with mounting flange

and FC-PC connector.

It provides 8.0mW (max), fibre outputpower when coupled to a 9/125µm fibre.

300-0073-00 635nm Pigtailed Laser Diode Module

Key features Visible light λ = 635nm

Fibre output power 8.0mW

Coaxial pigtail with mounting flange

FC-PC connector

Built-in InGaAs monitor photodiode

Laser diode with multi-quantum well structure

Hermetically sealed active component

High reliability

Applications Fibre optic fault locators

Test equipment

Page 87: TRABAJO FINAL DE CARRERA - Pàgina inicial de UPCommons

data

shee

t

the Laser Diode specialistsIssue B:09/04

CLASS II“Caution”, visible laser light less than 1.0mW. Considered eye safe, normal exposure to this type of beam will not cause permanent damage to the retina.

CLASS IIIR“Danger”, visible laser light between 1.0mW and 5.0mW. Considered eye safe with caution. Focusing of this light into the eye could cause some damage.

CLASS IIIB“Danger”, infrared (IR), and high power visible lasers considered dangerous to the retina if exposed.

NB: It is important to note that while complying with the above classifications, unless otherwisestated, our laser diode products are not certified and are designed solely for use in OEM products.The way in which the device is used in the final product may alter its original design classification,and it is the responsibility of the OEM to ensure compliance with the relevant standards.

Laser SafetyThe light emitted from these devices has been set in accordance with IEC60825. However, staring into the beam, whether directly or indirectly, must be avoided. IEC60825 classifies laser products into three different categories depending on light emitted, wavelength and eye safety.

WARNING:This laser device in operation produces visible and/or invisible laser radiation. Be sure to avoid direct exposure of human eyes tobeams emitted from the laser diodes. Even though they are barely visible and/or invisible to the human eye, they can be extremelyharmful. In particular, avoid looking directly into a laser diode or collimated beam along its optical axis when it is in operation. Thesedevices are components to be used in producing a complete laser system. They do not emit radiation unless combined with othercomponents by the end user.

NOTE: ESD precautions must be taken when handling this product.

Specifications subject to change without notice. E&OE

300-0073-00 Specifications

Absolute Maximum Ratings (Tc = 25oC)

ITEM SYMBOL VALUE UNIT

Fibre Output Power Pf 8.0 mW

LD Reverse Voltage VRLD 2 V

PD Reverse Voltage VRPD 30 V

Operating Temperature Topr -10, +50oC

Storage Temperature Tstg -40, +85oC

Optical & Electrical Characteristics All optical data refer to a coupled 9/125µm fibre, (Tc = 25oC).

ITEM SYMBOL MIN. TYP. MAX. UNIT TESTING CONDITION

Fibre Output Power Pf 3.0 5.0 8.0 mW

Threshold Current Ith 30 45 65 mA CW

Peak Wavelength λ 635 639 642 nm Pf=5.0mW

Operating Current Iop - 95 130 mA Pf=5.0mW

Operating Voltage Vop - 2.3 2.8 V Pf=5.0mW

PD Monitor Current Im 0.05 0.15 0.25 mA Pf=5.0mW

Pigtailedlaser diode

module635nm

PHOTONIC PRODUCTS UK LIMITED

Pierce Williams, Sparrow Lane

Hatfield Broad Oak, Hertfordshire CM22 7BA, UK

Telephone: +44 (0) 1279 717170

Facsimile: +44 (0) 1279 717171

E-mail: [email protected]

www.photonic-products.com

PHOTONIC PRODUCTS USA

Telephone: +1 714-841-1960

E-mail: [email protected]

PHOTONIC PRODUCTS GERMANY

Telefon: +49 (0) 8142 / 669 8364

E-mail: [email protected]

www.photonic-products.com

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Units°Ck?mWmAmA

V

mAnAnmnm

HI10600.14

FC/APC

Pin Connection

1 TE Cooler (+)

5 LD Anode (+)

7 PD Cathode (+)

8 PD Anode (-)

9 LD Cathode (-)

11 Thermistor

12 Thermistor

14 TE Cooler (-)

Fiber TypeNA

Connector

BOTTOM VIEW

QPHOTONICS, LLC 3830 Packard Road, Suite 280,Ann Arbor, MI 48108, USA

Phone: 734-477-0133Fax: 734-477-0166Email: [email protected] http://www.qphotonics.com

Parameter Value

MODEL QFBGLD-1060-10PART NUMBER 08.18.19

Internal TemperatureThermistor ResistanceOptical Output PowerThreshold CurrentOperating Current

Operating Voltage

Monitor CurrentMonitor Dark Current

55

1.47

0.130

2510.010.128

OperatorDate

1063.6<0.01

Center WavelengthSpectral Width

LIV Test Data

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100

Iop, mAP

ow

er, m

W

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

Vo

p, V

Emission Spectrum

1030 1040 1050 1060 1070 1080 1090

Wavelength, nm

Lin

ear

Sca

le

CO

OLE

R

Page 89: TRABAJO FINAL DE CARRERA - Pàgina inicial de UPCommons

Optinal Test Report

55 mA

Temperature(C) Wavelength(nm) Resistance(K)20.19 1063.600 12.40620.31 1063.605 12.33720.42 1063.615 12.27620.53 1063.650 12.21520.61 1063.655 12.16920.82 1063.660 12.05520.92 1063.525 12.00121.02 1063.530 11.94821.14 1063.545 11.88721.32 1063.560 11.78821.45 1063.565 11.71921.64 1063.570 11.6221.75 1063.575 11.56621.85 1063.595 11.51321.95 1063.600 11.45222.06 1063.605 11.40622.27 1063.610 11.29922.38 1063.615 11.24622.59 1063.620 11.13922.78 1063.665 11.04722.88 1063.670 10.99423.09 1063.535 10.89523.18 1063.540 10.84923.26 1063.550 10.81123.41 1063.565 10.74223.49 1063.575 10.70423.70 1063.580 10.623.91 1063.580 10.50624.13 1063.585 10.40724.33 1063.590 10.315

OperatorDate

HI1060

FC/APC

QPHOTONICS, LLC

Operating Current

Fiber Type

Connector

3830 Packard Road, Suite 280,Ann Arbor, MI 48108, USA

Phone: 734-477-0133Fax: 734-477-0166Email: [email protected] http://www.qphotonics.com

