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IC-HK

器件型号:IC-HK
厂商名称:iC-Haus GmbH
厂商官网:http://www.ichaus.biz
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155MHz LASER SWITCH

IC-HK器件文档内容

iC-HK

155MHz LASER SWITCH

                     Rev 21.11.01, Page 1/13

APPLICATION NOTES

Setting the laser current
When switching DC currents of up to 150mA or pulse currents of up to 700mA one channel is sufficient
(Example 1). Input ENx of the unused channel should be jumpered to GND and pin AGNDx left open. Higher
currents or several different current levels can be obtained by using both channels (Example 2 and 3).

Example 1: Switching a current of 100mA
    1. 100mA < 150mA | one channel
    2. Switching on and off only | RK can be
           omitted (RK = 0S)
    3. As shown in Figure 1 (cf. data sheet, Figures
           2..4), the required voltage V(CI) for RK = 0S
           is read off at I(LDK) = 100mA as V(CI) =
           1.75V

                     Fig. 1: Determining V(CI) for Example 1 - pulse
                               current of 100mA

                                                                              Fig. 2: Signal patterns for Example 1 -
                                                                                         pulse current of 100mA

With the circuit shown in Figure 3 and a voltage of
1.75V at pin CI the laser current can be switched
between typically 0mA and 100mA by applying an
appropriate pulse pattern to EN1.

                     Fig. 3: Circuit with iC-HK for Example 1 -
                               pulse current of 100mA
iC-HK

155MHz LASER SWITCH

Example 2: Switching between 50mA and 250mA                                                 Rev 21.11.01, Page 2/13
    1. More than two current levels | both channels     Fig. 4: Determining V(Cl) for Example 2 and 3
           are required
    2. The lower DC current level of 50mA is
           provided by channel 1 and the remaining
           200mA pulse current by channel 2
    3. As shown in Figure 4 (cf. data sheet, Figure
           3), an RK2 value is selected for I(LDK) =
           200mA and the corresponding voltage V(CI)
           then determined - e.g. RK2 = 2S und V(CI) =
           2.75V
    4. Again as shown in Figure 4, the appropriate
           value of RK1 is determined for I(LDK) =
           50mA and V(CI) = 2.75V as RK1 = 20S

                                                                              Fig. 5: Signal patterns for Example 2

With the circuit shown in Figure 6, a voltage of 2.75V
at pin CI, RK1 = 20S, RK2 = 2S and EN1 = VDD the
laser current can be switched between typically 50mA
and 250mA by applying an appropriate pulse pattern
to EN2.

                                                                              Fig. 6: Circuit with iC-HK for Example 2
iC-HK                                                                                        Rev 21.11.01, Page 3/13
                                                          Fig. 7: Signal patterns for Example 3
155MHz LASER SWITCH

Example 3: Switching the laser current between
                   0mA, 100mA, 200mA and 300mA

    1. More than two current levels | both channels
           are required

    2. 100mA are provided by channel 1, 200mA by
           channel 2 and 300mA by both channels
           together

    3. Similar to Example 2, here RK2 is chosen to
           3S and V(CI) to 3V for I(LDK) = 200mA

    4. As shown in Figure 3 of the data sheet the
           corresponding value of RK1 is read off at ca.
           9S for I(LDK) = 100mA and V(CI) = 3V

With the circuit shown in Figure 8, a voltage of 3V at
pin CI, RK2 = 3S and RK1 = 9S a pulse pattern
similar to the one shown in Figure 7 can be obtained.

                                                          Fig. 8: Circuit with iC-HK for Example 3
iC-HK

155MHz LASER SWITCH

                                                                                                                 Rev 21.11.01, Page 4/13

Controlling the laser power in conjunction with iC-WK
iC-HK operates as a voltage-controlled current source. Canges in temperature, ageing and reflections from
attached lenses will alter the power/current ratio of the laser diode in such a way that the emitted laser power
differs from the adjusted bias point. The laser power thus has to be monitored and the laser current readjusted
accordingly. This can be achieved by using laser driver iC-WK; this device has the added advantage of an
integrated soft start facility which protects the laser diode when the power supply is switched on.

When using laser diodes with integrated monitor diodes (all pin configurations are possible) iC-WK can monitor
the emitted laser power and control the voltage at pin CI in such a way that the mean value of the monitor current
Imav - and thus the mean value of the emitted optical laser power - remains constant. For iC-WK to achieve a
proper control to the mean the pulse frequency has to be higher than 100kHz. Otherwise iC-WK will try to
readjust with every pulse.
It is imperative that the pulse signals are available at ENx when the power supply is switched on! Otherwise, as
a monitor signal is then lacking, iC-WK will set the voltage at CI to maximum which might damage the laser diode
with the first high pulse at ENx.

