giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hà nội [[ \\ - PHÙNG THỊ THANH HỆ THỐNG TRUYỀN DỮ LIỆU BẰNG ÁNH SÁNG NHÌN THẤY (VISIBLE LIGHT DATA TRANSMISSION SYSTEM) luận văn thạc sĩ kỹ thuật ngành : điện tử viễn thông NGI HNG DẪN KHOA HỌC: TS PHẠM NGỌC NAM Hµ néi - 2012 LỜI NĨI ĐẦU Những nghiên cứu thơng tin quang ngày mở rộng phát triển, thể vai trò to lớn khoa học kỹ thuật đời sống người Hiện nay, nhiều ứng dụng lĩnh vực trao đổi thông tin thông tin quang, đặc biệt thông tin quang vô tuyến Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống quang với chi phí thấp mà thỏa mãn yêu cầu cần thiết góp phần thúc đẩy phát triển khoa học kỹ thuật kinh tế Việt Nam Mục đích luận văn nghiên cứu hệ thống truyền liệu bắng ánh sáng nhìn thấy (Visible Light Data Transmission System) Hệ thống mà em nghiên cứu gồm khối phát khối thu quang đặt cách với cự ly gần cho phép truyền thông tin tốc độ 100 Mbps, với photodiode có độ nhạy cao linh kiện với khả tích hợp khối xử lý số tương tự, hệ thống truyền với hiệu suất cao mà cịn gọn nhẹ, tiêu hao lượng có chi phí sản xuất thấp Q trình nghiện cứu hoàn thành luận văn em xin chân thành cảm ơn TS Phạm Ngọc Nam (Bộ môn Điện tử Tin học - Khoa Điện tử Viễn Thông - Đại học Bách khoa Hà Nội trực tiếp hướng dẫn tận tình, chu đáo Đồng thời em xin cảm ơn q thầy giáo trường Đại học Bách khoa Hà Nội, cảm ơn gia đình bạn bè giúp đỡ, động viên thời gian qua Hà Nội, tháng năm 2012 Học viên Phùng Thị Thanh LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn "HỆ THỐNG TRUYỀN DỮ LIỆU BẰNG ÁNH SÁNG NHÌN THẤY" tơi tự nghiên cứu hồn thành hướng dẫn TS PHẠM NGỌC NAM Tơi xin chịu hồn toàn trách nhiệm lời cam đoan Hà Nội, Ngày 25 tháng 03 năm 2012 Học viên Phùng Thị Thanh DANH MỤC SƠ ĐỒ, BẢNG BIỂU TT Bảng Tên bảng Trang 1 Bảng 2.1 So sánh Led Laser 10 2 Bảng 3.1 Các chuẩn IEEE 802.3 31 3 Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật Modem MC100CM 42 4 Bảng 3.3 Các loại chuyển đổi MC100CM 43 5 Bảng 4.1 Thông số hệ thống thông tin quang khả kiến 49 6 Bảng 4.2 So sánh nguồn led thị trường 52 7 Bảng 4.3 Các thông số kỹ thuật MC 2042 [23] 65 8 Bảng 4.4 Các giá trị linh kiện mạch 66 Bảng 5.2 72 so sánh photodetector DANH MỤC HÌNH VẼ TT Hình Tên hình Trang 1 Hình 1-1 The visible spectrum: Phổ ánh 2 Hình 2-1 Các vùng bước sóng ánh sáng 3 Hình 2-2 Bóng đèn sợi đốt 4 Hình 2-3 Đèn compact 5 Hình 2-4 Đèn huỳnh quang 6 Hình 2-5 Các loại đèn led thực tế 7 Hình 2-6 Đèn LED chiếu sáng 8 Hình 2-7 Ứng dụng truyền thơng tin nhà 9 Hình 2-8 Ứng dụng truyền thơng tin máy bay 10 Hình 2-9 Kế hoạch triển khai ứng dụng VLC 11 Hình 2-10 Led hãng Luxeon 12 Hình 2-11 Sự hấp thụ khí bước song 13 Hình 2-12 On – Off Keying 13 14 Hình 3-1 15 Hình 3-2 Kỹ thuật FTTH 16 Các kỹ thuật liên quan đến FTTH 18 16 Hình 3-3 17 Hình 3-4 Cấu hình mạng Bus 21 Cấu hình mạng Star 23 18 Hình 3-5 19 Hình 3-6 Cấu hình mạng Ring 24 Cấu hình dạng lưới 24 20 Hình 3-7 21 Hình 3-8 Cấu hình mạng Star Bus 25 Các chuẩn IEEE 802 không dây 38 22 Hình 3-9 23 Modem Tp-Link MC100CM 41 Hình 3-10 12 14 Modem Planet 10/100 Base – Px Smart Media Conver ter 44 24 Hình 3-11 Chuẩn kết nối RJ45 25 Hình 3-12 Dạng sóng tín hiệu Ethernet 10 Mbps qua cáp cat 45 26 Hình 3-13 Phổ tần tín hiệu Ethernet 100 Mbps 46 45 27 Hình 3-14 Ví dụ tín hiệu trước sau mã hố 28 Hình 3-15 Ví dụ tín hiệu cuối sau mã hố MLT-3 47 29 Hình 4-1 30 Hình 4-2 Sử dụng thấu kính cho hệ thống VLC 51 Mắt Webcam dùng làm thấu kính 51 31 Hình 4-3 32 Hình 4-4 Sơ đồ khối mạch phát 51 Mạch shunt module phát dùng MAX3967 54 33 Hình 4-5 34 Hình 4-6 Sơ đồ nguyên lý module phát dùng MAX3967A 54 Nguồn V dùng 7805 56 35 Hình 4-7 36 Hình 4-8 Hình minh họa MAX3967A 57 Cấu tạo bên MAX3967A 57 37 Hình 4-9 Cách mắc đầu vào MAX3967A 58 47 38 Hình 4-10 Mạch