高速激光驱动电路的设计与测试

自从50年前Theodore H Maiman发明了激光器，激光就在不同技术领域里得到广泛应用，例如通信，工业生产[1]以及传感器，测量设备等。当通信业关注达到GHz范围的高速传输频率时，工业生产的主要目标是高速的极短的纳秒范围内的脉冲光功率。在激光感应器和测量设备的领域里，高速驱动电路的设计成为非常艰巨的任务。

这份资料主要描述快速驱动电路的设计，PCB布局，光学测量工作，以及设计一个脉冲宽度达到2.5纳秒的理想解决方案。

目录：

1）集成激光驱动器解决方案
2）高速激光驱动电路的设计考量
3）布局要求
4）测量激光脉冲
4.1）从示波器到光学仪器
4.2）从计算机到光学USB仪器
5）设计检查
6）概要
7）文献

1）集成激光驱动器解决方案

传统的激光二极管驱动电路通常使用分立元器件，来达到低成本低效率的使用要求[2].而集成激光驱动方案的优势在于：
。提高了输出功率的稳定性（1%或更高）
。减少电路板空间（至80%）
。错误监视
。动态性能更佳
。提高可靠性/MTBF无故障工作时间对于快速开关，集成驱动器是强制性的，因为减少电感线路和电容能允许更快的信号变化。

2）高速激光驱动器电路的设计考量

应用在测量和传感技术上的激光光源通常是半导体二极管激光，只需从几个微瓦到几百个毫瓦的光学输出功率。集成电路能简单并安全地控制[3]并覆盖整个可见光谱到红外光范围。你可以点击这里查看完整的iC-Haus集成激光驱动方案。最新一代全能型集成激光驱动方案支持的开关频率高至155兆赫兹，激光电流高达300毫安。图1是iC-NZN应用电路的原理图。它适用于3.3至5.5伏的工作电压并能在具备或不具备监控二极管的情况下驱动N，M，以及P型激光二极管。

图1：全能型集成激光驱动电路

支持两个操作模式——自动功率控制（APC）和自动电流控制（ACC）[4].如上图1所示，光学输出功率不同，驱动电流由电阻器PMP/RMD设置而成。如果采用一个合适的PCB布局，脉冲宽度可达到小于3.5纳秒以及脉冲上升沿和下降沿时长（tr/tf）为1.5纳秒（最大）。在此情况下应采用LVDS输入信号代替TTL水平来减少EMI.iC-NZN的特点是提供了一个低边输出（专门为N型激光二极管优化），iC-NZN的特点是提供了一个高边输出（专门为P型激光二极管优化）。为了保护激光二极管，特别是在APC模式，通过管脚VDDA的最大驱动电流可以由电阻RSI来限制。

对于更高功率的激光脉冲，电流开关例如iC-HG提供了一个集成解决方案。它的特点是可提供6个带尖峰释放的电流开关，每个开关切换电流为500毫安，而且这些开关可以并联起来达到3A DC电流。

图2展示了iC-HG的应用电路，以3A来驱动单个激光二极管。脉冲宽度可以低至2.5ns，峰值电流可达9A.最大开关频率200MHz，上升和下降沿时长1ns（最大）。最大占空比取决功率耗散和iC-HG的散热情况。

图2：激光驱动电路电流达3A，脉冲可达9A