Example 4: Switching a current of 100mA with control to the mean value by iC-WK

VCC                                                      LDA

          TRANSIENT                   -                  MDK
           PROTECTION                 +                  MDA

1                      iC-WK                                                     LDK    VDD
    D
                 NQ                      VREF                        CI
            R                            0.5V

                                                           CI
                                                         LDK

                                                                                                     EN1
                                                                                                     EN2

                       OVERCURRENT  FEEDBACK MON./
                                         OVERTEMP.

GND                                                      AGND

                                                                                 AGND1  AGND2 GND

Fig. 9: Controlled laser power with iC-HK in conjunction with iC-WK

The typical monitor current (Imhi) for the chosen laser
power is determined from the laser diode data sheet.
Since iC-WK controls the mean value of the monitor
current this has to be calculated from the duty cycle:

Imav = Imhi thi / T

The value of RM is calculated from the internal          Fig. 10: Pulse pattern for Example 4 -
reference voltage of iC-WK (Item No. 101, iC-WK                     laser power controlled by iC-WK
data sheet: typically 500mV) as

           RM = 500 mV / Imav

iC-WK sets voltage V(CI) so that the mean value of the monitor current matches the target current Imav.
iC-HK

155MHz LASER SWITCH

                                                                            Rev 21.11.01, Page 5/13

iC-WK`s modulation range is at its maximum when for a current I(LDK) of ca. 45mA the voltage at pin CI vs. pin
GND of iC-WK is approximately 1.7V (min 1.1V, max 2.2V - limited by the saturation of the output stage or by the
overcurrent shutdown). The voltage across pin VCC and pin GND of iC-WK has to be sufficiently high so that
45mA through LDK will not drive the output stage into saturation.
A voltage of 1.7V at CI with RKx = 0S produces a current of approximately 150mA per channel through iC-HK`s
pin LDK. For higher laser currents the voltage at CI can be increased by virtually raising iC-WK`s pin GND. This
can be achieved by inserting a diode (DGND) or a resistor (RGND) between iC-WK's GND pin and the system
ground. The forward voltage of the diode Vfw(DGND) should satisfy the following condition:

           Vfw(DGND) . V(CI) - 1.7V

Resistor RGND should be set to:

           RGND . (V(CI) - 1.7V) / 45mA

Resistors RKx are not usually required. However for laser diodes operating on very low currents RKx might be
necessary due to the lower voltage limit of iC-WK at pin CI. When dimensioning the resistors Figures 2..4 from
the data sheet should be refered to as shown in Example 1. Furthermore, the use of resistors RKx can be useful
when implementing protection against overcurrent (see page 8, `Overcurrent shutdown/Laser current limitation').

The value of capacitor CI depends primarily on the       Fig. 11: Ripple at CI with respect to Im
pulse frequency. If CI is too small iC-WK would try to
readjust during a clock cycle and thus no control to
the mean would occur. Since iC-WK controls the
optical power by setting the voltage at pin CI,
overcurrent shutdown or - even worse - laser damage
might occur if the voltage at CI is too high with the
next high pulse. Capacitor CI must thus be sufficiently
large so that the voltage at CI remains more or less
constant during the low pulse. The following equation
is helpful when estimating a value for CI:

CI $ (100 A / f) / )V(CI)

Here, )V(CI) is the permissible ripple at CI and f the clock frequency. The permissible ripple depends on the
laser diode used; this is typically 2mV. For diodes with an extremely steep characteristic the permissible ripple
has to be reduced even further.

At low clock frequencies (70mA.

Device  Typical value      Comment
CVCC    100nF              Power supply blocking capacitor for iC-WK
CVDD    100nF              Power supply blocking capacitor for iC-HK
CLDA    1F                Laser diode supply smoothing capacitor
CLD     2.2nF              Laser diode ESD protection, filtering with inductive loads; to be
                           mounted directly across the laser diode
CI      47nF..             Averaging capacitor for V(CI)-control by iC-WK
CM                         MDA smoothing capacitor, has to be calculated
C1      22pF               CI smoothing capacitor (used with current limitation)
LED     Vfw <              Load for iC-WK output stage; LED must be capable of 45mA; may be
        V(VCCWK) -         replaced by a resistor or even jumpered
DGND    V(GNDWK) -1V
RGND    Vfw .V(CI) - 1.7V  Ground shift at iC-WK to increase V(CI)
RM      0S .. 100S         Ground shift at iC-WK to increase V(CI)
RK1     200S .. 50kS       Set point of monitor current (mean value)
RK2     0S ..              Set point of current through channel 1
RCI     0S ..              Set point of current through channel 2
        1kS                Decoupling of pin CI at iC-WK and iC-HK for laser current limitation
iC-HK