MODELPART NUMBER

QFBGLD-1060-508.18.19

Wavelength Vs.Temperature

1063.50

1063.55

1063.60

1063.65

1063.70

20.0 21.0 22.0 23.0 24.0 25.0

Temperature, C

Wav

elen

gth

, nm

Page 90: TRABAJO FINAL DE CARRERA - Pàgina inicial de UPCommons

Units°Ck?mWmAmA

V

mAnAnmnm

SM8000.14

Pin Connection

1 TE Cooler (+)

5,10 LD Anode (+)

7 PD Cathode (+)

8 PD Anode (-)

9 LD Cathode (-)

11 Thermistor

12 Thermistor

14 TE Cooler (-)

Fiber TypeNA

Connector

BOTTOM VIEW

QPHOTONICS, LLC 3830 Packard Road, Suite 280,Ann Arbor, MI 48108, USA

Phone: 734-477-0133Fax: 734-477-0166Email: [email protected] http://www.qphotonics.com

Parameter Value

MODEL QFLD-790-10SPART NUMBER SAMPLE

Internal TemperatureThermistor ResistanceOptical Output PowerThreshold CurrentOperating Current

Operating Voltage

Monitor CurrentMonitor Dark Current

61

1.94

0.20

2510.010.128

OperatorDate

7951.06

Center WavelengthSpectral Width

LIV Test Data

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 20 40 60 80

Iop, mAP

ow

er, m

W

0

0.5

1

1.5

2

2.5

Vo

p, V

Emission Spectrum

770 780 790 800 810 820

Wavelength, nm

Line

ar S

cale

CO

OLE

R

Page 91: TRABAJO FINAL DE CARRERA - Pàgina inicial de UPCommons

Units°CkΩmWmAmAV

mAnAnmnm

SM8000.14

FC/APC

Pin Connection1 Thermistor2 Thermistor3 LD Cathode (-)4 PD Anode (-)5 PD Cathode (+)6 TE Cooler (+)7 TE Cooler (-)13 LD Anode (+)

AK10/26/2005

Fiber TypeNA

Connector

TOP VIEW

QPHOTONICS, LLC 1435 Crossways Blvd Ste: 101 Chesapeake, VA 23320 USA

Phone: 757-213-0560 FAX: 757-213-0563 E-mail: [email protected] http://www.qphotonics.com

Parameter Value

MODEL QFLD-775-10SBPART NUMBER SAMPLE

Internal TemperatureThermistor ResistanceOptical Output PowerThreshold CurrentOperating CurrentOperating VoltageMonitor CurrentMonitor Dark Current

1851.890.53

0

2510.010

100

OperatorDate

7750.16

Center WavelengthSpectral Width

LIV Test Data

0

2

4

6

8

10

12

14

0 100 200 300

Iop, mAPo

wer

, mW

0

0.5

1

1.5

2

2.5

Vop,

V

Emission Spectrum

770 772 774 776 778 780 782

Wavelength, nm

Line

ar S

cale

Page 92: TRABAJO FINAL DE CARRERA - Pàgina inicial de UPCommons

Units°Ck?mWmAmA

V

mAnAnmnm

SM8000.14

Pin Connection

1 TE Cooler (+)

2 Thermistor

3 PD Anode (-)

4 PD Cathode (+)

5 Thermistor

10 LD Anode (+)

11 LD Cathode (-)

14 TE Cooler (-)

OperatorDate

807.85

Center WavelengthSpectral Width

2510.01046

112

2

1.660

Operating Current

Operating Voltage

Monitor CurrentMonitor Dark Current

Internal TemperatureThermistor ResistanceOptical Output PowerThreshold Current

QPHOTONICS, LLC 3830 Packard Road, Suite 280,Ann Arbor, MI 48108, USA

Phone: 734-477-0133Fax: 734-477-0166Email: [email protected] http://www.qphotonics.com

Parameter Value

MODEL QFLD-808-10SBPART NUMBER 08.05.34

Fiber TypeNA

Connector

TOP VIEW

LIV Test Data

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 50 100 150 200

Iop, mAP

ow

er, m

W

0

0.5

1

1.5

2

2.5

Vo

p, V

Emission Spectrum

740 760 780 800 820 840

Wavelength, nm

Line

ar S

cale

Page 93: TRABAJO FINAL DE CARRERA - Pàgina inicial de UPCommons

EgismosDATASHEET 850nm Compact Laser Diode Modules Key featuresVisible light λ= 850nmOutput powers =20mW Package type=5.6mmΦHigh reliabilityApplicationsGeneral Purpose Infrared Red Laser Light SourceOptical Communication & Infrared Red Laser Module for Industry ApplicationMilitary Application & Optical Sensor Application of Engineering InstrumentsLaser Diode SolutionsSS-D6-6-855-20 is a MOCVD grown 850nm band laser diode.It's an attractive light source, with a typical light output power of CW 20mW . It's suitable for use as high reliability laser diode in a wide range of industrial application.

Electrical and Optical Characteristics at Tc=25Item Symbols Min. Typ. Max. Unit Condition

Optical Output Power

Po - 20 - mW -

Threshold Current

Ith 5 20 35 mA -

Operating Current

Iop 40 55 70 mA Po=20mW

Slope Efficiency

SE 0.4 0.5 0.9 mW/mA 10~20mW

Operating Voltage

Vop - 2.0 2.5 V Po=20mW

Peak Wavelength

λ p 845 855 865 nm Po=20mW

Beam Divergence

Θ// 7 9 12 deg Po=20mW

Θ25 32 40 deg Po=20mW

Beam AngleΘ//

- - ±2.0 deg Po=20mW

Θ- - ±3.0 deg Po=20mW

Monitor Current

Im 0.1 0.6 1.0 mA Po=20mW

Optical Distance

X, Y, Z - - ±60 μm

Astigmatism As - - 15 μm

egismoshttp://www.egismos.com

TEL:+1-888-3481454FAX:+1-604-4339864

E-Mail:[email protected]

Page 94: TRABAJO FINAL DE CARRERA - Pàgina inicial de UPCommons

EgismosDATASHEET Absolute Maximum Rating at Tc=25

Items Symbols Values UnitOptical Output Power Po 22 mW

Laser Diode Reverse Voltage

V 2 V

Photo Diode Reverse Volgate

V 30 V

Operating Temperature To -10~+60

Storage Temperature Ts -40~+85

Electrical Connection Package Type

P type (P,U,C)

M type (M,R)

N type (N,L,A)

egismoshttp://www.egismos.com

TEL:+1-888-3481454FAX:+1-604-4339864

E-Mail:[email protected]

Page 95: TRABAJO FINAL DE CARRERA - Pàgina inicial de UPCommons

Anexo V. Drivers de diodos láser consultados 87

ANEXO V. DRIVERS DE DIODOS LÁSER CONSULTADOS

Page 96: TRABAJO FINAL DE CARRERA - Pàgina inicial de UPCommons

General DescriptionThe MAX3273 is a compact, low-power laser driver forapplications up to 2.7Gbps. The device uses a single+3.3V supply and typically consumes 30mA. The biasand modulation current levels are programmed byexternal resistors. An automatic power-control (APC)loop is incorporated to maintain a constant averageoptical power over temperature and lifetime. The laserdriver is fabricated using Maxim’s in-house, second-generation SiGe process.