in mặt 39 Hình 4-11 Mạch in mặt 59 40 Hình 4-12 Hình minh họa mạch thực tế 41 Hình 4-13 Mạch nguyên lý sử dụng MC2042 60 42 Hình 4-14 Mạch nguồn V 43 Hình 4-15 MC2042 dạng chân QSOP16 62 44 Hình 4-16 Các khối bên MC2042 45 Hình 4-17 Biểu đồ dòng điều khiển LED theo nhiệt độ 63 60 61 62 65 46 Hình 4-18 Mạch in mặt 47 Hình 4-19 Mạch in mặt 67 48 Hình 4-20 Hình minh họa mạch thực tế 68 49 Hình 4-21 Biểu diễn hình học để thiết lập ánh sáng truyền đến PIN 69 50 Hình 5-1 Sơ đồ khối modul thu quang điển hình 70 51 Hình 5-2 Đáp ứng quang OPF430 72 52 Hình 5-3 Cấu hình khối khuếch đại chuyển trở kháng 73 53 Hình 5-4 Sơ đồ mạch thu 74 54 Hình 5-5 Mạch in module thu 75 68 MỞ ĐẦU Ngày ứng dụng liên quan đến thông tin quang vô tuyến phát triển giới, đặc biệt hệ thống thông tin quang khả kiến dễ triển khai, lắp đặt văn phòng Các hệ thống Internet cáp đồng trước lỗi thời thời đại ngày tốc độ giới hạn đạt tối đa 100 Mbps, suy hao lớn, dây phức tạp … Hệ thống thông tin quang khả kiến sử dụng LEDs chiếu sáng thể nhiều ưu điểm so với việc sử dụng cáp đồng hứa hẹn mang lại nhiều ứng dụng công tác nghiên cứu khoa học ứng dụng khác đời sống Với khả truyền tốc độ từ hàng trăm Mbps đến hàng Gbps, ứng dụng hệ thống giải nhiều vấn đề việc triển khai mạng gia đình với tốc độ cao chi phí thấp mà lại gọn nhẹ, khơng phải dây phức tạp v.v Sự kết hợp driver LED MC2042 hãng Motorola IC MAXIM khơng giải tốn kỹ thuật mà cịn giải tốn kinh tế Một sản phẩm với độ tin cậy cao chi phí sản xuất thấp phù hợp với điều kiện kinh tế Việt Nam Nội dung Luận văn gồm chương, : Chương I: Giới thiệu Chương II: Tìm hiểu hệ thống thơng tin quang khả kiến nguồn sáng LED Chương III: Tổng quan mạng băng rộng Chương IV: Trình bày bước thiết kế module phát sử dụng LED cho hệ thống thông tin quang khả kiến cự ly gần Chương V: Trình bày bước thiết kế module thu sử dụng PIN cho hệ thống thông tin quang khả kiến MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời nói đầu Tóm tắt luận văn Dang mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị Danh mục từ viết tắt CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU 1.1 VLDT (Visible light Data transmission) gì? 1.2 Ứng dụng 1.3 Vì nghiên cứu VLDT 1.4 Nội dung nghiên cứu CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG KHẢ KIẾN 2.1 Thông tin quang khả kiến 2.1.1 Hệ thống thông tin quang khả kiến 2.1.2 Ưu điểm 2.2 Xu phát triển nguồn sáng 2.2.1 Thế hệ – đèn sợi đốt 2.2.2 Thế hệ hai – đèn huỳnh quang 2.2.3 Thế hệ ba – đèn LED……………………………………………… 2.3 LED chiếu sáng ứng dụng hệ thống thông tin quang khả kiến 2.4 Kế hoạch triển khai đề tài…………………………………………… 2.5 Một số đặc tính LED LED chiếu sáng………………… 2.6 So sánh LED với LD hệ thống thông tin quang………………… 10 2.6.1 Về chất……………………………………………………… 10 2.6.2 Về hoạt động……………………………………………………… 11 2.7 Lựa chọn loại LED phù hợp………………………………………… 12 2.7.1 Các phương án lựa chọn………………………………………… 12 2.7.2 Phương thức truyền dẫn liệu LED………………………… 13 CHƯƠNG III: TỔNG QUAN VỀ MẠNG BĂNG RỘNG……………… 3.1 Các chuẩn IEEE cho mạng truyền thông……………………………… 15 3.1.1 ISDN……………………………………………………………… 15 3.1.2 ADSL……………………………………………………………… 16 3.1.3 FTTH vấn đề kỹ thuật liên quan…………………………… 16 3.1.3.1 FTTH gì? 16 3.1.3.2 Các vấn đề kỹ thuật liên quan……………………………… 17 3.2 Một số cấu hình mạng………………………………………………… 20 3.2.1 Cấu hình mạng BUS……………………………………………… 21 3.2.1.1 Gửi tín hiệu………………………………………………… 22 3.2.1.2 Dội tín hiệu………………………………………………… 22 3.2.1.3 Terminator…………………………………………………… 22 3.2.2 Cấu hình mạng Star……………………………………………… 22 3.2.3 Cấu hình mạng Ring……………………………………………… 23 3.2.4 Cấu hình mạng lưới (Mesh)……………………………………… 24 3.2.5 Cấu hình mạng kết hợp…………………………………………… 24 3.3 Các chuẩn IEEE cho mạng truyền thông……………………………… 25 3.3.1 IEEE 802 