ONET1101L：11.3 Gbps激光二极管驱动器

ONET1101L：11.3 Gbps激光二极管驱动器

特性

• 最高支持11.3 Gbps的数据传输速率
• 双线数字接口
• 数字可调调制电流，最高可达80 mA
• 数字可选偏置电流，支持源发或吸收模式，最高可达100 mA
• 集成自动功率控制（APC）环路
• 兼容收发器管理系统（TMS）
• 可编程输入均衡器
• 交叉点控制功能
• 内置激光安全机制
• 可调耦合比
• 单一+3.3 V电源供电
• 工作温度范围：-25°C至100°C
• 采用4mm × 4mm、24引脚、符合RoHS标准的QFN封装

应用

• 10 Gbps以太网光发射器
• 8G和10G光纤通道光发射器
• SONET OC-192 / SDH STM-64光发射器
• XFP和SFP+收发器模块
• XENPAK、XPAK、X2和300引脚MSA光转发器模块

产品概述

ONET1101L是一款高性能、3.3V激光驱动器，专为在2 Gbps至11.3 Gbps范围内直接调制激光器而设计。该器件提供双线串行接口，支持对调制参数的数字控制，包括偏置电流和交叉点设置，无需外部元件。其内置的可选输入均衡器可对FR4印刷电路板上长达300毫米（12英寸）的微带或带状线传输线进行补偿。

ONET1101L集成了自动功率控制（APC）环路，以及支持激光安全和收发器管理系统的电路。该器件适用于-25°C至100°C的工作温度范围，采用4mm × 4mm、24引脚、符合RoHS标准的QFN封装，具备紧凑的外形。

图1展示了ONET1101L的内部功能框图。该激光驱动器包括均衡器、限幅器、输出驱动器、直流偏移消除与交叉点控制、上电复位电路、双线串行接口（含控制逻辑和调制电流发生器）、偏置电流发生器、自动功率控制环路以及模拟参考模块。

图1: ONET1101L功能框图

ONET1101L采用符合RoHS标准的4mm × 4mm、24引脚QFN封装，引脚间距为0.5mm。以下为24引脚QFN封装的俯视图及引脚说明。

详细功能描述

均衡器

数据信号可通过DIN+/DIN-引脚输入，该引脚支持片上差分100Ώ线路端接。通过设置EQENA=1（寄存器0的第1位）可启用均衡器，用于补偿FR4印刷电路板上长达300毫米（12英寸）的微带或带状线传输线。均衡量由双线接口和控制逻辑模块进行数字控制，具体取决于寄存器EQADJ[0...7]（寄存器6）的设置。若设置EQENA=0，则可关闭并绕过均衡器。

限幅器

限幅器将均衡器输出信号限制在固定范围内，消除输入信号中的过冲，并为输出驱动器提供稳定输入。

高速输出驱动器

调制电流由调制电流发生器提供，该发生器通过双线接口进行数字控制。输出级的集电极节点连接至MOD+和MOD–引脚。激光二极管可根据所需调制电流选择交流耦合或直流耦合。为实现最大80 mA的调制电流，建议采用交流耦合。输出已针对驱动25Ώ负载进行优化。

调制电流发生器

调制电流发生器为输出驱动器提供调制电流，其控制由双线接口模块完成。通过10位控制总线MODC[0...9]（寄存器2和寄存器3）设置所需调制电流。

通过将DIS引脚设为高电平或设置ENA=0（寄存器0的第7位），可禁用调制电流。若内部故障检测寄存器标志FLTEN已启用（寄存器0的第3位），则在检测到故障时也会自动禁用调制电流。

直流偏移消除与交叉点控制

ONET1101L具备直流偏移消除功能，用于补偿内部偏移电压。通过设置OCDIS=1（寄存器1的第3位）可禁用该功能。禁用后，输出交叉点可在眼图的30%至70%范围内调整。通过设置CPSGN=1（寄存器7的第7位），可将交叉点向1电平移动；设置CPSGN=0则向0电平移动。调整幅度由寄存器CPADJ[0...6]（寄存器7）和CPRNG[0...1]（寄存器1）控制。CPRNG1=0且CPRNG0=0时，调整范围最小（精细）；CPRNG1=1且CPRNG0=1时，调整范围最大（粗略）。

偏置电流生成与APC环路

偏置电流生成和自动功率控制（APC）环路由双线接口控制。在开环模式下，通过设置OLENA=1（寄存器0的第4位），偏置电流由10位控制字BIASC[0...9]（寄存器4和寄存器5）设定。在APC模式下（OLENA=0），偏置电流由BIASC[0...9]和激光偏置电流与光电二极管电流的耦合比CR决定，CR = IBIAS / IPD。

