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測資源，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應用框圖

SGM41290核心亮點

1、多路可配置DAC，精準驅動硅光元件

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動需求。

圖2 電壓型DAC驅動下的加熱器電壓變化

圖3 電流型DAC驅動下的加熱器電流變化

2、大電流激光驅動器，支持多路并聯

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）可實現最高300mA的偏置電流輸出。器件支持多路并聯方案進一步增大偏置電流到最高300mA×4=1.2A，出色的電流驅動能力可以滿足大多數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，避免繁瑣的時序控制調試，而硬件EN的快速關斷功能有助于后級負載的快速泄放，有效避免后級殘壓帶來的不可控情況。

圖4 通過EN_IBIASx控制的單通道啟動和關閉過程

圖5 通過共享EN_IBIASx引腳控制的雙通道并聯輸出啟動和關閉過程

圖6 通過EN_IBIASx實現的快速關斷過程

3、靈活監測與通用IO復用

SGM41290集成12路可配置MULTI_IO引腳，可以配置成電壓/電流監測模式并通過MON0/MON1引腳輸出到后級ADC。對于有多路MPD的場景，可以通過軟件配置實現對不同MULTI_IO的輪詢檢測，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引腳監測加熱器電壓和偏置電流的單調變化過程

4、完備的保護機制

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引腳通知主機進入中斷。

圖8 加熱器電壓和偏置電流在135℃過溫報警時的變化

圖9 IBIAS短路報警

圖10 IBIAS開路報警

圖11 電壓型加熱器短路報警

圖12 電流型加熱器開路報警

SGM41290典型應用

硅光應用中，經常需要多路MPD監測光強，而后級MCU的ADC和IO資源有限。SGM41290針對這一問題，提供了MON0和MON1引腳同時輸出兩路電流/電壓信息，同時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測模式：MON0用于輪詢監測HEATER0和IBIAS0的端口電壓信息，MON1用于輪詢監測接入MULTI_IO8和MULTI_IO9的MPD電流信息。

圖13 內部電壓信號監控檢測

圖14 內部電流信號監控檢測

SGM41290應用Q&A

激光驅動（IBIASx）的最小壓差（headroom）是多少？如何配置輸出電流達到300mA？

IBIASx的輸出電流分別為200mA和300mA時，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]）設置為1來分別對應IBIAS3-IBIAS0的300mA輸出電流范圍。

MULTI_IOx及MONx如何用于監測MPD電流？對應的外圍電路應如何設計？

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）輸出相應的電壓/電流信息監測信號，具體配置邏輯如圖15所示。

圖15 電壓/電流監測配置邏輯示意圖

對于MPD電流監測場景，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景，且內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景，且內部電流增益可以配置成1或32；

Type C：其電路結構與Type B增益配置成1時完全相同；

Type D：在Type C基礎上，芯片內部為MULTI_IOx提供了500Ω的內部回路。

MULTI_IOx進行MPD電流監測時，建議在MONx對地連接500Ω電阻，以便MONx形成穩定的電壓信號。為了確保監測功能與精度，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？對應的外圍器件有何要求？

芯片內部將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]），可分別將這三組設置為電壓型或電流型DAC，其中電流型DAC支持并聯使用。

外圍器件建議：

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

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

SGM41290參數一覽

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，可通過寄存器擴展到最大300mA輸出能力,并支持多路并聯

硬件EN（EN_IBIASx）與軟件EN控制，便于多路IDAC并聯輸出控制

EN_IBIASx快速關斷功能

電源需求(PVDDx)：1.5V-VDD

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

支持電流監測

支持電壓監測

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；

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

結語

SGM41290以其高集成度、高精度輸出、靈活的監測與IO配置，以及全面的系統保護機制，為硅光控制系統提供了可靠的模擬前端解決方案。

未來，隨著數據中心與AI算力需求的迅猛增長以及數據中心對高速、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，憑借其高速、低功耗、高集成度等優勢，正成為突破傳統電子芯片性能瓶頸的關鍵路徑。圣邦微電子以精準驅動能力，助力光通信系統迎接更廣闊的市場前景。

關于圣邦微電子

圣邦微電子（北京）股份有限公司（股票代碼300661）作為高性能、高品質綜合性模擬和混合信號集成電路供應商，產品覆蓋信號鏈和電源管理兩大領域，目前擁有36大類6600余款可銷售型號，為工業與能源、汽車、網絡與計算和消費電子等領域提供各類模擬及混合信號調理和電源管理創新解決方案。