3……………………………………………………… 31 3.3.2 IEEE 802 7……………………………………………………… 34 3.3.3 IEEE 802 11……………………………………………………… 34 3.3.4 IEEE 802 16……………………………………………………… 38 3.3.5 IEEE 802 20……………………………………………………… 40 3.3.5.1 Tổng quan…………………………………………………… 40 3.3.5.2 Đặc điểm kỹ thuật…………………………………………… 40 3.4 Tìm hiểu số modem quang hệ thống Internet theo chuẩn 41 Ethernet……………………………………………………………………… 3.4.1 Modem TPlink MC100CM……………………………………… 41 3.4.1.1 Giới thiệu…………………………………………………… 41 3.4.1.2 Đặc điểm…………………………………………………… 42 3.4.2 Modem Planet 10/100 Base – Fx Smart media converter 43 3.5 Chuẩn J45 45 3.5.1 Giới thiệu 45 3.5.2 Cách mã hóa liệu truyền qua cáp xoắn loại 45 3.6 Chuẩn đầu vào PECL 48 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MODULE PHÁT CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG KHẢ KIẾN 4.1 Yêu cầu hệ thống 49 4.2 Phân tích thiết kế Module phát quang 50 4.3 Thiết kế hệ thống phát 51 4.3.1 Nguồn sáng 52 4.3.2 Mạch điều khiển LED 53 4.3.2.1 Mạch điều khiển sử dụng IC điều khiển LED MAXIM3967A 53 4.3.2.2 Mạch điều khiển sử dụng IC điều khiển LED MC 2042 61 4.4 Thiết kế hệ thống quang học 68 CHƯƠNG V: THIẾT KẾ MODULE PHÁT CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG KHẢ BIẾN 5.1 Thiết kế module thu quang 70 5.1.1 Photodetector 70 5.1.2 Khuếch đại chuyển trở kháng 72 5.1.3 Tính tốn giá trị linh kiện 73 5.2 Tích hợp hệ thống quang với MC100CM cho hệ thống VLC cự ly gần 75 KẾT LUẬN 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 Visible Light Data Transmission System 5.1.3 Tính tốn giá trị linh kiện 70 5.2 Tích hợp hệ thống quang với MC100CM cho hệ thống VLC cự ly gần 72 KẾT LUẬN 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 Phùng Thị Thanh – CA100080 79 19-3252; Rev 0; 5/04 270Mbps SFP LED Driver Features The MAX3967 is a programmable LED driver for fiber optic transmitters operating at data rates up to 270Mbps The circuit contains a high-speed current driver with programmable temperature coefficient (tempco), adjustments for LED prebias voltage, and a disable feature The circuit accepts PECL data inputs, and operates from a single +2.97V to +5.5V power supply ♦ TX_DISABLE for SFP Compatibility The SFP LED driver can switch up to 100mA into typical high-speed light-emitting diodes As temperature increases, the device’s modulation current increases with a tempco that is programmable from 2500ppm/°C to 12,000ppm/°C The modulation current is programmed with a single external resistor ♦ Programmable LED Prebias Voltage The MAX3967’s LED prebias voltage is programmable from 400mV to 925mV The prebias circuit produces peaking current, which improves the LED switching speed Complementary current outputs help to maintain a constant supply current, reducing EMI and supply noise generated by the transmitter module The MAX3967 is available in die form, or in a 4mm x 4mm, 24-pin thin QFN package ♦ Single +2.97V to +5.5V Power Supply ♦ Adjustable Temperature Compensation ♦ Adjustable Modulation Current ♦ Complementary Output Reduces Supply Noise ♦ Available in 24-Pin QFN or Die Ordering Information PART MAX3967ETG MAX3967E/D TEMP RANGE -40°C to +85°C -40°C to +85°C PIN-PACKAGE 24 Thin QFN Dice* *Dice are tested and guaranteed only at TA = +25°C Applications Pin Configuration VEE TX_DISABLE IN+ IN- VCC Fast Ethernet/FDDI TCMIN Multimode LED Transmitters 24 23 22 21 20 19 TOP VIEW 155Mbps LAN ATM Transceivers ESCON Receivers SFP Transceivers TCNOM 18 MODSET TC 17 MON PB1 16 N.C MAX3967 PB2 15 VCC PB3 14 VCCOUT VEEOUT 13 VCCOUT 10 11 12 OUT+ OUT- OUT- N.C VEEOUT OUT+ Typical Operating Circuits appear at end of data sheet THIN QFN (4mm x 4mm) THE EXPOSED PAD MUST BE CONNECTED TO GROUND FOR PROPER THERMAL AND ELECTRICAL PERFORMANCE Maxim Integrated Products For