The MAX3273 accepts differential CML-compatibleclock and data input signals. Inputs are self-biased toallow AC-coupling. An input data-retiming latch can beenabled to reject input jitter if a clock signal is available.

The driver can provide bias current up to 100mA andmodulation current up to 60mAP-P with typical (20% to80%) edge speeds of 59ps. A failure-monitor output isprovided to indicate when the APC loop is unable tomaintain average optical power. The MAX3273 is avail-able in 4mm 4mm, 24-pin QFN and thin QFN pack-ages, as well as in die form.

ApplicationsSONET OC-48 and SDH STM-16Transmission Systems

Add/Drop Multiplexers

Digital Cross-Connects

2.5Gbps Optical Transmitters

Features♦ 30mA Power-Supply Current

♦ Single +3.3V Power Supply

♦ Up to 2.7Gbps (NRZ) Operation

♦ Automatic Average Power Control with FailureMonitor

♦ Programmable Modulation Current from 5mA to60mA

♦ Programmable Bias Current from 1mA to 100mA

♦ Typical Fall Time of 59ps

♦ Selectable Data Retiming Latch

♦ Complies with ANSI, ITU, and BellcoreSDH/SONET Specifications

MA

X3

27

3†

+3.3V, 2.5Gbps Low-Power Laser Driver

________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1

Ordering Information

19-2081; Rev 3; 2/07

For pricing, delivery, and ordering information, please contact Maxim/Dallas Direct! at 1-888-629-4642, or visit Maxim’s website at www.maxim-ic.com.

PART TEMP RANGE PIN-PACKAGE

PACKAGE CODE

MAX3273EGG -40°C to +85°C 24 QFN (4mm 4mm)

G2444-1

MAX3273ETG+ -40°C to +85°C 24 Thin QFN (4mm 4mm)

T2444-2

MAX3273E/D -40°C to +85°C Dice* —

†Covered by U.S. patent number 5,883,910.

Typical Application Circuit

DATA +

DATA -

CLK+

CLK-

2.5GbpsSERIALIZER WITH CLOCKGENERATION

100Ω

100Ω

DATA +

DATA -

CLK+

CLK-

VCC

V CC

EN

LATC

H

FAIL

APCF

ILT1

APCF

ILT2

GND

MOD

SET

BIAS

MAX

APCS

ET

OUT-

OUT+

BIAS

MD

0.01μFLP1

25ΩLP1

LP2

20Ω

0.056μF

REPRESENTS A CONTROLLED-IMPEDANCE TRANSMISSION LINE.

50Ω

50Ω

50Ω

50Ω

25Ω

VCC

500pF

MAX3273

Pin Configurations appear at end of data sheet.

*Dice are designed to operate from TA = -40°C to +85°C, butare tested and guaranteed at TA = +25°C only.+Denotes lead-free package.

Page 97: TRABAJO FINAL DE CARRERA - Pàgina inicial de UPCommons

General DescriptionThe MAX3643 burst-mode laser driver provides biasand modulation current drive for PON burst-mode ONTapplications. It is specifically designed for use with alow-cost external controller for the APC (and if desired,AMC) loop. A high-speed differential burst-enable inputenables the driver to switch the laser from a dark (out-put off) condition to full on-condition in less than 2ns.When BEN is inactive, typical modulation and bias cur-rents are 5μA each.

Laser modulation current can be set from 10mA to 85mAand bias current can be set from 1mA to 70mA using theMODSET and BIASSET inputs. A sample-and-hold circuitis provided to capture the monitor diode output duringshort PON bursts, if needed, and the BEN high-speedsignal is mirrored on an LVCMOS output to be used bythe controller operating the APC/AMC loop.

The MAX3643 burst-mode laser driver is packaged in a4mm x 4mm, 24-pin thin QFN package. It operates from -40°C to +85°C.

ApplicationsA/B/GPON ONT Modules up to 2.5Gbps

1.25Gbps IEEE EPON ONT Modules

Features♦ 10mA to 85mA Modulation Current

♦ 1mA to 70mA Bias Current

♦ Monitor Diode Sample and Hold

♦ 45ps Output Transition Time

♦ 2ns Turn-On/-Off Time

♦ Reference Voltage Generator

♦ LVPECL High-Speed Inputs (Data, Burst Enable)

MA

X3

64

3

155Mbps to 2.5Gbps Burst-Mode Laser Driver

________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1

PART TEMP RANGE PIN-PACKAGE

MAX3643ETG -40°C to +85°C 24 TQFN-EP*

MAX3643ETG+ -40°C to +85°C 24 TQFN-EP*

Ordering Information

OUT-VCC

FILTER+3.3V

OUT+10Ω

15Ω

+3.3V

0.1μF

24Ω27nH

10ΩBIAS+

15ΩVCC

RCOMP

CCOMP

START CONVERTANALOG OUT

ANALOG OUT

ANALOG IN

ANALOG IN

ANALOG INCONTINUOUSOPERATION

CONTROLLER

1kΩ

BIAS-

MDIN

MDOUT

GNDBENOUTBIASSETMODSET VBSETVMSET

3kΩ 1kΩ 1kΩ1kΩ

BCMONIMAX

EN

VREF

BEN-

BEN+

IN-

IN+

CONTROL

MAX3643

Typical Application Circuit

19-3848; Rev 1; 10/08

For pricing, delivery, and ordering information, please contact Maxim Direct at 1-888-629-4642,or visit Maxim’s website at www.maxim-ic.com.

EVALUATION KIT

AVAILABLE

+Denotes a lead-free/RoHS-compliant package.*EP = Exposed paddle.

Pin Configuration appears at end of data sheet.

Page 98: TRABAJO FINAL DE CARRERA - Pàgina inicial de UPCommons

General DescriptionThe MAX3656 is a burst-mode laser driver that oper-ates at data rates from 155Mbps up to 2.5Gbps. Thelaser driver accepts either positive-referenced emitter-coupled logic (PECL) or current-mode logic (CML) datainputs and provides bias and modulation current for thelaser diode. The device can switch the laser diode froma completely dark (off) condition to a full (on) condition(with proper bias and modulation currents) in less than2ns. The MAX3656 incorporates DC-coupling betweenlaser driver and laser diode and operates with a single-supply voltage as low as +3.0V.

