CN101409589A - 一种激光器驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种激光器驱动电路，包括一激光器组件，激光器组件与一LD驱动器的偏置电流输出和调制电流输出端连接，LD驱动器的偏置电流设置端和调制电流设置端与一驱动电流设置芯片连接，该驱动电流设置芯片通过从I2C通讯接口与一单片机MCU连接，该单片机通过第二接口I/O口2与LD驱动器的关断脚连接控制驱动使能LDDDis，该单片机还通过主I2C通讯接口连接外部接口，该接口的发射使能TxDis与单片机的第一接口I/O口1连接，发射使能TxDis状态可以通过所述第一接口I/O口1被单片机MCU识别，并根据发射使能TxDis的状态控制驱动电流设置芯片驱动电流设置端的状态。减小激光器的波长漂移，达到了DWDM系统应用时对激光器波长稳定性的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种密集波分复用DWDM数据传输系统中的激光器驱动电路，尤其涉及一种激光器驱动电路。
背景技术
密集波分复用(DWDM)数据传输系统中，不同波长光信号的通道间隔随着复用通道的密集程度增加而越来越小。为了保证相互信道的光不发生冲突，发射端的波长需要保持较高的稳定性。例如100GHZ的DWDM系统中，相邻通道之间的间隔只有0.8nm，系统供应商要求发射波长在λc-0.1nm～λc+0.1nm之间，并要求激光器在开启和关断时的瞬间波长在λc-0.2nm～λc+0.2nm范围内。通常的DWDM激光器的驱动电路如图1所示，激光器组件10，集成了激光二极管LD11和一热电制冷器TEC12，激光二极管LD11的阳极接电源Vcc，阴极接LD驱动器20，该驱动器通过外部接口60提供的发射使能TxDis70与其关断脚相连，以控制激光器二极管LD11的偏置电流Ibias和调制电流Imod的开启和关闭，LD驱动器20的偏置电流设置端口和调制电流设置端口与驱动电流设置芯片40相连，通过改变其输出电流的大小以便设置模块工作的偏置电流Ibias和调制电流Imod。驱动电流设置芯片40与单片机MCU50通过从I2C通讯接口相连，利用单片机MCU50对驱动电流设置芯片40进行控制并进行模块工作电流的设定。单片机MCU50通过主I2C通讯接口和外部接口60连接，实现单片机MCU50和外部的通讯，并可以通过外部控制单片机MCU50的工作。当激光器上电后单片机MCU50的处理流程如图2所示，第一步，激光器上电、单片机MCU50开始工作；第二步，单片机MCU50立即从存储器中读出驱动电流设置芯片40工作状态的目标值，此目标值就是激光器正常工作时的设定值；第三步，直接对驱动电流设置芯片40进行目标值设置；第四步，激光器启动成功并正常工作。该种结构的激光器驱动电路中，其单片机MCU50不用判断发射使能TxDis70的状态，发射使能TxDis70直接控制LD驱动器20，实现激光器的开启和关断。
如图3激光器在开启瞬间的时序图，从图中可以看出在发射使能TxDis70发生变化后，激光器的光功率在t1时间(小于1ms)内发生了突变，激光器瞬间恢复到正常工作的状态。经过测试，激光器的波长在此瞬间有较大的漂移，并且超出了正常的通道间隔范围，这样就会对相邻的信道产生影响，导致系统发生混乱。对此瞬间情况进行分析，在激光器开启的瞬间，大量的驱动电流流过激光二极管LD11，导致激光器温度突然升高，但是由于温度传递到热敏电阻的滞后性，TEC驱动电路没有能够对此瞬间的温度变化做出及时的反映，会产生较大瞬间波长漂移，造成系统工作混乱。
发明内容
为克服以上缺点，本发明提供了一种减少激光器开启瞬间波长漂移的激光器驱动电路。