pricing, delivery, and ordering information, please contact Maxim/Dallas Direct! at 1-888-629-4642, or visit Maxim’s website at www.maxim-ic.com MAX3967 General Description MAX3967 270Mbps SFP LED Driver ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS Supply Voltage at VCC, VCCOUT (VEE, VEEOUT = 0V) -0.5V to +7V Current into OUT+, OUT- -40mA to +160mA Differential Output Voltage (OUT+ to OUT-) -3.3V to +3.3V Voltage at PB1, PB2, PB3, IN+, IN-, OUT+, OUT-, TX_DISABLE -0.5V to (VCC + 0.5V) Voltage at TCMIN, TCNOM, TC, MODSET, MON -0.5V to +2V Continuous Power Dissipation (TA = +85°C) 24-Lead Thin QFN (derate 20.8mW/C° above +85°C) 1354mW Operating Junction Temperature Range -40°C to +150°C Die Attach Temperature +400°C Storage Temperature Range .-50°C to +150°C Lead Temperature (soldering, 10s) +300°C Stresses beyond those listed under “Absolute Maximum Ratings” may cause permanent damage to the device These are stress ratings only, and functional operation of the device at these or any other conditions beyond those indicated in the operational sections of the specifications is not implied Exposure to absolute maximum rating conditions for extended periods may affect device reliability DC ELECTRICAL CHARACTERISTICS (Load as specified in Figure 1; VCC = +2.97V to +5.5V (at the VCC pins); VEE, VEEOUT = 0V; TA = -40°C to +85°C, unless otherwise noted Temperature coefficients are referenced to TA = +25°C Typical values are at VCC = +3.3V, TA = +25°C, unless otherwise noted Dice are tested at TA = +25°C only.) PARAMETER SYMBOL CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS V Data Input High Voltage Referenced to VCC, DC-coupled input -1.165 -0.880 Data Input Low Voltage Referenced to VCC, DC-coupled input -1.810 -1.475 V 39 mA +50 µA Supply Current ICC (Note1) 30 Input Current at IN+ or IN- -50 RMODSET = 698Ω (Note 2) Modulation Current RMODSET = 3.0kΩ (Note 3) TA = -40°C 110 TA = +25°C 124 TA = +85°C 139 TA = -40°C 14 TA = +25°C 18 TA = +85°C Prebias Voltage 22 (Note 3) 66.0 75 84.5 PB1, PB2, PB3 = (open, open, open) 0.368 0.400 0.451 PB1, PB2, PB3 = (VEE, VEE, open) 0.575 0.625 0.696 PB1, PB2, PB3 = (VEE, VEE, VEE) 0.848 0.925 1.026 Maximum tempco (TC open) Temperature Coefficient of Modulation Current Prebias Resistor VIH TX_DISABLE Low VIL Monitor Gain Nominal tempco (TC shorted to TCNOM) 3600 2500 Resistance to VEE (Note 4) TX_DISABLE High ppm/°C 66 78 90 Ω 50 65 100 kΩ 2.0 IMON / IMODSET, VMON < 1.1V, RMODSET = 1kΩ, TC = TCMIN V 12,000 Minimum tempco (TC shorted to TCMIN) RPREBIAS TX_DISABLE Resistance mA 0.92 V 0.8 V 1.08 A/A Note 1: RMODSET = 1kΩ Excludes IOUT+ and IOUT-, TX_DISABLE high or low Note 2: TC connected to TCMIN Note 3: VCC = +3.3V, VLED = 1.55V, prebias voltage programmed at 0.625V (nominal), TA = +25°C RMODSET = 1kΩ, (programs approximately 80mA), TC connected to TCNOM Note 4: The TX_DISABLE pin is internally pulled low The driver is enabled when TX_DISABLE is left open _ 270Mbps SFP LED Driver (Load as specified in Figure 1, unless otherwise noted VCC = +2.97V to +5.5V (at the VCC pins), RMODSET = 1kΩ, TA = -40°C to +85°C Input data edge speed = 1ns (typ), PB1 = PB2 = VEE, PB3 = open Typical values are at VCC = +3.3V, TC connected to TCNOM, TA = +25°C.) (Note 5) PARAMETER SYMBOL CONDITIONS MIN Data Input Range Differential input 500 Output-Current Edge Speed 20% to 80%, input is a 12.5MHz square wave 300 Output-Current Pulse-Width Correction (PWC) Note Output-Current Data-Dependent Jitter DJ Random Jitter RJ TYP MAX UNITS 2400 mVP-P 615 1230 ps -80 266Mbps (Note 7) 140 155Mbps (Note 8) 150 ps 250 psP-P psRMS TX_DISABLE Assert Time t_off Time from rising edge of TX_DISABLE to output at 10% of steady state TX_DISABLE Negate Time