若光电二极管阳极连接至PD引脚，则设置PDPOL=1（寄存器0的第0位）；若阴极连接，则设置PDPOL=0。通过PDRNG[1...0]位（寄存器0）可选择三种光电二极管电流范围。建议选择使激光偏置控制DAC接近中心值的范围，以保持高分辨率。

ONET1101L支持BIAS引脚作为电流源或吸收器。若设置BIASPOL=1（寄存器1的第2位），BIAS引脚作为电流源；若设置为0，则作为电流吸收器。

偏置电流可通过增益为0.01的电流镜进行监测。在MONB和GND之间连接一个低温系数精密电阻，可将偏置电流转换为电压。

模拟参考

ONET1101L由单一3.3 V±10%电源供电，以地（GND）为参考。片上带隙电压电路生成一个与电源无关的参考电压，所有内部电压和偏置电流均由此参考电压衍生。

需在RZTC引脚与地之间连接一个外部零温度系数电阻，以生成精确的零温度系数电流，作为片上DAC的参考。

上电复位

ONET1101L内置上电复位电路，确保所有寄存器在启动时初始化为零。在通电至初始化时间（tINIT1）后，内部寄存器准备就绪。若ENA位设为1且DIS引脚为低电平，则在初始化至传输时间（tINIT2）后，设备可开始传输数据。

ONET1101L可通过ENA寄存器位或DIS引脚禁用。禁用状态下，寄存器不会复位。当DIS引脚为低电平或ENA重新设为1时，设备将恢复至之前的输出设置。

双线接口与控制逻辑

ONET1101L采用双线串行接口进行数字控制。SDA和SCK引脚分别由微处理器的串行数据和时钟信号驱动。TI建议使用开漏输出驱动这些输入。

双线接口支持对内部寄存器的写访问和读访问。ONET1101L作为从设备，依赖主设备提供的时钟信号和启动/停止命令。数据传输协议如下：

1. START 命令
2. 7位从机地址（0001000），后跟数据方向位（R/W）：0表示写操作，1表示读操作
3. 8位寄存器地址
4. 8位寄存器数据字
5. STOP 指令

ONET1101L的时序与I2C兼容。图2和图3展示了典型的数据传输时序图，表1定义了相关时序参数。

总线空闲时，SDA和SCK保持高电平。启动传输时，SDA在SCK高电平时从高变低，定义为START条件。停止传输时，SDA在SCK高电平时从低变高，定义为STOP条件。主设备可在不发送STOP的情况下发送重复START以继续通信。

数据传输在START和STOP之间进行，每次传输一个字节。接收方需确认数据。确认机制要求接收设备在确认时钟周期内将SDA拉低。若从设备未确认地址，SDA保持高电平，主设备可发送STOP终止传输。

图2: I2C时序图

图3: I2C数据传输

表1. 时序图定义

激光安全特性与故障恢复流程

ONET1101L内置激光安全机制，可检测以下故障：

• MONB电压超过RZTC电压（1.16 V）
• 光电二极管电流超过设定值的150%
• 偏置控制DAC值在单步中下降超过50%

若检测到上述任一故障且FLTEN位已启用（寄存器0的第3位），ONET1101L将执行以下操作：

• 将偏置电流设为零
• 将调制电流设为零
• 断言并锁存FLT引脚

故障恢复流程如下：

1. 在故障锁存复位时间内，通过DIS引脚或ENA位切换状态
2. 当DIS引脚置位或ENA位清零时，FLT引脚复位
3. 若故障已解除，设备在禁用解除时间后恢复至先前输出设置
4. 若故障仍存在，当DIS设为低电平且设备未恢复正常时，FLT将重新断言

应用电路示例

图4和图5展示了ONET1101L的典型应用电路，其中激光器被偏置至VCC（BIAS引脚下拉），并以差分或单端方式驱动。激光驱动器由微控制器通过双线接口SDA/SCK控制。在典型应用中，FLT、MONB和MONP输出也连接至微控制器，以实现收发器管理。

图4和图5中的元件值为典型示例，实际应用中可能根据需求调整。

图4. 交流耦合差分驱动

图5. 交流耦合单端驱动

功耗计算

功耗取决于偏置引脚是提供电流还是吸收电流。若偏置引脚吸收电流，功耗通常较低，因为其保持电压通常小于1 V。

功耗计算公式如下：

其中：

• VCC：电源电压
• IVCC：排除调制电流和偏置电流后的供电电流
• IMOD：调制电流
• VBIAS：BIAS引脚电压
• IBIAS：偏置电流

布局建议

为实现最佳性能，建议使用50Ώ传输线（差分100Ώ）连接信号源至DIN+和DIN-引脚，并使用25Ώ传输线（差分50Ώ）连接MOD+和MOD-至激光器。传输线应尽可能短，以减少损耗和模式依赖性抖动。如需使用串联匹配电阻，建议将其尽可能靠近TOSA二极管安装。