概述

MAX3934是美国MAXIM公司新推出的小型激光二极管驱动器，适用于工作在传输速率为10.7Gbps的光纤网络中，可用作小型光纤网络的光发射机或分接/复合设备。该产品具有传输速率高、性能稳定，以及调制电流和激光二极管偏置电流可灵活设计等特点。主要特性如下：(1) 采用+5V或-5.2V的单电源工作模式；(2)仅需73mA的供给电流；(3)带有集成的补偿网络电路和内部输入端电阻；(4)具有设置激光管偏置电流(可达60mA)端和调制电流(可达80mA)端；(5)仅有低至25ps的输出边沿速度；(6)提供了输出信号极性交换控制端。

引脚功能、内部结构及工作原理

1.引脚功能

MAX3934采用Dice*封装形式，引脚排列示意图如图1所示。各引脚功能描述如下：
VEE(1-5,17-20)：负电源供给端；
BIASSET(6)：偏置电流设置端，外接运算放大器；
BIASMON(7)：偏置电流监控输出端，偏置电流I_{BIAS}=\frac{V_{BIASMON}-V_{EE}}{R_{SIAS}} ；
VCC(8,9,11,13,21,22,27)：正电源供给端；
IN+ (10),IN- (12):数据正向、反向输入端，内部集成了50 的端电阻；
PLRT(14)：输出差动数据极性交换控制端，接高电平或悬空时，输出差动信号极性与输入信号极性一致，接低电平时输出差动信号极性与输入信号相反；
MODMON(15)：调制电流监控输出端，调制电流 I_{MOD}=\frac{V_{MODMOH}-V_{EE}}{R_{MOD}}；
MODSET(16)：调制电流设置端，外接运算放大器；
OUT2_(23)， OUT1_(26)：激光管调制电流互补输出端，应用时接电源VCC；
OUT2+(24)， OUT1+(25)：激光管调制电流输出端，应用时接激光二极管的阴极；
BIAS(28)：激光管偏置电流输出端。

2.2内部结构及工作过程


MAX3934内部结构如图2所示，内部电路主要包括高速调制电路和激光管偏置电路。高速调制电路包括输入级和输出级两部分，其中：输入级由输入缓冲电路和输出信号极性控制电路组成，其主要功能是对输入信号进行放大，并隔离前后级的影响，以及对输出信号的极性进行交换控制；输出级主要包括高速差分对电路和调制电流设置电路两部分，高速差分对电路主要功能是对输入信号进行调制，并为外部激光管提供所需的激励信号，调制电流设置电路主要功能是对调制电流进行设置，并对调制电流变化进行监视和控制，以维持调制电流稳定；激光管偏置电路主要功能是对偏置电流进行设置，并对偏置电流变化进行监视和控制，以维持偏置电流稳定，从而使输出功率恒定。

工作过程：当MAX3934正常工作时，数据从IN- 端和IN+ 端输入，经输入电路，进入调制电路以实现调制，调制后的信号从OUT+端输出，去驱动外接激光二极管；当温度变化等其它原因引起调制电流或偏置电流变化时，这时调制电流设置电路或激光管偏置电路发生作用，其变化误差信号经外接运算放大环路处理后，去调整调制电流或偏置电流变化以保持稳定。

应用设计

MAX3934芯片集成度高，应用时要求用户设计的电路非常少。主要设计工作是选择激光二极管和各种相关电流的设计。MAX3934的典型应用如图3所示，其中：MAX3952是串行数据生成器，主要作用是将多路数据合并后，并串行化，电路中的外接两个运算放大器可采用MAX4281，其构成了两个闭环控制电路，分别去维持调制电流和激光管偏置电流的稳定。下面结合典型电路，介绍其应用设计过程。

1.激光管的选择

用户在利用MAX3934设计激光管发射机时，在充分了解MAX3934的电气特性后，第一步工作是根据实际需求选择合适的激光二极管。一般情况下，用户首先根据所需光输出功率来确定所需激光管的输出平均功率和消光比，而且在满足输出功率的前提下，应尽量使消光比大一些；在输出功率和消光比确定后，可根据表1中功率与调制电流的关系来确定激光管的其它参数，根据这些参数来选择满足条件的激光管；此外，在选择激光管时，激光管的偏置电流不应超过MAX3934的偏置电流设定范围。

2.调制电流IMOD和激光管偏置电流IBIAS的设计

激光管选定后，用户可根据表1关系式推出调制电流IMOD的计算公式为：I_{MOD}=2 \frac{P_{AVG}}{ } \frac{r_{e}-1}{r_{e}+1} ，式中各参数物理意义见表1 。

MAX3934与同类产品相比，其不同之处在于调制电流IMOD的值是由外接控制环路中参考电压VMOD的值确定，因此，调制电流IMOD的设计，其实质是确定VMOD值。用户求出所需的调制电流IMOD后，即可根据IMOD与VMOD的关系确定所需VMOD的电压值。

与调制电流IMOD的设计一样，激光管偏置电流IBIAS的设计，其实质是确定外接控制环路中参考电压VBIAS的值。用户根据需要确定激光二极管的偏置电流IBIAS后，即可根据IBIAS与VBIAS的关系确定所需VBIAS的电压值。

3.激光二极管接口电路的设计

MAX3934的调制输出最佳驱动负载是20 ，MAX3934内部调制输出级集成了12 或15 的衰减电阻RD，衰减电阻RD的值取决于MAX3934的产品型号，见图2中说明。因此在设计激光二极管接口电路时应使调制输出级总的输出负载等于20 ，这里：总负载为：RD+RLD，RLD表示激光二极管的等效阻抗。

在数据速率高达10.7Gbps时，激光二极管的阴极容性负载会降低光输出性能，在MAX3934的BIAS端与激光管阴极之间，需要串接低容性的带铁氧芯的电感，以提高输出端性能。此外，在尽可能靠近激光二极管阳极的位置接一旁路电容，也有助于提高调制输出性能。

4. 应注意的问题

MAX3934外接的运算放大器用于调整调制电流IMOD和激光管偏置电流IBIAS，以维持其稳定。在选择运算放大器时，要注意以下几点：(1)电源工作范围应尽量宽；(2)要有高的信噪功率比和低的偏置电流；(3)要有足够高的增益带宽，能抵消电源波动，以维持信噪功率比。此外，在运算放大器输出应采用滤波电路，为维持稳定性，滤波电容应小于运算放大器容性负载规定值。
由于MAX3934工作频率高，电路布局对其影响很大，在电路设计时，应采用性能优越的高频布局技术。用户应采用公共连通接地层的多层电路板，以降低电磁干扰和交调失真，电路板应采用低损耗的介质材料，以减少能量损耗；电源供给端应采用去耦电路；此外，数据输入端引线和调制输出端引线应采用阻抗可控的传输线，便于调整电路，减少能量损耗和降低干扰。

结束语

MAX3934与同类产品相比，具有传输速率高，应用设计简单等特点，主要应用在小型光纤网络中。随着光纤通信的飞速发展，该产品在光纤网络中有着广泛的应用前景。