为达到以上发明目的，本发明提供一种激光器驱动电路，包括一激光器组件，所述激光器组件与一LD驱动器的偏置电流输出和调制电流输出端连接，所述LD驱动器的偏置电流设置端和调制电流设置端与一驱动电流设置芯片连接，该驱动电流设置芯片通过从I2C通讯接口与一单片机MCU连接，该单片机通过第二接口I/O口2与LD驱动器的关断脚连接控制驱动使能LDDDis，该单片机还通过主I2C通讯接口连接外部接口，该接口的发射使能TxDis与单片机的第一接口I/O口1连接，发射使能TxDis状态可以通过所述第一接口I/O口1被单片机MCU识别，并根据发射使能TxDi s的状态控制驱动电流设置芯片的驱动电流设置端的状态。
所述单片机MCU控制激光器的开启过程和关断过程包括如下步骤：激光器上电、单片机MCU开始工作，单片机MCU从存储单元中读出驱动电流设置芯片的目标值；单片机MCU在其寄存器设立一个开启标志位，用于表示当前激光器的工作状态并在上电后设置为高；单片机MCU进入判断其第一接口I/O口1的发射使能TxDis信号高低，在此分为信号为高和低两种情况：第一种情况是发射使能TxDis为低时，则继续判断开启标志位是否为高，如果为高说明当前激光器处于关断状态，需执行慢启动，此时，单片机MCU置开启标志位为低，并置单片机MCU的第二接口I/O口2为低电平，LD驱动器开启驱动电流通路，单片机MCU随之控制驱动电流设置芯片，采用步进的方式逐渐增大LD驱动器的驱动电流输出，缓慢的加给激光器直至目标状态，当所述判断开启标志位是否为高的结果为否时，这说明当前激光器已经处于开启状态，无需执行慢启动，则重新回到判断单片机MCU的第一接口I/O口1的发射使能TxDis信号高低，直到要求关断的来临；第二种情况是，当判断单片机MCU的第一接口I/O口1的发射使能TxDis信号为高时，则继续判断开启标志位是否为低，如果为低，说明当前激光器处于开启状态，需执行关断操作，此时，单片机MCU置开启标志位为高，单片机MCU将其第二接口I/O口2置为高电平，LD驱动器马上关断偏置电流通路和调制电流通路，激光器直接关断，然后单片机MCU再将驱动电流设置芯片设置为电流输出值最小状态，以便在下次激光器开启时，能够在此输出电流最小的状态缓慢的过渡到正常工作的大电流状态，当所述判断开启标志位是否为低时的结果为否，这说明当前激光器处于关断状态，则重新回到判断单片机MCU的第一接口I/O口1的发射使能TxDis信号高低，直到要求开启的来临。
所述驱动电流设置芯片为一数模转换芯片DAC或数字电位器。
上述激光器上电后，单片机MCU通过其第一接口I/O口1判断发射使能TxDis的状态，并根据其状态控制驱动电流设置芯片的改变过程，当发射使能TxDis为低电平时，单片机MCU能够控制驱动电流设置芯片以步进的方式缓慢改变驱动电流设置芯片的电流输出大小直至目标值，这样就减慢了激光器驱动电流的加载速度，降低激光器温度升高的速率，减小激光器的波长漂移，达到了DWDM系统应用时对激光器波长稳定性的要求。
附图说明
图1表示现有技术DWDM激光器驱动电路示意图。
图2表示图1所示单片机MCU设置流程图。
图3表示图1所示激光器驱动电路开启时序示意图。
图4表示本发明激光器驱动电路示意图。
图5表示图4所示单片机MCU设置流程图。
图6表示图4所示激光器驱动电路的开启时序示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明最佳实施例。
如图4所示的激光器驱动电路，包括一激光器组件100，该组件由一激光二极管LD110和一热电制冷器TEC120集成，激光二极管LD110的阳极接电源Vcc，阴极接一LD驱动器200作为激光器的偏置电流和调制电流导通通路，热电制冷器TEC120接一TEC驱动器芯片300，LD驱动器200的偏置电流设置端和调制电流设置端与一驱动电流设置芯片400连接，其中，该驱动电流设置芯片400可以是数模转换芯片DAC或数字电位器。驱动电流设置芯片400通过从I2C通讯接口或其它总线接口与一单片机MCU500连接，两者也可以直接集成于同一IC芯片上，该单片机通过第二接口I/O口2与LD驱动器200的关断脚连接控制驱动使能LDDDis700B，该单片机还通过主I2C通讯接口连接外部接口600，该外部接口600的发射使能TxDi s700A与单片机MCU500的第一接口I/O口1连接，发射使能TxDis700A状态可以通过第一接口I/O口1被单片机MCU500识别，并根据发射使能TxDis700A的状态控制驱动电流设置芯片400的驱动电流设置端状态。
