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10Gbps EAM驱动器MAX3941及其应用
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10Gbps EAM Driver MAX3941 and Its Application
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武警工程学院 彭月平
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摘 要：本文介绍了美国MAXIM公司生产的EAM驱动器MAX3941的主要特性、引脚定义、内部结构和工作原理以及应用设计过程，并给出了典型应用电路。
关键词： MAX3941；EAM；脉宽调整；重定时
概述
MAX3941是美国MAXIM公司生产的带有集成偏置网络的EAM(电吸收调制器)驱动器，其工作速率高达10Gbps，可用在DWDM和SONET
OC-192/SDH STM-64等传输系统中。该产品与以往同类产品相比，主要特点是传输速率高，性能安全稳定且调制电压和偏置电压可灵活设计。MAX3941主要特性有：(1)
采用-5.2V的单电源工作模式；(2) 内含集成偏置网络；(3) 其输出信号具有低至23ps的上升沿时间/下降沿时间；(4) 带有可设置的调制电压端和偏置电压端；(5)提供可选择的数据重定时功能；(6)带有脉冲宽度调整电路；(7)具有数据极性控制功能和ESD保护功能。MAX3941采用24脚QFN封装形式，引脚排列如图1所示。
图1 MAX3941引脚排列图
内部结构及引脚功能
图2 MAX3941 内部原理结构图
MAX3941内部结构如图2所示，内部电路主要由高速调制电路和EAM负载偏置电路组成。高速调制电路包括输入级电路、脉宽调整电路、极性控制电路和输出级调制电路，主要功能是对输入信号进行重定时、转换复用、波形调整和高速调制等处理后，为外部EAM负载提供所需的激励电流信号；EAM负载偏置电路是为外部负载提供合适的偏置电压，以保证其正常工作。工作过程描述如下：当电路正常工作时，数据从DATA-端和DATA+端输入，首先经数据转换器重新定时同步后，进入脉宽调整电路和极性控制电路进行波形调整处理，然后控制驱动器MAX3941内部的高速差分对调制器的输出实现调制，调制后的信号从OUT端输出，驱动外接的EAM负载。
MAX3941各引脚功能描述如下：
DATA+(1)， DATA-(2)：数据正向、反向输入端，内带50 的端 电阻；
GND(3，4，14)：接地端，应用时须与接地板连接；
CLK+(5)， CLK-(6)：用于数据重定时的时钟正向、反向输入 端，内带50 的端电阻；
VEE(7，11，12，13，18，19，24)：负电源供给端；
PWC+(8), PWC-(9)：调制脉冲信号宽度调整端；
MODSET(10)：调制电流设置端，通过外接一电压来设置驱 动器输出的调制电流；
GND1(15)：接地端；
OUT(16)：驱动器输出端，直流耦合接EAM负载，为其同时 提供调制电流和偏置电流；
GND2(17)：接地端；
PLRT(20)：差动数据极性交换控制端，当接高电平或悬空 时，极性与输入时一致，当接低电平时，改变数据极性，与输 入时相反；
BIASSET(21)：偏置电流设置端，通过外接一电压来设置驱 动器输出的偏置电流；
MODEN(22)：TTL/CMOS调制控制端，当接低电平或悬空 时，驱动器为正常工作模式；当接高电平时，EAM负载处于吸收(逻辑0)状态；
RTE(23)：数据重定时控制端，接VEE有效，接地时失效。
应用设计
MAX3941是MAXIM公司生产的新一代高速驱动器产品，其集成度高，应用时需要用户设计的电路比较少。但由于MAX3941 传输速率高达10Gbps，电路布局对性能影响很大，因而也有一定
的困难。设计工作主要包括：(1)调制电压和偏置电压的设计； (2)脉冲宽度调整电路的设计。MAX3941在应用时，外接EAM负载应采用直流耦合方式，下面介绍MAX3941的应用设计过程。
调制电压和偏置电压的设计
在实际应用中，用户首先根据性能要求选择合适的EAM负载，MAX3941若要对EAM负载进行正常驱动，须为其提供满足要求的调制电压和偏置电压。
(1)调制电压VMOD的设计
EAM负载上的调制电压VMOD由调制电流IMOD产生，调制电流IMOD流经EAM负载和MAX3941内部OUT端的50 端电阻所组成的并联网络(由图2可知)，则调制电压VMOD可近似为：