A digital automatic power-control (APC) loop is providedto maintain the average optical power over the full tem-perature range and lifetime. The APC loop is functionalfor a minimum burst on-time of 576ns and minimumburst off-time of 96ns, with no limit on the maximumburst on- or off-time. A fail monitor is provided to indi-cate when the APC loop can no longer maintain theaverage power. The MAX3656 can be configured fornonburst-mode applications (continuous mode) by con-necting burst enable (BEN) high. For power saving, theMAX3656 provides enabling and disabling functionality.The modulation current can be set from 10mA to 85mAand the bias current can be set from 1mA to 70mA.

The MAX3656 is packaged in a small, 24-pin, 4mm

4mm thin QFN package and consumes only 132mW(typ), excluding bias and modulation currents.

ApplicationsFiber-to-the-Home (FTTH) and Fiber-to-the-Business (FTTB) Broadband Access Systems

Passive Optical Network (PON) Transmitters

APON, EPON, and GPON Upstream Transmitters

Features♦ Multirate Operation from 155Mbps to 2.5Gbps♦ Burst Enable/Disable Delay <2ns♦ Burst On-Time of 576ns to Infinity♦ Infinite Bias-Current Hold Time Between Bursts♦ DC-Coupled Operation with Single +3.3V Power

Supply♦ 40mA Typical Supply Current♦ Programmable Bias Current from 1mA to 70mA♦ Programmable Modulation Current from 10mA

to 85mA♦ Automatic Average Power Control with Failure

Monitor (No CAPC Capacitor Needed)♦ APC Loop Initialization ≤3 Bursts

MA

X3

65

6

155Mbps to 2.5Gbps Burst-ModeLaser Driver

________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1

VCC 1

2

3

4

5

6

7 8 9 10 11 12

13

14

15

16

17

18

192021222324

IN+

IN-

VCC

BEN+

BEN-

THIN QFN

GND

V CC

GND

LONG

B

BIAS-

BIAS+

VCC

OUT+

OUT-

VCC

GND

MD

V CC

BIAS

MAX

MOD

SET

APCS

ETTOP VIEW

**EXPOSED PAD IS CONNECTED TO GND

MAX3656

EN FAIL

Pin Configuration

SERIALDATA

SOURCE

IN+

IN-

BEN+

BEN-

V CC

100Ω

100Ω

OUT-

APCS

ET

MOD

SET

BIAS

MAX

EN GND

FAIL

LONG

B

OUT+

BIAS+

BIAS-

MD

MAX3656

BURSTCONTROL

VCC

VCC

VCC

Typical Application Circuit

19-2790; Rev 2; 10/04

For pricing, delivery, and ordering information, please contact Maxim/Dallas Direct! at 1-888-629-4642, or visit Maxim’s website at www.maxim-ic.com.

+ Denotes lead-free package.*Dice are designed to operate from TJ = -40°C to +120°C, butare only tested and guaranteed at TA = +25°C.**EP = Exposed pad.

Ordering Information

PART TEMP RANGE PIN-PACKAGE PKGCODE

MAX3656E/D — Dice* —

MAX3656ETG -40°C to +85°C 24 Thin QFN-EP** T2444-1

MAX3656ETG+ -40°C to +85°C 24 Thin QFN-EP** T2444-1

Functional Diagram appears at end of data sheet.

Page 99: TRABAJO FINAL DE CARRERA - Pàgina inicial de UPCommons

General DescriptionThe MAX3668 is a complete, +3.3V laser driver withautomatic power control (APC) circuitry for SDH/SONETapplications up to 622Mbps. It accepts differentialPECL inputs, provides bias and modulation currents,and operates over a temperature range of -40°C to+85°C.

An APC feedback loop is incorporated to maintain aconstant average optical power over temperature andlifetime. The wide modulation current range of 5mA to75mA and bias current of 1mA to 80mA are easy toprogram, making this product ideal for use in variousSDH/SONET applications.

The MAX3668 also provides enable control and a failure-monitor output to indicate when the APC loop is unableto maintain the average optical power. The MAX3668 isavailable in a 5mm 32-pin TQFP package as well as indice.

Applications622Mbps SDH/SONET Access Nodes

Laser Driver Transmitters

Section Regenerators

Features♦ Single +3.3V or +5.0V Operation

♦ 38mA Supply Current at +3.3V

♦ Programmable Modulation Current from 5mA to 75mA

♦ Programmable Bias Current from 1mA to 80mA

♦ Rise/Fall Time <200ps

♦ Automatic Average Power Control with FailureMonitor

♦ Complies with ANSI, ITU, and BellcoreSONET/SDH Specifications

♦ Enable Control

MA

X3

66

8†

+3.3V, 622Mbps SDH/SONETLaser Driver with Automatic Power Control

________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1

DATA+

BIAS

MAX

MOD

SET

APCS

ET

CAPC

FAIL

ENAB

LE

GND

MD

BIAS

OUT+

0.1μF

LASER

OUT-

CMD1000pF

RFILT20Ω

CFILT5pF

CD1.0μF

R+20Ω

R-6.3Ω

RD5Ω

FERRITEBEAD

VCC

DATA-PECL

+3.3V +3.3V

82Ω82Ω

130Ω130Ω

4:1SERIALIZER

WITHCLOCK GEN

MAX3693

MAX3668

Typical Operating Circuit

19-4799; Rev 4; 2/05

Ordering Information

Pin Configuration appears at end of data sheet.

Note: Dice are designed to operate over a -40°C to +140°Cjunction temperature (Tj) range, but are tested and guaranteedat TA = +25°C. *Contact factory for availability.+Denotes lead-free package.

†Covered by U.S. Patent numbers 5,802,089 and 5,883,910

For pricing, delivery, and ordering information, please contact Maxim/Dallas Direct! at 1-888-629-4642, or visit Maxim’s website at www.maxim-ic.com.

PART TEMP RANGE PIN-PACKAGE

MAX3668EHJ -40°C to +85°C 32 TQFP (5mm x 5mm)

MAX3668EHJ+ -40°C to +85°C 32 TQFP (5mm x 5mm)MAX3668E/D Note Dice*

Page 100: TRABAJO FINAL DE CARRERA - Pàgina inicial de UPCommons

General DescriptionThe MAX3669 is a complete, +3.3V laser driver with auto-matic power control (APC) circuitry for SDH/SONET appli-cations up to 622Mbps. It accepts differential PECLinputs, provides bias and modulation currents, and oper-ates over a temperature range from -40°C to +85°C.