155MHz LASER SWITCH

                                                                                                                                                                                          Rev 21.11.01, Page 11/13

APPLICATION EXAMPLES

                  1 GND                                 LDK 8                                                                                        1 GND                                LDK 8
                                                                            LED                                                                                                                               LED
                             iC-WK                                                                                                                              iC-WK

                                R                       LDA 7                                                                                                      R                      LDA 7
                       2 CI                                                                                                                               2 CI
                  CI                                                                                          CLDA                                                                                                                         CLDA
                  100nF                                                                                       1F                                    CI                                                                                    1F

                       3 AGND                                                  J1                                          +3.5..5V                  100nF                                               J1
                                                                                                                                                          3 AGND
                                                    +-                        CVCC              MD LD                                                                            +-
                                                                              100nF             M-/N-Typ
                                                                    6                                                                                                                                 6                                    +3.5..5V
                                                        VCC                                                                                                                               VCC
                                              0.5V                                                                                                                         0.5V                          CVCC
                  50k                                                                                                                          50k                                                       100nF                    P-Typ
                  RM                                                                                                                           RM                                                                                MD LD
                  200                                                                                                                          200
                                                        MDA 5                                                                                                                             MDA 5
                               4 MDK                                                                                                                        4 MDK

EN1               1 EN1                                        CI 8                                                                  EN1             1 EN1                                   CI 8

                                                        iC-HK                                                                                                                         iC-HK

                  2 AGND1                               VDD 7                                                                                        2 AGND1                              VDD 7

                                                                                         CVDD                                                                                                                      CVDD
                                                                                                                                                                                                                   100nF
                                                                                         100nF  seperate                                                                                                                         seperate

                  3 LDK                                 GND 6                                   grounds   0V                                         3 LDK                                GND 6                                  grounds   0V

                  4 AGND2                               EN2 5                                                                                        4 AGND2                              EN2 5

Fig. 21: Minimum circuit for M- or N-type laser                                                                                      Fig. 22: Minimum circuit for P-type laser diodes;
           diodes; jumper J1 for I(LDK) > 70mA                                                                                                  jumper J1 for I(LDK) > 70mA

                  1 GND                                        LDK 8                                                                                             1 GND           iC-WK       LDK 8
                                                                                    LED                                                                                                                          LED
                             iC-WK                                                                                                             RGND  DGND

                                R                                                                                                                    alternativ       R
                        2 CI
                  CI                                           LDA 7                                                                                             2 CI                        LDA 7
                  100nF
                                                                                                             CLDA                                    CI                                                                                       CLDA
                        3 AGND                                                                               1F                                                                                                                              1F
                                                                                                                                                     100nF                                                         J1
                                                                                                                          +3.5..5V                                                                                                                         +3.5..5V
                                                                              J1                                                                                                      +-
                                                                                                MD LD                                                                                                                            MD LD
                                                    +-

                                                                           6                                                                                     3 AGND                                  6
                                                               VCC                                                                                                                           VCC
                                                                              CVCC                                                                                              0.5V                               CVCC
                                              0.5V                            100nF                                                                                                                                100nF
                  50k                                                                                                                                50k
                  RM                                                                                                                                 RM
                  200                                                                                                                                200

                               4 MDK                    MDA 5                                                                                                    4 MDK                       MDA 5

                       1 EN1                                   CI 8                                                                       EN1                    1 EN1                           CI 8

EN1                    2 AGND1
            Puls  RK1

                       3 LDK                            iC-HK                                                                                                                             iC-HK

                                                               VDD 7                                                                                                 2 AGND1                 VDD 7
                                                                                                                                                                 RK1                         GND 6
                                                                                                                                                                                                                          CVDD
                                                                                                                                                                     3 LDK
                                                                              CVDD                                                                                                                                        100nF  separate
                                                                              100nF
                                                                                                separate                                                                                                                         grounds
                                                                                                grounds                                                                                                                                    0V
                                                               GND 6
                                                                                                                       0V

                                                                                                                                                                     4 AGND2                 EN2 5
                                                                                                                                                                 RK2
                      4 AGND2                                  EN2 5             Bias
                  RK2

Fig. 23: Circuit for switching between two current                                                                                        EN2
            levels (e.g. 50mA and 220mA)
                                                                                                                                          Fig. 24: Circuit for switching between two current
                                                                                                                                                     levels with GND shift for iC-WK via RGND
                                                                                                                                                     or DGND
iC-HK

155MHz LASER SWITCH

                                                                                                                                                                                                                       Rev 21.11.01, Page 12/13

                                            1 GND            iC-WK           LDK 8                                                                                                           1 GND        iC-WK        LDK 8
                                                                                                  LED
                      RGND              DGND                                                                                                          RGND                       DGND

