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