An APC feedback loop is incorporated to maintain aconstant average optical power over temperature andlifetime. The wide modulation current range from 5mA to75mA and bias current of 1mA to 80mA are easy toprogram, making this product ideal for use in variousSDH/SONET applications. Two pins are provided tomonitor the current levels in the laser: BIASMON withcurrent proportional to laser bias current, and MODMONwith current proportional to laser modulation.

The MAX3669 also provides enable control and a failure-monitor output to indicate when the APC loop is unableto maintain the average optical power. The MAX3669 is available in 4mm x 4mm 24-pin thin QFN and 5mm x 5mm 32-pin TQFP packages as well as dice.

Applications622Mbps SDH/SONET Access Nodes

Laser Driver Transmitters

Section Regenerators

Features♦ +3.3V or +5.0V Single-Supply Operation♦ 40mA Supply Current at +3.3V♦ Programmable Bias Current from 1mA to 80mA♦ Programmable Modulation Current from

5mA to 75mA♦ Bias Current and Modulation Current Monitors♦ 200ps Rise/Fall Time♦ Automatic Average Power Control with Failure

Monitor♦ Complies with ANSI, ITU, and Bellcore

SONET/SDH Specifications♦ Enable Control

MA

X3

66

9

+3.3V, 622Mbps SDH/SONETLaser Driver with Current Monitors and APC

________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1

DATA+

BIAS

MAX

MOD

SET

APCS

ET

CAPC

FAIL

ENAB

LE

GND

MD

BIASBIASMON

MODMON

OUT+

0.1μF

LASER

OUT-

CMD100pF

RFILT20Ω

CFILT5pF

CD1μF

R+20Ω

R-6.3Ω

RD5Ω

FERRITEBEAD

VCC

DATA-PECL

+3.3V

+3.3V

+3.3V

84.5Ω84.5Ω

124Ω124Ω

4:1SERIALIZER

WITHCLOCK GEN

MAX3693

MAX3669

Typical Application Circuit

19-1575; Rev 5; 2/05

EVALUATION KIT

AVAILABLE

Ordering Information

Pin Configurations appear at end of data sheet.

For pricing, delivery, and ordering information, please contact Maxim/Dallas Direct! at 1-888-629-4642, or visit Maxim’s website at www.maxim-ic.com.

PART TEMP RANGE PIN-PACKAGE

MAX3669ETG -40°C to +85°C 24 Thi n Q FN * ( 4m m x 4m m )

MAX3669ETG+ -40°C to +85°C 24 Thi n Q FN * ( 4m m x 4m m )

MAX3669EHJ -40°C to +85°C 32 TQFP (5mm x 5mm)

MAX3669EHJ+ -40°C to +85°C 32 TQFP (5mm x 5mm)

MAX3669E/D (Note A) D i ce**

+Denotes lead-free package.Note A: Dice are designed to operate over a -40°C to +140°Cjunction temperature (Tj) range, but are tested and guaranteedat TA = +25°C.*Package Code: T2444-1.**Contact factory for availability.

Page 101: TRABAJO FINAL DE CARRERA - Pàgina inicial de UPCommons

General DescriptionThe MAX3735/MAX3735A are +3.3V laser drivers forSFP/SFF applications from 155Mbps up to 2.7Gbps.The devices accept differential input data and providebias and modulation currents for driving a laser. DC-coupling to the laser allows for multirate applicationsand reduces the number of external components. TheMAX3735/MAX3735A are fully compliant with the SFPMSA timing and the SFF-8472 transmit diagnosticrequirements.An automatic power-control (APC) feedback loop is incor-porated to maintain a constant average optical powerover temperature and lifetime. The wide modulation cur-rent range of 10mA to 60mA (up to 85mA AC-coupled)and bias current of 1mA to 100mA make this productideal for driving FP/DFB laser diodes in fiber-optic mod-ules. The resistor range for the laser current settings isoptimized to interface with the DS1858 SFP controller IC.The MAX3735/MAX3735A provide transmit-disable con-trol, a single-point latched transmit-failure monitor out-put, photocurrent monitoring, and bias-currentmonitoring to indicate when the APC loop is unable tomaintain the average optical power. The MAX3735Aalso features improved multirate operation.The MAX3735/MAX3735A come in package and dieform, and operate over the extended temperaturerange of -40°C to +85°C.

ApplicationsGigabit Ethernet SFP/SFF Transceiver Modules1G/2G Fibre Channel SFP/SFF Transceiver ModulesMultirate OC3 to OC48-FEC SFP/SFF TransceiverModules

Features♦ SFP Reference Design Available

♦ Fully Compliant with SFP and SFF-8472 MSAs

♦ Programmable Modulation Current from 10mA to60mA (DC-Coupled)

♦ Programmable Modulation Current from 10mA to85mA (AC-Coupled)

♦ Programmable Bias Current from 1mA to 100mA

♦ Edge Transition Times <51ps

♦ 27mA (typ) Power-Supply Current

♦ Multirate 155Mbps to 2.7Gbps Operation

♦ Automatic Average Power Control

♦ On-Chip Pullup Resistor for TX_DISABLE

♦ 24-Pin 4mm × 4mm QFN package

MA

X3

73

5/M

AX

37

35

A

2.7Gbps, Low-Power SFP Laser Drivers

________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1

Ordering Information

IN+

0.1μF

GND

MOD

SET

APCS

ET

APCF

ILT2

APCF

ILT1

SHUT

DOW

N

TX_F

AULT

TX_D

ISAB

LE

BC_M

ON

PC_M

ON MD

BIAS

OUT+OUT+

OUT-

OPTIONAL SHUTDOWNCIRCUITRY

V CC

IN-

REPRESENTS A CONTROLLED-IMPEDANCE TRANSMISSION LINE

SERDESMAX3735

MAX3735A

0.1μF

+3.3V

+3.3V

CMD

FERRITE BEAD

+3.3V

10

RBC_MON

RPC_MON

15 0.01μF

DS1858/DS1859CONTROLLER

IC CAPC

M0N2

M0N3

MON1

H1

H0

+3.3V

Typical Application Circuit

19-2529; Rev 2; 7/04

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*Dice are designed to operate from -40°C to +85°C, but aretested and guaranteed only at TA = +25°C.**EP = Exposed pad.+Denotes lead-free package.

