单片集成固态激光调制振荡器EL6200C及应用

EL6200C是Elantec公司生产的高性能固态激光调制振荡器，工作频率在70～450MHz之间，使用3.5V到5.0V的单电源供电。仅用两个外部电阻就可调节频率和振幅。振荡器频率由RFREQ引脚和接地的单个外部电阻来设置，电流输出振幅由RAMP引脚到地的单个外部电阻设置。EL6200C采用8脚SOIC或5脚SOT23封装。

EL6200C固态激光调制振荡器可应用在DVD驱动器、DVD－ROM驱动器、DVD－RAM驱动器、CD－ROM驱动器、MO驱动器等各种光盘驱动器中，也可用在激光检测仪器中作为激光头组件或在通讯用激光器中用作激光二极管的调制，还可作为各种模拟或数字系统的本机振荡器或时钟信号源。  

1. 引脚及功能

EL6200C有5脚SOT23和8脚SOIC两种封装形式，SOT23封装体积小，能够减少EMI辐射，从而能靠近激光设备放置。SOIC封装的振荡器具有三态输出功能，带有高速输出无效使能的OE引脚。OE引脚可由一高速定时信号在读/写操作期间驱动，以精确控制激光的调制。EL6200C的电流输出振幅达100mAP-P。当有逻辑低电平施加到片选信号CE引脚时，电流输出无效，电源电流降低到毫安级。EL6200C的两种引脚排列如图1所示。  

  
2. 设计考虑

2.1 EMI和接地  

从EMI的观点看，输出电流的边沿比输出电压更重要。EL6200C的元件较小，放置在接地层上，因此发射电压模式时EMI的天线效应较小。测量显示实际的电流边沿时间大约是1ns，因此应互相联接在接地层之上，并使连接长度最短以使电感性的EMI减到最小。大多数EMI似乎是来自于连接二极管与EL6200C板上的电源电缆。电容的内部电阻和内部电感提供了很好的旁路方式，通常线上具有500mVP-P的噪声是很普通的。这就需要在电源端串联电感和二级旁路电容以阻止信号沿电源线传播。另外，电源上应串联电阻，这样可降低EL6200C的功耗。图2所示为典型的连接方法。  


  
图2中串联电感L的选择原则是能在300MHz时得到70欧左右的串联电抗，因此40nH就足够了。另外，应该屏蔽电感以减小EMI，并且应保证在EL6200C需要的电源电流值上没有饱和效应。另外，在工作的频率或它的谐波上不能有自身谐振。

对于源电流环路，电流流过电源旁路电容。旁路电容的接地端应直接连结到EL6200C的接地引脚(对于8脚封装为输出地引脚)。地面返回通路过长将引起旁路流在线路板的接地层产生电压降，这会对其它元件(例如RAMP和RFREQ)引起干扰。同样，负载的接地返回信号被认为是噪声，其它的接地元件不应与这条路径连接。在负载返回端附近的接地层开槽可除去相邻接地元件上的噪声。

2.2 RFREQ和RAMP

RFREQ和RAMP应该连接到电源地以避免噪声，并应该和EL6200C的接地端相连，以免引起高频干扰噪声。同时应该对地有最小的电容。

可以连接外部的电压源到RFREQ和RAMP以进行频率或幅度的调制或调整。在控制电压上靠着EL6200C安装一串联电阻，将减少高频噪声从调制源传播到EL6200C的本地环境，并可使EL6200C引脚寄生电容减到最小。

模拟调制的两输入都有若干兆赫的带宽。允许输出引脚通过大约20Mbit/s速率的数字调制信号。

2.3 电源功耗的考虑

为减少功耗，可降低部件的电源电压。在旁路电容外面通过从＋5V主电源到EL6200C之间安装一串联电阻即可完成。EL6200C的电源电压特性曲线在4V电源下就能很好地工作。在串联电阻上设置0.75V的压降可以使振荡器在4.25V运行，这时最大电平值为4.5V。

3. 应用

EL6200C可用来设计与激光二极管接口并中断反馈谐振方式，从而减小激光噪声，但是它通常也可作为70～450MHz振荡器使用。

3.1 激光二极管应用

EL6200C的输出是振荡的方波电流源。输出电压与VS到地的电压相一致，并有大约10Ω的内阻。当输出电压接近电源端时，尽管边角变圆，但没有严重的方波失真。作为电流源输出，输出偏流电压是由直接连接的激光二极管设置，具有很低的交流输入阻抗和1.6～2.5V的直流电压。这样，到二极管和EL6200C的交流耦合就不必要。由于工作周期在输出的40％到60％之间，因此EL6200C的直流消耗仅仅是峰峰值输出的±5％。这使得对二极管的直流偏置电压干扰很少。

由于激光二极管的交流阻抗通常是在低阻范围，任何的互相联接都将产生大约8nH/cm左右的串联电感。因为EL6200C输出是交流电流，串联电感引起的高负载阻抗使得EL6200C的输出电压上升到比二极管和直接连接的输出电压高得多。在400MHz和60mAP-P输出的情况下，1cm长度将产生1.2VP-P的额外驱动信号，并具有更多的谐波频率。电流波形是方波，感性负载也同样能引起2V的过冲电压。这并不是说提供到二极管的电流过冲与EL6200C输出的过冲相同。测量显示EL6200C输出边沿大约为300ps，这个速度几乎不可能通过实际连接提供到二极管。  


  
3.2 RF应用

EL6200C可与电抗负载相接，可用作小范围调制发送器。其输出电路看起来像电流源。维持正确的直流偏置电压对EL6200C来说是很重要的。由于输出是纯直流电流，电容耦合将允许直流电平向电源尾部漂移，这将引起输出变形。图4所示为EL6200C输出到50Ω负载的耦合电路。图中，L=124nH,X1=6.4pF,C2=3.5pF。

耦合电容阻止了直流输出电流通过扼流电感LCHOKE，R1和R2为EL6200C输出提供了一半直流电源的工作电压。扼流电感LCHOKE的作用是使交流电压不影响分压器，其值为0.5μH。EL6200C将有比峰峰交流输出电流小10％的直流输出电流余量。如果在分压器上允许有±0.75V的直流漂移，则分压器阻抗可设置为75Ω，R1=R2=150Ω。另外，分压器可由运算放大器缓冲以提高分压器阻抗，减小电源电流。运算放大器输出应接一个27pF的旁路电容，以避免交流电压的影响。