                                                                                                                                                                                                                                      LED

                            alternativ         R                                                                                                                                 alternativ       R

                                            2 CI                             LDA 7                                                                                                           2 CI                      LDA 7

                           RCI          CI                                                                                 CLDA                                                  CI                                                                       CLDA
                                                                                                                           1F                                                                                                                            1F
                           1k
                                                                                                                                        +3.5..5V                                                                                                                       +3.5..5V
                                        100nF                                                  J1                                                                                100nF                                                J1
                                                                                                              MD LD                                                                                                                          MD LD
                                                                  +-                                                                                                                                               +-

                                            3 AGND                                       6                                                                                                   3 AGND                                6
                                                                             VCC                                                                                                                                       VCC
                                                            0.5V                            CVCC                                                                                                             0.5V                     CVCC
                                                                                            100nF                                                                                                                                     100nF
                                50k                                                                                                                                              50k
                                RM                                                                                                                                               RM
                                200                                                                                                                                              200

                                            4 MDK                            MDA 5                                                                                                           4 MDK                     MDA 5

EN1                                          1 EN1                           CI 8                                                                 EN1                                             1 EN1                       CI 8
            Puls                                                                                                                                                           Puls
                                             2 AGND1                                        C1                                                                                                   2 AGND1
                                        RK1                                                                                                                                                  RK1
                                                                      iC-HK                 22nF                                                                                                                       iC-HK
                                             3 LDK                                                                                                                                               3 LDK
                                                                             VDD 7                                                                                                                                     VDD 7

                                                                                            CVDD              separate                                                                                                                CVDD   separate
                                                                                            100nF                                                                                                                                     100nF  grounds

                                                                             GND 6                            grounds      0V                                                                                          GND 6                                        0V

                  Q1                        4 AGND2                          EN2 5             Bias                                               Q1                                         4 AGND2                   EN2 5          Bias

                                        RK2                                                                                                                                                  RK2

Fig. 25: Same as Figure 24; with laser current                                                                                                    Fig. 26: Same as Figure 24; with permanent
           limitation by monitoring the bias current                                                                                                         overcurrent shutdown of iC-WK by
           and reducing V(CI)                                                                                                                                monitoring the bias current

                      RGND            1 GND                           LDK 8
                                                                                          LED
                                               iC-WK

                                DGND

                            alternativ              R
                                            2 CI
                                                                      LDA 7

                                CI                                                                                   CLDA
                                                                                                                     1F
                                100nF                                                        J1

                                                             +-                             CVCC
                                                                                            100nF
                                            3 AGND                                6                                               +3.5..5V
                                                                      VCC

                      50k                              0.5V

                        RM      CM
                      200             4 MDK

                                                                      MDA 5                                   MD LD

                                                                                                                           CLD
                                                                                                                           2.2nF

EN1                                         1 EN1                            CI 8

                                                                      iC-HK

                                            2 AGND1                   VDD 7
                                        RK1
                                                                                                       CVDD
                                            3 LDK
                                                                                                       100nF  separate

                                                                      GND 6                                   grounds
                                                                                                                                              0V

                                            4 AGND2                   EN2 5
                                        RK2

EN2                        Same as Figure 24; with additional
                           components to reduce oscillation
Fig. 27:                   tendency and ringing (dimensioning has
                           to be determined by experiment)
iC-HK

155MHz LASER SWITCH

                                                                                                                       Rev 21.11.01, Page 13/13

         RGND                          1 GND                   LDK 8
                                                                                    LED
          50k                                   iC-WK
            RM
                                 DGND
          200
                                               R               LDA 7
                                       2 CI
                                 CI                                           J1                CLDA
                                 100nF                                                          1F
                                                           +-
                                       3 AGND                                                                +3.5..5V
                                                                           6
                                                               VCC            CVCC
                                                                              100nF
                                                     0.5V
                                 CM

                                 4 MDK                         MDA 5                     MD LD

                                                                                                CLD
                                                                                                2.2nF

EN1                                   1 EN1                           CI 8

         Pulse                       2 AGND1
                                 RK1
                                                               iC-HK
                                     3 LDK
                                                               VDD 7

                                                                              CVDD       separate
                                                                              100nF      grounds

                                                               GND 6                                            0V

     Q1                          4 AGND2                       EN2 5          Bias

                                 RK2

EN3                                   1 EN1                           CI 8
                         Dither
                                     2 AGND1
                                 RK1                           iC-HK

                                     3 LDK                     VDD 7

                                                                              CVDD
                                                                              2.2nF

                                                               GND 6

                                     4 AGND2                   EN2 5          Bias
                                 RK2

Fig. 28: Use of two iC-HKs to enlarge the bias
           current and to allow dithering
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