{V_{MOD}}≈{I_{MOD}} {{Z_{L} {R_{OUT}}}\over{Z_{L}+{R_{OUT}}
当EAM负载选定后，可确定所需要的调制电压VMOD和ZL值，ROUT也已知，这样即可确定所需要的调制电流；而调制电流IMOD由MAX3941的MODSET端电压VMODSET所决定，因此，调制电压VMOD的设计的实质是确定MODSET端电压值VMODSET。由于MAX3941内部的独立电流源能提供约37mA的固定电流给调制电路，故调制电流IMOD与MODSET端电压VMODSET的关系式为：
{I_{MOD}≈{{V_{MODSET}}}\over{11.1 }+{37_{mA}
用户根据上式即可确定MODSET端电压VMODSET值。
(2)偏置电压VBIAS的设计
偏置电压VBIAS的设计与调制电压VMOD设计相类似。
EAM负载上的偏置电压VBIAS由偏置电流IBIAS产生，与调制电流IMOD一样，偏置电流IBIAS也流经EAM负载和MAX3941内部OUT端的50
端电阻所组成的并联网络(由图2可知)，则偏置电压VBIAS可近似为：
{V_{BIAS}≈{I_{BIAS} {{Z_{L} {R_{OUT}}}\over{Z_{L}+{R_{out}}
和调制电压VMOD设计一样，当EAM负载选定后，根据上式即可确定所需要的偏置电流IBIAS；而偏置电流IBIAS由MAX3941的BIASSET端电压VBIASSET所决定，因此，偏置电压VBIAS的设计的实质是确定BIASSET端电压值VBIASSET。偏置电流IBIAS与BIASSET端电压VBIASSET的关系式为：
{V_{BIAS}≈{{V_{BIASSET}}}\over{36.4{ }
用户根据上式即可确定BIASSET端电压VBIASSET值。
用户在设计调制电压和偏置电压时，应注意MAX3941的OUT端输出最小电
压不低于VEE+1.9V(VEE为负电源值，小于0)。
脉冲宽度调整电路的设计
为使输出信号波形失真最小，MAX3941提供了脉冲宽度调整控制电路，用户可采用三种方法：(1)在PWC+端和PWC-端串接一2K 的电位器，其中点抽头接负电源VEE，在应用中，用户通过调节抽头位置，即可改变PWC+端和PWC-端的电压值，从而实现对脉冲宽度的调整，如图3所示；(2)通过在PWC+端施加一电压，以实现对信号脉冲宽度的调整控制；(3)PWC+在PWC-端和
端接一差动电压，以实现对信号脉冲宽度的调整控制。三种方法相比较而言，第一种方法灵活使用，采用该方法，用户可根据实际情况，实现对信号的灵活调整。脉冲宽度调整相关参数变化如表1所示
表1 脉冲调整相关参数变化表
表1中参数说明如下：脉冲宽度的定义为：脉冲宽度=正脉冲宽度/((正脉冲宽度+负脉冲宽度)/2)；RPWC+为PWC+端到电位器抽头的电阻值，RPWC-为RPWC-端到电位器抽头的电阻值，且有：RPWC++RPWC-=2K
；VPWC+为PWC+端电压；VPWC-为PWC-端电压。
值得一提的是，当用户电路设计完成后，应对脉冲宽度调制电路进行认真调试，找出使电路正常工作，同时信号波形失真最小的抽头位置。
应注意的问题
MAX3941的数据输入和时钟输入兼容CML电平，但在驱动MAX3941时，无需采用标准CML电平，只要输入信号的电压幅值变化满足要求即可。
由于MAX3941是高频产品，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和具有公共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；EAM负载与MAX3941之间的连接线应尽量短一些，以减少能量消耗和交调失真；此外，数据输入端引线、时钟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。
典型应用
MAX3941的典型应用如图3所示，在图3中，EAM负载与MAX3941采用直流耦合方式。图中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，电路中的外围元器件参数为典型值。
图3 MAX3491 典型应用电路
结束语
MAX3941驱动器与其它同类产品相比，主要特点是传输速率高，带有脉宽调整控制电路，其所接负载为EAM负载，输出采用单端方式，输出驱动电压较大；此外，其应用电路设计相对较为容易。该产品在通信网络中有一定的应用前景。
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