ONET1131EC：集成 CDR 功能的外部調(diào)制激光器驅(qū)動器深度解析

在高速光通信領(lǐng)域，對于高性能外部調(diào)制激光器驅(qū)動器的需求日益增長。ONET1131EC 作為一款集成時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)（CDR）功能的外部調(diào)制激光器驅(qū)動器，以其卓越的性能和豐富的特性，成為眾多工程師在設(shè)計高速光通信系統(tǒng)時的理想選擇。今天，我們就來深入探討一下這款器件。

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特性亮點

強大的輸出能力

ONET1131EC 集成調(diào)制器驅(qū)動器，最小輸出幅值最高可達 2 Vpp（單端），偏置電流最高可達 150mA（拉電流），能夠為外部調(diào)制激光器提供穩(wěn)定而強勁的驅(qū)動信號。這使得它能夠支持多種類型的外部調(diào)制激光器，包括電吸收調(diào)制器激光器（EML）和基于 Mach - Zahnder 調(diào)制器（MZM）的激光器，為不同的應(yīng)用場景提供了廣泛的選擇。

集成 CDR 功能

該器件集成了 CDR 功能，支持 9.80Gbps 至 11.7Gbps 無參考運行。這意味著在高速數(shù)據(jù)傳輸過程中，它能夠有效地恢復(fù)時鐘和數(shù)據(jù)，減少抖動和誤碼率，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｍ瑫r，CDR 功能還具有可編程抖動傳輸帶寬，可根據(jù)實際需求進行靈活調(diào)整，進一步優(yōu)化系統(tǒng)性能。

豐富的控制和診斷功能

ONET1131EC 集成了數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）和模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的雙線制數(shù)字接口，可實現(xiàn)對器件的控制和診斷管理。通過這個接口，工程師可以方便地對輸出極性、CDR 帶寬、發(fā)送輸入均衡器等參數(shù)進行編程設(shè)置，還能實時監(jiān)測電源、溫度等關(guān)鍵參數(shù)，確保器件的穩(wěn)定運行。

其他特性

此外，該器件還具有輸出極性選擇、CDR 旁路模式、自動功率控制（APC）回路、可編程發(fā)送輸入均衡器、發(fā)送器交叉點調(diào)節(jié)和去加重功能等一系列實用特性。同時，它還具備激光安全特性，為系統(tǒng)的安全運行提供了保障。

應(yīng)用場景

ONET1131EC 的應(yīng)用場景非常廣泛，主要適用于以下幾個方面：

• 10Gbps 無源光纖網(wǎng)絡(luò)（PON）：在 PON 系統(tǒng)中，ONET1131EC 可用于光線路終端（OLT）收發(fā)器，為高速數(shù)據(jù)傳輸提供可靠的驅(qū)動和時鐘恢復(fù)功能。
• XFP 和 SFP + 10Gbps 同步光纖網(wǎng)絡(luò)（SONET）OC - 192 光學(xué)收發(fā)器：在 SONET 網(wǎng)絡(luò)中，該器件能夠滿足高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。
• XFP 和 SFP + 10GBASE - ER/ZR 光學(xué)收發(fā)器：適用于長距離光通信應(yīng)用，提供穩(wěn)定的信號驅(qū)動和時鐘恢復(fù)。
• 8x 和 10x 光纖通道光學(xué)收發(fā)器：在光纖通道網(wǎng)絡(luò)中，ONET1131EC 可實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

詳細(xì)規(guī)格

電氣特性

• 電源電壓：2.5V ± 5%，能夠滿足大多數(shù)系統(tǒng)的供電要求。
• 數(shù)據(jù)速率：支持 9.8Gbps 至 11.7Gbps 的數(shù)據(jù)速率，可適應(yīng)不同的高速數(shù)據(jù)傳輸需求。
• 輸出幅值：最小輸出幅值最高可達 2 Vpp（單端），能夠提供足夠的信號強度。
• 偏置電流：偏置電流最高可達 150mA（拉電流），可滿足不同激光器的驅(qū)動需求。

溫度特性

工作溫度范圍為 - 40°C 至 100°C，具有良好的溫度適應(yīng)性，能夠在各種惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作。

封裝形式

采用表面貼裝 4mm x 4mm 32 引腳四方扁平無引線（QFN）封裝（間距為 0.4mm），體積小巧，便于 PCB 布局和焊接。

功能模塊詳解

輸入均衡器

數(shù)據(jù)信號通過輸入信號引腳 DIN + / DIN - 輸入到輸入均衡器，該引腳提供片上差分 100 - Ω 線端接。均衡器默認(rèn)啟用，可通過設(shè)置寄存器位 TXEQ_DIS = 1 禁用。它能夠?qū)﹂L達 300mm（12 英寸）的 FR4 印刷電路板微帶或帶狀傳輸線進行均衡，有效補償信號傳輸過程中的損耗。

CDR 功能

CDR 功能由鎖相環(huán)（PLL）和重定時器組成，可在無參考時鐘的情況下工作。電壓控制振蕩器（VCO）能夠覆蓋 9.8Gbps 至 11.7Gbps 的數(shù)據(jù)速率，通過與輸入數(shù)據(jù)流進行鎖相，有效衰減數(shù)據(jù)上的高頻抖動，恢復(fù)出干凈的時鐘信號。外部電容連接到 LF 引腳，推薦值為 2.2nF。CDR 功能默認(rèn)啟用，也可通過設(shè)置寄存器位進行禁用或旁路。