t_on Time from rising edge of TX_DISABLE to output at 90% of steady state 0.01 0.5 µs Power-On Time t_init Time from VCC > 2.97V to output at 90% of steady state 0.1 ms Note 5: Note 6: Note 7: Note 8: 0.01 0.5 µs AC characteristics are guaranteed by design and characterization PWC = (widthCURRENT ON - widthCURRENT OFF) / Test pattern is a K28.5 (0011 1110 1011 0000 0101) transmitted at 266Mbps Test pattern is equivanlent to a 213 - PRBS containing 72 consecutive zeros or 72 consecutive ones VCC VCC VLED 1.55V L1 VCC VPREBIAS FERRITE BEAD OSCILLOSCOPE 0.1µF OUT- OUT+ OUT- OUT+ OUT- 50Ω 5Ω MAX3967 MAX3967 MAX3967 0.1µF 50Ω SWITCHING DIODE OUT+ DC ELECTRICAL LOAD (EXCEPT PREBIAS VOLTAGE) DC ELECTRICAL LOAD FOR PREBIAS VOLTAGE AC ELECTRICAL LOAD Figure MAX3967 Output Test Loads _ MAX3967 AC ELECTRICAL CHARACTERISTICS Typical Operating Characteristics (MAX3967ETG in Maxim evaluation board, VCC = +3.3V, PB1 = PB2 = VEE, PB3 = open, TC connected to TCNOM, RMODSET = 1kΩ, TA = +25°C, unless otherwise noted.) MODULATION CURRENT vs TEMPERATURE VCC = 5.0V 34 32 30 28 VCC = 3.3V 26 24 NOMINAL TEMPCO 100 MINIMUM TEMPCO 80 60 40 MAXIMUM TEMPCO 120 MODULATION CURRENT (mA) SUPPLY CURRENT (mA) 36 120 MAX3967 toc02 EXCLUDES CURRENT INTO OUT+ AND OUT- 38 MODULATION CURRENT (mA) MAX3967 toc01 40 DIE MODULATION CURRENT vs TEMPERATURE 20 MINIMUM TEMPCO 100 80 60 MAXIMUM TEMPCO 40 20 NOMINALTEMPCO 22 20 0 -40 -40 -30 -20 -10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 AMBIENT TEMPERATURE (°C) 20 40 60 80 20 80 100 120 140 MINIMUM TEMPCO MAXIMUM TEMPCO MAX3967 toc06 100 200 MODULATION CURRENT (mA) MAX3967 toc05 NOMINALTEMPCO MODULATION CURRENT (mA) 60 DIE MODULATION CURRENT vs RMODSET 200 MAX3967 toc04 10,000 40 JUNCTION TEMPERATURE (°C) MODULATION CURRENT vs RMODSET 100 MINIMUM TEMPCO NOMINALTEMPCO MAXIMUM TEMPCO 1000 10 10 100 10 500 1k 10k 500 1k 8k RTC (kΩ) RMODSET (Ω) RMODSET (Ω) EYE DIAGRAM (ELECTRICAL) 266Mbps EYE DIAGRAM (OPTICAL) 155Mbps EYE DIAGRAM (OPTICAL) 155Mbps MAX3967 toc07 500ps/div PATTERN = 231 - PRBS -20 AMBIENT TEMPERATURE (°C) MODULATION CURRENT TEMPCO vs RTC 100,000 MAX3967 toc03 SUPPLY CURRENT vs TEMPERATURE MODULATION CURRENT TEMPCO (ppm/°C) MAX3967 270Mbps SFP LED Driver MAX3967 toc08 1ns/div RECEIVER BW = 200MHz, VCC = 2.97V, TA = +85°C, PAVE = -17.1dBm, PATTERN = 231 - PRBS MAX3967 toc09 1ns/div RECEIVER BW = 200MHz, VCC = 5.5V, TA = -40°C, PAVE = -15.8dBm, PATTERN = 231 - PRBS _ 270Mbps SFP LED Driver RANDOM JITTER vs TEMPERATURE EYE DIAGRAM (OPTICAL) 155Mbps MAX3967 toc10 MAX3967 toc11 MAX3967 toc12 EYE DIAGRAM (OPTICAL) 155Mbps RANDOM JITTER (psRMS) VCC = 3.3V MAXIMUM TEMPCO VCC = 5.0V MINIMUM TEMPCO 0 1ns/div 1ns/div RECEIVER BW = 200MHz, VCC = 5.5V, TA = +85°C, PAVE = -17.1dBm, PATTERN = 231 - PRBS RECEIVER BW = 200MHz, VCC = 2.97V, TA = -40°C, PAVE = -15.8dBm, PATTERN = 231 - PRBS TX_DISABLE NEGATE TIME 20 30 40 50 60 70 80 90 AMBIENT TEMPERATURE (°C) TX_DISABLE ASSERT TIME MAX3967 toc13 LED OUTPUT 10 MAX3967 toc14 LED OUTPUT t_off t_on TX_DISABLE TX_DISABLE 4ns/div 4ns/div _ MAX3967 Typical Operating Characteristics (continued) (MAX3967ETG in Maxim evaluation board, VCC = 3.3V, PB1 = PB2 = VEE, PB3 = open, TC connected to TCNOM, RMODSET = 1kΩ, TA = +25°C, unless otherwise noted.) 