圣邦微電子推出高集成、高精度、高靈活度的硅光AFE SGM41290，適用于硅光控制系統(tǒng)的多樣化需求。器件集成最高1MHz I2C以及最高10MHz SPI通信接口，具備豐富的輸出與監(jiān)測(cè)資源，包括12通道12位單路最高40mA帶載能力的電壓/電流型DAC、4通道12位單路最高300mA的電流型DAC和12路MULTI_IO引腳。

芯片采用符合環(huán)保理念的WLCSP-3.98×3.89-56B綠色封裝，工作溫度范圍在-40℃ ~+105℃。

圖1 SGM41290應(yīng)用框圖

SGM41290核心亮點(diǎn)

1、多路可配置DAC，精準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)硅光元件

SGM41290集成12路電壓/電流型DAC（HEATER0-HEATER11），每路均具備12位分辨率，支持最大40mA輸出，適配不同硅光加熱器的電壓與電流驅(qū)動(dòng)需求。

圖2 電壓型DAC驅(qū)動(dòng)下的加熱器電壓變化

圖3 電流型DAC驅(qū)動(dòng)下的加熱器電流變化

2、大電流激光驅(qū)動(dòng)器，支持多路并聯(lián)

SGM41290集成4路12位IDAC（IBIAS0-IBIAS3），通過I2C控制IBIAS電流增益寄存器（IBIAS_GAIN_CTRL Register）可實(shí)現(xiàn)最高300mA的偏置電流輸出。器件支持多路并聯(lián)方案進(jìn)一步增大偏置電流到最高300mA×4=1.2A，出色的電流驅(qū)動(dòng)能力可以滿足大多數(shù)激光二極管的電流偏置需求。硬件/軟件EN的靈活控制可以保證電流輸出的一致性，避免繁瑣的時(shí)序控制調(diào)試，而硬件EN的快速關(guān)斷功能有助于后級(jí)負(fù)載的快速泄放，有效避免后級(jí)殘壓帶來的不可控情況。

圖4 通過EN_IBIASx控制的單通道啟動(dòng)和關(guān)閉過程

圖5 通過共享EN_IBIASx引腳控制的雙通道并聯(lián)輸出啟動(dòng)和關(guān)閉過程

圖6 通過EN_IBIASx實(shí)現(xiàn)的快速關(guān)斷過程

3、靈活監(jiān)測(cè)與通用IO復(fù)用

SGM41290集成12路可配置MULTI_IO引腳，可以配置成電壓/電流監(jiān)測(cè)模式并通過MON0/MON1引腳輸出到后級(jí)ADC。對(duì)于有多路MPD的場(chǎng)景，可以通過軟件配置實(shí)現(xiàn)對(duì)不同MULTI_IO的輪詢檢測(cè)，減少硬件資源需求。此外，MULTI_IO引腳還可以配置成通用IO口，用于讀取電平信息或輸出高低電平。

圖7 通過MONx引腳監(jiān)測(cè)加熱器電壓和偏置電流的單調(diào)變化過程

4、完備的保護(hù)機(jī)制

SGM41290具有過溫告警、Heater開路/短路告警以及IBIAS開路/短路告警等功能，并通過推挽輸出的LOS引腳通知主機(jī)進(jìn)入中斷。

圖8 加熱器電壓和偏置電流在135℃過溫報(bào)警時(shí)的變化

圖9 IBIAS短路報(bào)警

圖10 IBIAS開路報(bào)警

圖11 電壓型加熱器短路報(bào)警

圖12 電流型加熱器開路報(bào)警

SGM41290典型應(yīng)用

硅光應(yīng)用中，經(jīng)常需要多路MPD監(jiān)測(cè)光強(qiáng)，而后級(jí)MCU的ADC和IO資源有限。SGM41290針對(duì)這一問題，提供了MON0和MON1引腳同時(shí)輸出兩路電流/電壓信息，同時(shí)還可以通過軟件配置輪詢輸出。以下圖為例，分別將MON0和MON1配置成電壓和電流監(jiān)測(cè)模式：MON0用于輪詢監(jiān)測(cè)HEATER0和IBIAS0的端口電壓信息，MON1用于輪詢監(jiān)測(cè)接入MULTI_IO8和MULTI_IO9的MPD電流信息。

圖13 內(nèi)部電壓信號(hào)監(jiān)控檢測(cè)

圖14 內(nèi)部電流信號(hào)監(jiān)控檢測(cè)

SGM41290應(yīng)用Q&A

激光驅(qū)動(dòng)（IBIASx）的最小壓差（headroom）是多少？如何配置輸出電流達(dá)到300mA？

IBIASx的輸出電流分別為200mA和300mA時(shí)，其headroom分別為100mV（TYP）和160mV（TYP）。

若需將IBIASx配置為300mA輸出范圍，可以將寄存器0x1D的低四位（IBIAS_GAIN_CTRL Register[3:0]）設(shè)置為1來分別對(duì)應(yīng)IBIAS3-IBIAS0的300mA輸出電流范圍。

