本應(yīng)用筆記解釋了如何使用DS1864 SFP激光器和診斷IC對(duì)使用雪崩光電二極管（APD）的光接收器進(jìn)行增強(qiáng)型接收信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI）校準(zhǔn)。本文討論了APD和RSSI之間的關(guān)系，并描述了增強(qiáng)型RSSI在DS1864上的主要工作原理。

APD RSSI 概述

許多光學(xué)模塊將基于雪崩光電二極管（APD）的光接收器用于高靈敏度應(yīng)用。在此類(lèi)模塊中，接收信號(hào)強(qiáng)度指示器（RSSI）基于光電流，而不是跨阻放大器（TIA）輸出端的電信號(hào)幅度。圖1所示為具有電壓輸出的典型電流監(jiān)控電路。

圖1.典型APD電流監(jiān)視器的原理圖。

通過(guò)APD的電流由下式給出我APD = P接收× M ×η其中：

IAPD電流單位為 mA
PRX接收功率單位為 mW
M 是 APD 雪崩增益系數(shù)
η 是以 A/W 為單位的轉(zhuǎn)換效率

轉(zhuǎn)換效率取決于許多結(jié)構(gòu)因素、溫度和波長(zhǎng);它通常在 0.65 < η < 0.95 之間。

APD增益是通過(guò)將APD偏置在其擊穿電壓V附近來(lái)實(shí)現(xiàn)的BR，通常介于 20V 和 80V 之間，取決于 APD 結(jié)構(gòu)和工作溫度。APD越接近其特定擊穿電壓，M越高。當(dāng)APD處于雪崩模式時(shí)，M與V成正比BR和 V美聯(lián)社，施加到 APD 上的電壓，如M ∝ √(VBR/(VBR - VAPD)).M 的確切計(jì)算取決于 APD 材料類(lèi)型、增益區(qū)域大小和其他變量。對(duì)于運(yùn)行在 155Mbps 和 40Gbps 之間的典型 APD，M 通常設(shè)置為 3 < M < 10 之間。典型的APD增益曲線如圖2所示?；氐綀D1，R1用于增加APD的動(dòng)態(tài)范圍，隨著光輸入功率的增加，M減小。隨著流過(guò)R1的電流增加，APD上的電壓降低。這使APD進(jìn)一步遠(yuǎn)離其擊穿電壓，從而降低M，如M ∝ √(VBR/(VBR - (VBIAS - IAPD × R1)))。請(qǐng)注意，M 依賴于自身，如替換為上一個(gè)等式所示M ∝ √(VBR/(VBR - (VBIAS - PRX × M × η × R1)))。使用監(jiān)控比為10：1的電流鏡，向ADC顯示電壓（VADC） 由下式給出：

VADV = IAPD × (1/10) × R2 = PRX × M × η × (1/10) × R2

圖2.典型的APD增益曲線。

增強(qiáng)的 RSSI 概述

DS1864 SFP激光和診斷IC包括用于MON3通道的增強(qiáng)型RSSI模式，該模式是13位ADC的差分輸入。增強(qiáng)型 RSSI 也稱為雙量程功能。在增強(qiáng)型RSSI模式下，ADC最多接受兩種不同的讀數(shù)，稱為精細(xì)模式和過(guò)程模式。（DS1864數(shù)據(jù)資料第20頁(yè)和第21頁(yè)描述了這種模式。精細(xì)讀數(shù)自動(dòng)用于測(cè)量小輸入信號(hào)。但是，如果向ADC輸入大信號(hào)，則會(huì)自動(dòng)使用航向模式。

對(duì)于 APD RSSI 測(cè)量，請(qǐng)務(wù)必注意，增強(qiáng)型 RSSI 的兩個(gè)范圍具有獨(dú)立的偏移和刻度校準(zhǔn)因子。此外，精細(xì)模式還允許ADC結(jié)果最多7次右移。當(dāng)配置為 7 個(gè)右移位時(shí)，最大精細(xì)模式讀數(shù)為 01FFh，最小航向模式讀數(shù)為 01E0h。有 31 位遲滯可防止兩個(gè)范圍在重疊區(qū)域（01FFh 至 01E0h）中切換。

APD RSSI 的雙量程校準(zhǔn)

為了符合SFF-8472標(biāo)準(zhǔn)，必須校準(zhǔn)監(jiān)控電路和ADC，使一個(gè)LSB = 0.1μW。由于M隨輸入功率而變化，因此最佳ADC步長(zhǎng)必須變化，以將每個(gè)LSB保持在0.1μW。如果M在3到10之間變化，并且使用單個(gè)ADC LSB權(quán)重，則總誤差為10×log10（10/3） = 5.23dB。由于DS1864允許對(duì)兩個(gè)不同的ADC范圍進(jìn)行獨(dú)立校準(zhǔn)，因此可以定義兩個(gè)不同的LSB權(quán)重。這減少了由M變化引起的誤差。 圖3顯示了理想的LSB權(quán)重和基于典型APD和監(jiān)視器的兩種不同權(quán)重。

圖3.典型的APD監(jiān)測(cè)器是理想的ADC LSB權(quán)重和實(shí)際校準(zhǔn)的權(quán)重。

當(dāng)MON3精細(xì)轉(zhuǎn)換配置為7個(gè)右移時(shí)，LSB權(quán)重之間的交越發(fā)生在ADC階躍1E0h和1FFh之間。最佳LSB重量值必須根據(jù)APD和監(jiān)控電路確定。前面示例給出的 RSSI 錯(cuò)誤如圖 4 所示。

圖4.典型 APD 監(jiān)視器應(yīng)用中的 RSSI 錯(cuò)誤。

審核編輯：郭婷