調(diào)制器驅(qū)動器

調(diào)制電流由調(diào)制電流發(fā)生器提供，通過雙線制串行接口進行數(shù)字控制。輸出引腳 OUT + 和 OUT - 提供差分輸出電壓，可在單端模式下工作以降低功耗。輸出波形可通過交叉點調(diào)整和去加重功能進行優(yōu)化，提高光學(xué)眼圖波罩裕度。

偏置電流生成和 APC 回路

激光的偏置電流默認(rèn)關(guān)閉，需通過設(shè)置寄存器位 TXBIASEN = 1 啟用。在開環(huán)模式下，偏置電流由 10 位寬控制字 TXBIAS[0..9] 直接設(shè)置；在自動功率控制（APC）模式下，偏置電流取決于寄存器設(shè)置和激光偏置電流與光電二極管電流的耦合比。通過選擇不同的光電二極管電流范圍，可保持激光偏置控制 DAC 接近其范圍中心，提高偏置電流設(shè)置點的分辨率。

模擬模塊

• 模擬參考和溫度傳感器：器件由單一 2.5V ± 5% 電源電壓供電，該電壓可通過雙線制接口監(jiān)測。片上帶隙電壓電路生成參考電壓，為內(nèi)部其他電壓和偏置電流提供穩(wěn)定的參考。同時，器件還提供片上溫度傳感器，可實時監(jiān)測溫度。
• 電源復(fù)位：具有電源復(fù)位電路，確保在啟動時所有寄存器復(fù)位到默認(rèn)值。在電源上電初始化時間（tINIT1）后，內(nèi)部寄存器準(zhǔn)備好加載數(shù)據(jù)；在初始化到傳輸時間（tINIT2）后，器件準(zhǔn)備好發(fā)送數(shù)據(jù)。
• 模數(shù)轉(zhuǎn)換器：內(nèi)部 10 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）可將溫度、電源電壓、偏置電流和光電二極管電流等模擬監(jiān)測信號轉(zhuǎn)換為 10 位無符號數(shù)字字，方便工程師進行實時監(jiān)測和控制。

應(yīng)用設(shè)計

設(shè)計要求

在使用 ONET1131EC 進行設(shè)計時，需要滿足以下基本要求：

• 電源電壓：2.5V，確保器件正常工作。
• 輸入電壓：輸入電壓范圍為 100mVpp 至 1000mVpp 差分，以保證信號的有效輸入。
• 輸出電壓：根據(jù)不同的工作模式，輸出電壓有所不同。在差分模式下，輸出電壓范圍為 1Vpp 至 3.6Vpp 差分；在單端模式下，輸出電壓范圍為 0.5Vpp 至 2Vpp 單端。

設(shè)計步驟

• 輸入信號處理：輸入信號通過 DIN + 和 DIN - 引腳輸入，需進行 AC 耦合。輸入均衡器可對信號進行補償，確保信號的質(zhì)量。
• 輸出信號處理：輸出信號通過 OUT + 和 OUT - 引腳輸出，根據(jù)不同的應(yīng)用場景，可選擇差分模式或單端模式。在輸出端，需連接適當(dāng)?shù)呢?fù)載和偏置電路，以提供足夠的信號強度和偏置電流。
• CDR 功能設(shè)置：根據(jù)實際需求，可對 CDR 功能進行編程設(shè)置，包括 CDR 帶寬、抖動傳輸帶寬等參數(shù)。確保 CDR 功能能夠有效地恢復(fù)時鐘和數(shù)據(jù)，減少抖動和誤碼率。
• 偏置電流和 APC 回路設(shè)置：根據(jù)激光器的特性，設(shè)置合適的偏置電流和 APC 回路參數(shù)，確保激光器的穩(wěn)定工作。

布局建議

為了確保 ONET1131EC 的性能，在 PCB 布局時需要注意以下幾點：

• 高速信號線：使用 50 - Ω 傳輸線（100 - Ω 差分）連接高速輸入和輸出引腳，盡量縮短傳輸線的長度，減少信號損耗和抖動。
• 電源和地：電源和地引腳應(yīng)盡量靠近器件，使用適當(dāng)?shù)娜ヱ铍娙葸M行濾波，減少電源噪聲的影響。
• 散熱設(shè)計：由于器件在工作過程中會產(chǎn)生一定的熱量，需要進行合理的散熱設(shè)計。可通過在 PCB 上設(shè)置散熱焊盤和散熱孔，提高器件的散熱性能。

總結(jié)

ONET1131EC 作為一款集成 CDR 功能的外部調(diào)制激光器驅(qū)動器，具有強大的輸出能力、豐富的控制和診斷功能以及廣泛的應(yīng)用場景。在高速光通信系統(tǒng)設(shè)計中，它能夠為工程師提供可靠的解決方案。通過深入了解其特性、功能和應(yīng)用設(shè)計要點，工程師可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢，設(shè)計出高性能、穩(wěn)定可靠的光通信系統(tǒng)。

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