MULTI_IOx及MONx如何用于監(jiān)測(cè)MPD電流？對(duì)應(yīng)的外圍電路應(yīng)如何設(shè)計(jì)？

MULTI_IOx通過寄存器MULTI_IO_CTRLx Register配置IO的功能類型，通過讀取引腳（MON0/MON1）輸出相應(yīng)的電壓/電流信息監(jiān)測(cè)信號(hào)，具體配置邏輯如圖15所示。

圖15 電壓/電流監(jiān)測(cè)配置邏輯示意圖

對(duì)于MPD電流監(jiān)測(cè)場(chǎng)景，MULTI_IOx可以配置成Type A - Type D四種類型，如圖16所示。

Type A：適用于多路MPD共陽極連接的使用場(chǎng)景，且內(nèi)部電流增益可以配置成1或32；

Type B：適用于多路MPD共陰極連接的使用場(chǎng)景，且內(nèi)部電流增益可以配置成1或32；

Type C：其電路結(jié)構(gòu)與Type B增益配置成1時(shí)完全相同；

Type D：在Type C基礎(chǔ)上，芯片內(nèi)部為MULTI_IOx提供了500Ω的內(nèi)部回路。

MULTI_IOx進(jìn)行MPD電流監(jiān)測(cè)時(shí)，建議在MONx對(duì)地連接500Ω電阻，以便MONx形成穩(wěn)定的電壓信號(hào)。為了確保監(jiān)測(cè)功能與精度，需注意以下電壓范圍要求：

Type A模式：MULTI_IOx端口電壓應(yīng)介于VDD-1.4V到VDD-0.3V之間；

Type B模式（增益為32）：MULTI_IOx端口電壓應(yīng)介于0.42V到1.23V之間。

圖16 MULTI_IOx功能類型示意圖

HEATERx如何配置為電壓型或電流型DAC？對(duì)應(yīng)的外圍器件有何要求？

芯片內(nèi)部將12路HEATER通道分為HEATER8-11、HEATER4-7以及HEATER0-3三組。通過配置寄存器0x24的低三位（HEATER_MODE Register[2:0]），可分別將這三組設(shè)置為電壓型或電流型DAC，其中電流型DAC支持并聯(lián)使用。

外圍器件建議：

電壓型DAC：建議在Heaterx引腳附近并聯(lián)0.1μF-0.5μF輸出電容；

電流型DAC：建議在Heaterx引腳附近并聯(lián)0.1μF-10μF輸出電容。

SGM41290參數(shù)一覽

工作電壓范圍（VDD）：2.7V至5.5V工作電壓；

12路12位VDAC/IDAC（HEATER0-HEATER11）；

VDAC：0-2.5V/5V（±0.6%精度）,支持最大40mA負(fù)載電流

IDAC：0-30mA（±2%精度）

電源需求(VDRIVE)：2.7V-5.5V

4路12位200mA/300mA IDAC（IBIAS0-IBIAS3）；

輸出電流：單路200mA，可通過寄存器擴(kuò)展到最大300mA輸出能力,并支持多路并聯(lián)

硬件EN（EN_IBIASx）與軟件EN控制，便于多路IDAC并聯(lián)輸出控制

EN_IBIASx快速關(guān)斷功能

電源需求(PVDDx)：1.5V-VDD

12路可配置復(fù)用的MULTI_IO（MULTI_IO0-MULTI_IO11）；

支持電流監(jiān)測(cè)

支持電壓監(jiān)測(cè)

支持通用IO功能

I2C接口：支持最高1MHz通信速率；

SPI接口：支持最高10MHz通信速率；

完備的保護(hù)功能：過溫保護(hù)、HEATERx開路/短路指示、IBIASx開路/短路指示。

結(jié)語

SGM41290以其高集成度、高精度輸出、靈活的監(jiān)測(cè)與IO配置，以及全面的系統(tǒng)保護(hù)機(jī)制，為硅光控制系統(tǒng)提供了可靠的模擬前端解決方案。

未來，隨著數(shù)據(jù)中心與AI算力需求的迅猛增長以及數(shù)據(jù)中心對(duì)高速、低延遲通信的需求激增，硅光芯片作為光電融合的新型技術(shù)，憑借其高速、低功耗、高集成度等優(yōu)勢(shì)，正成為突破傳統(tǒng)電子芯片性能瓶頸的關(guān)鍵路徑。圣邦微電子以精準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)能力，助力光通信系統(tǒng)迎接更廣闊的市場(chǎng)前景。

關(guān)于圣邦微電子

圣邦微電子（北京）股份有限公司（股票代碼300661）作為高性能、高品質(zhì)綜合性模擬和混合信號(hào)集成電路供應(yīng)商，產(chǎn)品覆蓋信號(hào)鏈和電源管理兩大領(lǐng)域，目前擁有36大類6600余款可銷售型號(hào)，為工業(yè)與能源、汽車、網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算和消費(fèi)電子等領(lǐng)域提供各類模擬及混合信號(hào)調(diào)理和電源管理創(chuàng)新解決方案。