使用DS1864增强的APDRSSI校准

本应用笔记解释了如何使用DS1864 SFP激光器和诊断IC对使用雪崩光电二极管（APD）的光接收器进行增强型接收信号强度指示（RSSI）校准。本文讨论了APD和RSSI之间的关系，并描述了增强型RSSI在DS1864上的主要工作原理。

APD RSSI 概述

许多光学模块将基于雪崩光电二极管（APD）的光接收器用于高灵敏度应用。在此类模块中，接收信号强度指示器（RSSI）基于光电流，而不是跨阻放大器（TIA）输出端的电信号幅度。图1所示为具有电压输出的典型电流监控电路。

图1.典型APD电流监视器的原理图。

通过APD的电流由下式给出我APD = P接收× M ×η其中：

IAPD电流单位为 mA
PRX接收功率单位为 mW
M 是 APD 雪崩增益系数
η 是以 A/W 为单位的转换效率

转换效率取决于许多结构因素、温度和波长;它通常在 0.65 < η < 0.95 之间。

APD增益是通过将APD偏置在其击穿电压V附近来实现的BR，通常介于 20V 和 80V 之间，取决于 APD 结构和工作温度。APD越接近其特定击穿电压，M越高。当APD处于雪崩模式时，M与V成正比BR和 V美联社，施加到 APD 上的电压，如M ∝ √(VBR/(VBR - VAPD)).M 的确切计算取决于 APD 材料类型、增益区域大小和其他变量。对于运行在 155Mbps 和 40Gbps 之间的典型 APD，M 通常设置为 3 < M < 10 之间。典型的APD增益曲线如图2所示。回到图1，R1用于增加APD的动态范围，随着光输入功率的增加，M减小。随着流过R1的电流增加，APD上的电压降低。这使APD进一步远离其击穿电压，从而降低M，如M ∝ √(VBR/(VBR - (VBIAS - IAPD × R1)))。请注意，M 依赖于自身，如替换为上一个等式所示M ∝ √(VBR/(VBR - (VBIAS - PRX × M × η × R1)))。使用监控比为10：1的电流镜，向ADC显示电压（VADC） 由下式给出：

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

图2.典型的APD增益曲线。

增强的 RSSI 概述

DS1864 SFP激光和诊断IC包括用于MON3通道的增强型RSSI模式，该模式是13位ADC的差分输入。增强型 RSSI 也称为双量程功能。在增强型RSSI模式下，ADC最多接受两种不同的读数，称为精细模式和过程模式。（DS1864数据资料第20页和第21页描述了这种模式。精细读数自动用于测量小输入信号。但是，如果向ADC输入大信号，则会自动使用航向模式。

对于 APD RSSI 测量，请务必注意，增强型 RSSI 的两个范围具有独立的偏移和刻度校准因子。此外，精细模式还允许ADC结果最多7次右移。当配置为 7 个右移位时，最大精细模式读数为 01FFh，最小航向模式读数为 01E0h。有 31 位迟滞可防止两个范围在重叠区域（01FFh 至 01E0h）中切换。

APD RSSI 的双量程校准

为了符合SFF-8472标准，必须校准监控电路和ADC，使一个LSB = 0.1μW。由于M随输入功率而变化，因此最佳ADC步长必须变化，以将每个LSB保持在0.1μW。如果M在3到10之间变化，并且使用单个ADC LSB权重，则总误差为10×log10（10/3） = 5.23dB。由于DS1864允许对两个不同的ADC范围进行独立校准，因此可以定义两个不同的LSB权重。这减少了由M变化引起的误差。 图3显示了理想的LSB权重和基于典型APD和监视器的两种不同权重。

图3.典型的APD监测器是理想的ADC LSB权重和实际校准的权重。

当MON3精细转换配置为7个右移时，LSB权重之间的交越发生在ADC阶跃1E0h和1FFh之间。最佳LSB重量值必须根据APD和监控电路确定。前面示例给出的 RSSI 错误如图 4 所示。

图4.典型 APD 监视器应用中的 RSSI 错误。

审核编辑：郭婷