PART TEMP RANGE PIN-PACKAGE

MAX3735E/D -40°C to +85°C Dice*

MAX3735ETG -40°C to +85°C 24 Thin QFN-EP**

MAX3735EGG -40°C to +85°C 24 QFN-EP**

MAX3735AETG -40°C to +85°C 24 Thin QFN-EP**

MAX3735AETG+ -40°C to +85°C 24 Thin QFN-EP**

Pin Configuration appears at end of data sheet.

EVALUATION KIT

AVAILABLE

Page 102: TRABAJO FINAL DE CARRERA - Pàgina inicial de UPCommons

General DescriptionThe MAX3736 is a compact, +3.3V multirate laser driverfor SFP/SFF applications up to 3.2Gbps. The deviceaccepts differential data and provides bias and modula-tion currents for driving a laser. DC-coupling to the laserallows for multirate applications, and reduces the num-ber of external components.

The wide 5mA to 60mA (85mA AC-coupled) modulationcurrent range and 1mA to 100mA bias current make theMAX3736 ideal for driving FP/DFB laser diodes in fiber-optic modules. The laser current setting can be con-trolled by a current DAC, a voltage DAC, or a resistor.Very low power dissipation, small package size, andreduced component count, make this part an ideal solu-tion for SFP-module applications.

The MAX3736 is available in dice or in a small 3mm x3mm, 16-pin thin QFN package. It operates over a -40°Cto +85°C temperature range.

ApplicationsGigabit Ethernet SFP/SFF Transceiver Modules

1G/2G Fibre-Channel SFP/SFF TransceiverModules

Multirate OC-3 to OC-48 FEC SFP/SFFTransceiver Modules

10G Ethernet LX-4 Modules

Features♦ Fully Compatible with SFP and SFF-8472

Specifications

♦ Programmable Modulation Current from 5mA to60mA (DC-Coupled)

♦ Programmable Modulation Current from 5mA to85mA (AC-Coupled)

♦ Programmable Bias Current from 1mA to 100mA

♦ 56ps Edge Transition Times

♦ 22mA (typ) Power-Supply Current

♦ Multirate Operation Up to 3.2Gbps

♦ On-Chip Pullup Resistor for DIS

♦ 16-Pin, 3mm × 3mm Thin QFN Package

MA

X3

73

6

3.2Gbps, Low-Power, Compact, SFP Laser Driver

________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1

Ordering Information

+3.3VSUPPLY FILTER

V CC

OUT-

OUT+

BIAS

BIAS

SET

MOD

SET

IN+

IN-

MOD-DEF1MOD-DEF2

TX_DISABLE LASER CONTROLLER

15Ω 56Ω

10Ω

8.2pF

0.01μF

FERRITEBEAD

0.1μF

0.1μF

GND

DIS

SERDES

HOST FILTER

VCC_RX

BC_M

ON

50Ω

50Ω

HOST BOARD SFP OPTICAL TRANSMITTER

MAX3736

Typical Application Circuit

19-3116; Rev 1; 2/06

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*Dice are designed to operate from -40°C to +85°C, but are test-ed and guaranteed only at TA = +25°C.+Denotes lead-free package.

PART TEMP RANGEPIN-PACKAGE

PKGCODE

MAX3736E/D -40°C to +85°C Dice* —

MAX3736ETE -40°C to +85°C 16 Thin QFN T1633-2

MAX3736ETE+ -40°C to +85°C 16 Thin QFN T1633-2

Pin Configuration appears at end of data sheet.

Page 103: TRABAJO FINAL DE CARRERA - Pàgina inicial de UPCommons

General DescriptionThe MAX3738 is a +3.3V laser driver designed for mul-t irate transceiver modules with data rates from155Mbps to 4.25Gbps. Lasers can be DC-coupled tothe MAX3738 for reduced component count and easeof multirate operation.

Laser extinction ratio control (ERC) combines the featuresof automatic power control (APC), modulation compensa-tion, and built-in thermal compensation. The APC loopmaintains constant average optical power. Modulationcompensation increases the modulation current in pro-portion to the bias current. These control loops, com-bined with thermal compensation, maintain a constantoptical extinction ratio over temperature and lifetime.

The MAX3738 accepts differential data input signals.The wide 5mA to 60mA (up to 85mA AC-coupled) mod-ulation current range and up to 100mA bias currentrange, make the MAX3738 ideal for driving FP/DFBlasers in fiber optic modules. External resistors set therequired laser current levels. The MAX3738 providestransmit disable control (TX_DISABLE), single-pointfault tolerance, bias-current monitoring, and photocur-rent monitoring. The device also offers a latched failureoutput (TX_FAULT) to indicate faults, such as when theAPC loop is no longer able to maintain the averageoptical power at the required level. The MAX3738 iscompliant with the SFF-8472 transmitter diagnostic andSFP MSA timing requirements.

The MAX3738 is offered in a 4mm x 4mm, 24-pin thinQFN package and operates over the extended -40°C to+85°C temperature range.

ApplicationsMultirate OC-3 to OC-48 FEC Transceivers

Gigabit Ethernet SFF/SFP and GBICTransceivers

1Gbps/2Gbps/4Gbps Fibre Channel SFF/SFPand GBIC Transceivers

Features♦ Single +3.3V Power Supply

♦ 47mA Power-Supply Current

♦ 85mA Modulation Current

♦ 100mA Bias Current

♦ Automatic Power Control (APC)

♦ Modulation Compensation

♦ On-Chip Temperature Compensation

♦ Self-Biased Inputs for AC-Coupling

♦ Ground-Referenced Current Monitors

♦ Laser Shutdown and Alarm Outputs

♦ Enable Control and Laser Safety Feature

MA

X3

73

8

155Mbps to 4.25Gbps SFF/SFP Laser Driverwith Extinction Ratio Control

________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1

Ordering Information

19-3162; Rev 2; 12/08

For pricing, delivery, and ordering information, please contact Maxim Direct at 1-888-629-4642,or visit Maxim’s website at www.maxim-ic.com.

EVALUATION KIT

AVAILABLE

PART TEMP RANGE PIN-PACKAGE

MAX3738ETG -40°C to 85°C 24 Thin QFN-EP*

MAX3738ETG+ -40°C to 85°C 24 Thin QFN-EP*

BIAS

APCF

ILT2

VCC

VCC

TX_DISABLE

MODTCOMP

TH_T

EMP

OUT+

APCF

ILT1

SHUT

DOW

N

GND

BC_M

ON

TX_F

AULT

GND

VCC

VCC

MD

MOD

SET

APCS

ET

1

2

3

4

5

6

7 8 9 10 11 12

24 23 22 21 20 19

13

14

15

16

17

18

TOP VIEW

*THE EXPOSED PADDLE MUST BE SOLDERED TO SUPPLYGROUND ON THE CIRCUIT BOARD.PIN1 INDICATED BY + ON LEAD-FREE PACKAGE.