270Mbps SFP LED Driver MAX3967 Pin Description PIN NAME FUNCTION TCNOM TC 3, 4, PB1, PB2, PB3 6, VEEOUT 8, OUT+ Current Output Pins 10, 11 OUT- Complementary Current Output Pins 12, 16 N.C Not Connected 13, 14 VCCOUT 15, 19 VCC Provides Current to the Internal Amplifiers 17 MON The Current Sourced from the MON Pin is Proportional to the Modulator Current 18 MODSET 20 IN- Inverting Data Input 21 IN+ Noninverting Data Input 22 TX_DISABLE 23 VEE 24 TCMIN Shorting TC to TCNOM provides a modulation tempco of approximately 3600 ppm/°C A resistor (RTC) connected between the TC and TCMIN pins sets the tempco of the modulation current Leaving RTC unconnected provides the maximum tempco Programs the Prebias Voltage at the OUT+ Pin (Table 1) Ground for the Output-Current Drivers Supply Connection for the Output-Current Drivers A Resistor from MODSET to VEE Programs the LED Modulation Current Transmit Disable When high, the current at the OUT+ pins is in the low state The transmitter is enabled when TX_DISABLE is open Ground for internal amplifiers Shorting TC to TCMIN provides the minimum modulation-current tempco Detailed Description The MAX3967 provides a flexible current drive for the modulation of fiber optic light-emitting diodes (LEDs) The circuit is designed to be used with +3.3V or +5V power supplies The IC provides up to 100mA of modulation current An adjustable prebias current source sets the LED prebias voltage An integrated resistor provides passive peaking and optical pulse-width compensation Figure shows a block diagram of the MAX3967, which comprises a reference-voltage generator, modulationcurrent generator, input buffer with disable, prebiascurrent generator, main output driver, complementary output driver, and LED-compensation network Temperature Compensation The reference-voltage generator circuit provides two voltage sources that create modulation-current temperature compensation A positive modulation-current temperature coefficient (tempco) is useful to compensate for the temperature characteristics of typical fiber optic LEDs The first source has a temperature-stable output The second source has a temperature-increasing output with a tempco of approximately 12,000ppm/°C (relative to +25°C) A resistor-divider between the two reference generators programs the modulation-current tempco For maximum modulation-current tempco, leave the TC pin disconnected For a tempco of approximately 3600ppm/°C, connect TC to TCNOM To obtain the minimum tempco, connect TCMIN to TC Intermediate tempco values can be programmed by connecting an external resistor (RTC) between TCMIN and TC Input Buffer The inputs are connected to the PECL-compatible differential input buffer If left unconnected, IN+ is internally pulled to a PECL low and IN- is pulled to a PECL high, causing low current at OUT+ The input impedance of IN+ and IN- is approximately 50kΩ _ 270Mbps SFP LED Driver MAX3967 TX_DISABLE VCCOUT OUTMAX3967 INPUT BUFFER IN+ 5Ω COMPLEMENTARY OUTPUT 24X IN- MODULATIONCURRENT GENERATOR RPREBIAS 78Ω MAIN OUTPUT 24X OUT+ GAIN 4X VCC 35Ω REFERENCE-VOLTAGE GENERATOR 12pF 1.2V V TEMP TCMIN TCNOM TC PREBIAS-CURRENT GENERATOR 50Ω MODSET RMODSET MON PB1 PB2 PB3 Figure Functional Diagram Modulation-Current Generator Prebias Current Generator The modulation-current generator circuit provides control of the modulation-current amplitude This amplitude is determined by the voltage at the MODSET pin and external resistor RMODSET Do not connect bypass capacitors at the MODSET pin Capacitance at this pin increases high-frequency output noise The MON pin provides an optional modulation-current monitor The current sourced from the MON pin is 1/96 of the modulation current If used, the pin should be connected to VEE through a resistor The resistance must be chosen so the voltage on MON does not exceed 1.1V If not used, leave MON open A prebias voltage (V PREBIAS) can be applied to the LED to improve switching speed The prebias current generator creates a current that flows through the 78Ω prebias resistor in the output stage, creating a prebias voltage The prebias voltage can be adjusted by selectively connecting pins PB1, PB2, and PB3 to VEE Table describes the functions of PB1, PB2, and PB3 Output Current Drivers The modulation-current reference is switched and amplified by the output stages LED package lead inductance causes ringing and overshoot, which can be compensated with an RC filter network The MAX3967 includes 35Ω and 12pF of inter- _ MAX3967 270Mbps SFP LED Driver Table LED Prebias Voltage PB1 PB2 PB3 PREBIAS (V) Open Open Open 0.400 VEE Open Open 0.475 Open VEE Open 0.550 VEE VEE Open 0.625 Open Open VEE 0.700 VEE Open VEE 0.775 Open VEE VEE 0.850 VEE VEE VEE 0.925 nal compensation The compensation network can be optimized by adding additional components between VCCOUT and OUT+ The MAX3967 includes a complementary output driver, which is switched 180° out of phase with the main output This configuration helps to maintain constant current flow from the voltage supply, reducing noise and EMI A large diode and a 5Ω resistor are connected in series with the negative output (OUT-) to emulate the LED load at OUT+ Peaking Current The prebias resistor provides peaking current to improve the LED switching speed The peaking magnitude is given by the following equation: V -V IPEAK = LED PREBIAS 78Ω The peaking amplitude is equal for rising and falling data transitions Design Procedure See the Modulation-Current Tempco vs RTC graph in the Typical Operating Characteristics to program a custom tempco From the graph, determine the appropriate resistor and connect it between TCMIN and TC For example, if an LED requires a 5000ppm/°C tempco, choose RTC of 8.3kΩ Program the Modulation Current Determine the required modulation current at TA = +25°C Then select the appropriate value of RMODSET from the Modulation Current vs RMODSET graph in the Typical Operating Characteristics For example, to program 75mA modulation current, the graph indicates an RMODSET value of 750Ω for maximum tempco (12,000ppm/°C) and 1kΩ for nominal tempco (3600ppm/°C) By interpolation, choose an RMODSET of 792Ω for a tempco of 5000ppm/°C Program Prebias Voltage Determine the LED prebias voltage that produces an acceptable trade-off between peaking current and extinction ratio See Table for PB1, PB2, and PB3 settings Layout Considerations For optimum performance, total load inductance should not exceed 10nH Load inductance includes LED inductance, LED package lead inductance, and circuitboard traces Keep the connections between the MAX3967 OUT pins and the LED as short as possible to minimize inductance Chip-and-wire (hybrid) technology reduces package inductance significantly, and provides the best possible performance Use good high-frequency layout techniques and a multilayer board with an uninterrupted ground plane Power supplies should be capacitively bypassed to the ground plane with surface-mount capacitors located near the power-supply pins Select an LED For best performance, select a high-efficiency, lowinductance LED LED inductance causes large voltage swings and ringing Program the Modulation-Current Tempco Select a modulation-current tempco that provides nearly constant LED output power as temperature varies For the minimum tempco, connect TCMIN to the TC pin For a tempco of approximately 3600ppm/°C, connect TC to TCNOM and leave TCMIN unconnected For the maximum tempco, leave TCMIN, TCNOM, and TC unconnected _ 270Mbps SFP LED Driver Exposed-Pad Package The exposed pad on the 24-pin QFN provides a very low thermal resistance path for heat removal from the IC MAX3967 PECL OUTPUT IN+ Chip Information TRANSISTOR COUNT: 327 SUBSTRATE CONNECTED TO VEE PROCESS: BIPOLAR DIE THICKNESS: 15 mils 50Ω VCC - 2V VCC R1 MAX3967 RF OR NON-PECL OUTPUT IN+ R2 VCC R1 R2 3.3 82 130 5.0 68 180 SINGLE-ENDED TERMINATION IS SHOWN IN- SHOULD BE TERMINATED SIMILARLY