IN+

IN-

PC_M

ON

OUT-

MOD

BCOM

P

MAX3738

*EP

Pin Configuration

Typical Application Circuit appears at end of data sheet.

+Denotes a lead(Pb)-free/RoHS-compliant package.*EP = Exposed pad.

Page 104: TRABAJO FINAL DE CARRERA - Pàgina inicial de UPCommons

________________General DescriptionThe MAX3766 is a complete, easy-to-program laser driver for fiber optic LAN transmitters, optimized foroperation at 622Mbps. It includes a laser modulator,automatic power control (APC), and a failure indicatorwith latched shutdown.

Laser modulation current can be programmed up to60mA at 622Mbps. A programmable modulation tem-perature coefficient can be used to keep the transmit-ted extinction ratio nearly constant over a widetemperature range. The modulator operates at datarates up to 1.25Gbps at reduced modulation current.APC circuitry uses feedback from the laser’s monitorphotodiode to adjust the laser bias current, producingconstant output power regardless of laser temperatureor age. The MAX3766 supports laser bias currents upto 80mA.

The MAX3766 provides extensive laser safety features,including a failure indicator with latched shutdown anda smooth start-up bias generator. These features helpensure that the transmitter output does not reach haz-ardous levels. The MAX3766 is available in a compact20-pin QSOP and dice.

________________________Applications

622Mbps ATM Transmitters

1.25Gbps Fiber Optic LAN Transmitters

1.25Gbps Ethernet Transmitters

____________________________Features♦ 60mA Modulation Current

♦ 80mA Bias Current

♦ 200ps Edge Speed

♦ Modulation-Current Temperature Compensation

♦ Automatic Power Control

♦ Laser-Fail Indicator with Latched Shutdown

♦ Smooth Laser Start-Up

MA

X3

76

6

622Mbps LAN/WAN Laser Driver withAutomatic Power Control and Safety Shutdown

________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1

19-1249; Rev 1; 11/04

EVALUATION KIT

AVAILABLE

Ordering Information

*Dice are designed to operate over this range, but are tested andguaranteed at TA = +25°C only. Contact factory for availability.+Denotes lead-free package.

Typical Application Circuits appear at end of data sheet.

Pin Configuration

20

19

18

17

16

15

14

13

1

2

3

4

5

6

7

8

REF1

POWERSET

MD

GNDOUTMOD

REF2

TC

BIASMAX

TOP VIEW

BIAS

OUT+

OUT-

VCCOUTGND

IN+

IN-

GND

12

11

9

10

FAIL

SAFETYENABLE

VCC

MAX3766

QSOP

For free samples & the latest literature: http://www.maxim-ic.com, or phone 1-800-998-8800.For small orders, phone 408-737-7600 ext. 3468.

PART TEMP RANGE PIN-PACKAGE

MAX3766EEP -40°C to +85°C 20 QSOP

MAX3766EEP+ -40°C to +85°C 20 QSOP

MAX3766E/D -40°C to +85°C Dice*

Page 105: TRABAJO FINAL DE CARRERA - Pàgina inicial de UPCommons

General DescriptionThe MAX3863 is designed for direct modulation of laserdiodes at data rates up to 2.7Gbps. An automaticpower-control (APC) loop is incorporated to maintain aconstant average optical power. Modulation compensa-tion is available to increase the modulation current inproportion to the bias current. The optical extinctionratio is then maintained over temperature and lifetime.

The laser driver can modulate laser diodes at ampli-tudes up to 80mA. Typical (20% to 80%) edge speedsare 50ps. The MAX3863 can supply a bias current upto 100mA. External resistors can set the laser outputlevels.

The MAX3863 includes adjustable pulse-width controlto minimize laser pulse-width distortion. The deviceoffers a failure monitor output to indicate when the APCloop is unable to maintain the average optical power.

The MAX3863 accepts differential CML clock and datainput signals with on-chip 50Ω termination resistors. If aclock signal is available, an input data-retiming latchcan be used to reject input pattern-dependent jitter.The laser driver is fabricated with Maxim’s in-housesecond-generation SiGe process.

ApplicationsSONET and SDH Transmission Systems

WDM Transmission Systems

3.2Gbps Data Communications

Add/Drop Multiplexers

Digital Cross-Connects

Section Regenerators

Long-Reach Optical Transmitters

Features♦ Single +3.3V Power Supply♦ 58mA Power-Supply Current ♦ Up to 2.7Gbps (NRZ) Operation♦ On-Chip Termination Resistors♦ Automatic Power Control (APC)♦ Compensation for Constant Extinction Ratio♦ Programmable Modulation Current Up to 80mA♦ Programmable Bias Current Up to 100mA♦ 50ps Typical Rise/Fall Time♦ Pulse-Width Adjustment Circuit♦ Selectable Data-Retiming Latch♦ Failure Detector♦ Mark-Density Monitor♦ Current Monitors♦ ESD Protection

MA

X3

86

3

2.7Gbps Laser Driver with ModulationCompensation

________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1

32 31 30 29 28 27 26

RTEN

EN BIAS

MAX

MOD

SET

MOD

COM

P

V CC

BIAS

MON

25M

ODM

ON

9 10 11 12 13 14 15 16

APCS

ET

APCF

ILT1

APCF

ILT2

PWC+

PWC- V C

C

MK+ MK-

17

18

19

20

21

22

23

FAIL

*THE EXPOSED PAD MUST BE SOLDERED TO GND ON THE CIRCUIT BOARD.

*EP

BIAS

VCC

MOD

MODN

VCC

MD

8

7

6

5

4

3

2

VCC

CLK-

CLK+

VCC

VCC

DATA-

DATA+

MAX3863

1VCC 24 MDMON

TOP VIEW

TQFN-EPQFN-EP

Pin Configuration

Ordering Information

19-2281; Rev 4; 11/08

For pricing, delivery, and ordering information, please contact Maxim Direct at 1-888-629-4642,or visit Maxim’s website at www.maxim-ic.com.

PART TEMP RANGE PIN-PACKAGE

MAX3863ETJ+ -40°C to +85°C 32 TQFN-EP*

MAX3863EGJ -40°C to +85°C 32 QFN-EP*

Covered by U.S. patent number 5,883,910. Other patentspending.

+Denotes a lead-free/RoHS-compliant package.*EP = Exposed pad.

Page 106: TRABAJO FINAL DE CARRERA - Pàgina inicial de UPCommons

General DescriptionThe MAX3869 is a complete, single +3.3V laser driverfor SDH/SONET applications up to 2.5Gbps. Thedevice accepts differential PECL data and clock inputsand provides bias and modulation currents for driving alaser. A synchronizing input latch can be used (if aclock signal is available) to reduce jitter.

An automatic power control (APC) feedback loop isincorporated to maintain a constant average opticalpower over temperature and lifetime. The wide modula-tion current range of 5mA to 60mA and bias current of1mA to 100mA are easy to program, making this prod-uct ideal for use in various SDH/SONET applications.

The MAX3869 also provides enable control, two currentmonitors that are directly proportional to the laser bias andmodulation currents, and a failure-monitor output to indi-cate when the APC loop is unable to maintain the averageoptical power. The MAX3869 is available in 32-pin TQFPand small 32-pin QFN packages as well as dice.

ApplicationsSONET/SDH Transmission Systems

Add/Drop Multiplexers

Digital Cross-Connects

Section Regenerators

2.5Gbps Optical Transmitters

Features♦ Single +3.3V or +5V Power Supply

♦ 64mA Supply Current at +3.3V

♦ Programmable Bias Current from 1mA to 100mA

♦ Programmable Modulation Current from 5mA to 60mA

♦ Bias Current and Modulation Current Monitors

♦ 87ps Rise/Fall Time

♦ Automatic Average Power Control with FailureMonitor

♦ Complies with ANSI, ITU, and BellcoreSDH/SONET Specifications

♦ Enable Control

*Exposed pad.**Package Code: G3255-1***Dice are designed to operate over this range, but are tested andguaranteed at TA = +25°C only. Contact factory for availability.+Denotes lead-free package.

Ordering Information

MA

X3

86

9

+3.3V, 2.5Gbps SDH/SONET Laser Driver with Current Monitors and APC

________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1

EVALUATION KIT

AVAILABLE

124Ω 124Ω

SERIALIZERWITH

CLOCK GEN.

124Ω

23Ω

LD25Ω

+3.3V+3.3V

0.056μF

0.01μF

BIASMON

MODMON

+3.3V

1000pF

BIAS

MAX

LATC

H

ENAB

LE

FAIL

MOD

SET

APCS

ET

APCF

ILT

CLK-

CLK+

DATA-

DATA+

FERRITEBEAD

OUT+

BIAS

MD

OUT-

CAPC

124Ω

84.5Ω 84.5Ω 84.5Ω84.5Ω

MAX3869

MAX3890

Typical Application Circuit

19-1570; Rev 4; 1/05

Pin Configuration appears at end of data sheet.

For pricing, delivery, and ordering information, please contact Maxim/Dallas Direct! at 1-888-629-4642, or visit Maxim’s website at www.maxim-ic.com.

PART TEMP RANGE PIN-PACKAGE

MAX3869EHJ -40°C to +85°C 32 TQFP-EP*

MAX3869EHJ+ -40°C to +85°C 32 TQFP-EP*

MAX3869EGJ -40°C to +85°C 32 QFN**

MAX3869E/D -40°C to +85°C Dice***

Page 107: TRABAJO FINAL DE CARRERA - Pàgina inicial de UPCommons

General DescriptionThe MAX3865 is designed for direct modulation of laserdiodes at data rates up to 2.5Gbps. It incorporates twofeedback loops, the automatic power-control (APC)loop and the automatic modulation-control (AMC) loop,to maintain constant average optical output and extinc-tion ratio over temperature and laser lifetime. Externalresistors or current output DACs may set the laser out-put levels. The driver can deliver up to100mA of laserbias current and up to 60mA laser modulation currentwith a typical (20% to 80%) edge speed of 84ps.

The MAX3865 accepts differential clock and data inputsignals with on-chip 50Ω termination resistors. The inputscan be configured for CML or other high-speed logic. Aninput data-retiming latch can be enabled to reject inputpattern-dependent jitter when a clock signal is available.The MAX3865 provides laser bias current and modulationcurrent monitors, as well as a failure detector, to indicatethe laser operating status. These features are all imple-mented on an 81mil 103mil die; the MAX3865 is alsoavailable as a 32-pin QFN package.

ApplicationsSONET/SDH Transmission Systems

Add/Drop Multiplexers

Digital Cross-Connects

Section Regenerators

2.5Gbps Optical Transmitters

Features♦ Single +3.3V or +5V Power Supply

♦ 68mA Supply Current

♦ Up to 2.5Gbps (NRZ) Operation

♦ Feedback Control for Constant Average Power

♦ Feedback Control for Constant Extinction Ratio

♦ Programmable Bias Current Up to 100mA

♦ Programmable Modulation Current Up to 60mA

♦ 84ps Rise/Fall Time

♦ Selectable Data Retiming Latch

♦ Bias and Modulation Current Monitors

♦ Failure Detector

♦ ESD Protection

MA

X3

86

5†

2.5Gbps Laser Driver with AutomaticModulation Control

________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1

Ordering Information

19-2212; Rev 2; 5/03

For pricing, delivery, and ordering information, please contact Maxim/Dallas Direct! at 1-888-629-4642, or visit Maxim’s website at www.maxim-ic.com.

Pin Configuration appears at end of data sheet.

PART TEMP RANGEPIN-PACKAGE

PKGCODE

MAX3865EGJ -40°C to +85°C 32 QFN G3255-I

MAX3865E/D -40°C to +85°C Dice* —

†Covered by U.S. Patent numbers 5,883,910, 5,850,409, and other patent pending.

*Dice are designed to operate from -40°C to +85°C , but are testedand guaranteed at TA = +25°C only. Contact factory for availability.

MAX3865MAX3892

50ΩDATA- DATA-

50ΩDATA+ DATA+

VDR

VCR

50ΩCLK+ CLK+

50ΩCLK- CLK-

2.5Gbps SERIALIZER

+3.3V

+3.3V200Ω 200Ω

+3.3V

LED

V CC

RTEN EN

0

EN1

BIAS

MON

MOD

MON FA

IL

RMODMAX RBIASMAX RAPCSET RAMCSET

GND

MOD

MAX

BIAS

MAX

APCS

ET

AMCS

ET

20Ω

+3.3V

20Ω

20Ω

0.056μF

0.056μF

15Ω

LASER

MODN

MODQ

BIASBIAS_X

MDMD_X

REPRESENTS A CONTROLLED-IMPEDANCETRANSMISSION LINE

LPLP

Typical Applications Circuit