Figure Input Terminations Applications Information Wire-Bonding Die The MAX3967 utilizes gold metalization, which provides high reliability Make connections to the die with gold wire only, using ball-bonding techniques Use caution if attempting wedge-bonding Pad size is mils x mils (100µm) Die thickness is typically 15 mils (375µm) _ MAX3967 Input Terminations 270Mbps SFP LED Driver MAX3967 Typical Operating Circuits SFP TRANSMITTER +3.3V FERRITE BEAD 10kΩ VCC DISABLE +3.3V 82Ω VCCOUT TX_DISABLE OUT- +3.3V OUT+ 82Ω MAX3967 CIN IN+ DIFFERENTIAL DATA VEEOUT IN- CIN PB1 120Ω VEE PB2 PB3 TCMIN TCNOM TC MODSET 120Ω RMODSET SFP TRANSMITTER WITH DIGITAL MONITOR +3.3V FERRITE BEAD 10kΩ VCC DISABLE +3.3V 82Ω VCCOUT TX_DISABLE OUT- +3.3V OUT+ 82Ω MAX3967 CIN IN+ DIFFERENTIAL DATA VEEOUT IN- CIN 120Ω VEE MON 120Ω PB1 PB2 PB3 TCMIN TCNOM TC MODSET RMODSET DIAGNOSTIC IC RMON 10 270Mbps SFP LED Driver SFF TRANSMITTER WITH DISABLE VCC VCC DISABLE PECL DATA FERRITE BEAD VCCOUT TX_DISABLE OUT- IN+ OUT+ MAX3967 IN- VEEOUT MON VEE PB1 PB2 TC PB3 TCMIN TCNOM MODSET RMODSET RTC* *OPTIONAL COMPONENT SFF TRANSMITTER WITHOUT DISABLE VCC VCC FERRITE BEAD VCCOUT TX_DISABLE PECL DATA OUT- OUT+ IN+ MAX3967 IN- VEEOUT MON PB1 VEE PB2 PB3 TCMIN TCNOM TC MODSET RMODSET 11 MAX3967 Typical Operating Circuits (continued) MAX3967 270Mbps SFP LED Driver Chip Topography TX_DISABLE VEE TCMIN TCNOM 1 3 PB1 4 PB2 5 PB3 6 VEEOUT 7 VEEOUT 8 12 21 21 20 20 IN- 19 19 2 TC (0, 0) 22 22 IN+ 18 18 17 17 16 16 VCC MODSET MON 1.83mm (72.0 mils) 15 15 9 10 10 11 11 12 12 OUT+ OUT+ OUT- OUT1.17mm (46.1 mils) VCC 14 14 VCCOUT 13 13 VCCOUT Pad Coordinates COORDINATES (µm) PAD NUMBER PAD NAME BP1 TCMIN BP2 TCNOM 1268 BP3 TC 1060 BP4 PB1 876 BP5 PB2 744 BP6 PB3 560 BP7 VEEOUT 116 BP8 VEEOUT 0 BP9 OUT+ 180 BP10 OUT+ 296 BP11 OUT- 480 BP12 OUT- 596 BP13 VCCOUT 804 BP14 VCCOUT 804 124 BP15 VCC 804 528 BP16 MON 804 1032 BP17 MODSET 804 1240 BP18 VCC 804 1464 BP19 IN- 624 1464 X Y 1464 BP20 IN+ 492 1464 BP21 TX_DISABLE 308 1464 BP22 VEE 176 1464 270Mbps SFP LED Driver 24L QFN THIN.EPS PACKAGE OUTLINE 12, 16, 20, 24L THIN QFN, 4x4x0.8mm 21-0139 PART PACKAGE TYPE MAX3967ETG 24 thin QFN (4mm x 4mm x 0.8mm) C PACKAGE CODE T2444-4 13 MAX3967 Package Information (The package drawing(s) in this data sheet may not reflect the most current specifications For the latest package outline information, go to www.maxim-ic.com/packages.) MAX3967 270Mbps SFP LED Driver Package Information(continued) (The package drawing(s) in this data sheet may not reflect the most current specifications For the latest package outline information, go to www.maxim-ic.com/packages.) PACKAGE OUTLINE 12, 16, 20, 24L THIN QFN, 4x4x0.8mm 21-0139 C 2 Maxim cannot assume responsibility for use of any circuitry other than circuitry entirely embodied in a Maxim product No circuit patent licenses are implied Maxim reserves the right to change the circuitry and specifications without notice at any time 14 Maxim Integrated Products, 120 San Gabriel Drive, Sunnyvale, CA 94086 408-737-7600 © 2004 Maxim Integrated Products Printed USA is a registered trademark of Maxim Integrated Products ... bày khái quát chung hệ thống truyền liệu ánh sáng nhìn thấy Ưu điểm hệ thống VLDT 1.1 VLDT (Visible light Data Transmission) gì? Ánh sáng mắt người nhìn thấy gọi Ánh sáng nhìn thấy, có bước sóng... công nghệ truyền liệu không dây mới, tận dụng nguồn ánh sáng LED từ đèn, từ hình nhằm tiết kiệm lượng Ánh sáng đèn LED loại ánh sáng nhìn thấy Được ứng dụng truyền liệu dựa hệ thống ánh sáng đèn... đề tài Hệ thống truyền liệu ánh sáng nhìn thấy gồm khối phát khối thu, thể hình 2.9 Hình 2.9 Kế hoạch triển khai ứng dụng VLC Phùng Thị Thanh – CA100080 Visible Light Data Transmission System