如图5所示单片机MCU500的程序设置流程图，激光器的开启过程和关断过程包括如下步骤：激光器上电、单片机MCU500开始工作，单片机MCU500从存储单元中读出驱动电流设置芯片400的目标值，此目标值在激光器模块调试中已经确定，为激光器模块正常工作时的设置值。然后单片机MCU500在其寄存器设立一个开启标志位，用于表示当前激光器的工作状态，其中，高代表关断状态，低代表开启状态，并在上电后设置为高，随后单片机MCU500进入判断其第一接口I/O口1的发射使能TxDis700A信号高低，在此分为信号高和低两种情况：第一种情况是发射使能TxDis700A为低时，则进一步判断开启标志位是否为高，如果为高说明当前激光器处于判断状态，需执行慢启动，此时单片机MCU500置开启标志位为低，表示执行了慢启动，置单片机MCU500的第二接口I/O口2为低电平，此时LD驱动器200开启驱动电流通路，单片机MCU500随之控制驱动电流设置芯片400，采用步进的方式逐渐增大LD驱动器200的驱动电流输出，缓慢的加给激光器直至目标状态，当判断开启标志位是否为高的结果为否时，这说明当前激光器已经处于开启状态，无需执行慢启动，则重新回到判断单片机MCU500的第一接口I/O口1的发射使能TxDis700A信号高低，直到要求关断的来临。第二种情况是，当判断单片机MCU500的第一接口I/O口1的发射使能TxDis700A信号为高时，则继续判断开启标志位是否为低，如果为低，说明当前激光器处于开启状态，需执行关断操作，单片机MCU500置开启标志位为高表示执行了关断操作，此时单片机MCU500将其第二接口I/O口2置为高电平，LD驱动器200马上关断偏置电流通路和调制电流通路，激光器即时直接关断，然后单片机MCU500再将驱动电流设置芯片400设置为电流输出值最小状态，以便在下次激光器开启时，能够在此输出电流最小的状态缓慢的过渡到正常工作的大电流状态，当前述判断开启标志位是否为低时的结果为否，这说明当前激光器处于关断状态，则重新回到判断单片机MCU500的第一接口I/O口1的发射使能TxDis700A信号高低，直到要求开启来临。
上述结构的激光器驱动电路，可以有效的控制激光器上电时或从关断状态变为开启状态时的电流变化，通过驱动电路中的单片机MCU500编程实现智能化的在激光器开启时缓慢的加给驱动电流，使其光功率缓慢的增加，避免过大的瞬间电流流过激光器产生瞬间输出波长的漂移。
如图6为激光器的开启时序图，其正常工作时，当采用数模转换芯片DAC作为驱动电流设置芯片400时，则DAC(12位)的设置值可能为1044。开启时，单片机MCU500以1个DAC单位为步长，逐步的减小DAC的输出，从分别经历4095～4094～4093～……～1046～1045～1044共3052个状态(注：DAC值越大，LD驱动器200的电流输出越小)，激光器的驱动电流需要经历此3052个逐渐增大的过程，直到工作在正常的驱动电流状态下。激光器的功率在t2时间段上升为一条缓慢上升的曲线，不会产生驱动电流的大突发，可以有效的抑制波长漂移，经过单片机MCU500延时步进方式，测量其开启时间在15ms左右，激光器的波长漂移可小于0.2nm，能够很好的满足激光器波长稳定性要求。
Claims (3)
1、一种激光器驱动电路，其特征在于，包括一激光器组件，所述激光器组件与一LD驱动器的偏置电流输出和调制电流输出端连接，所述LD驱动器的偏置电流设置端和调制电流设置端与一驱动电流设置芯片连接，该驱动电流设置芯片通过从I2C通讯接口与一单片机MCU连接，该单片机通过第二接口I/O口2与LD驱动器的关断脚连接控制驱动使能LDDDis，该单片机还通过主I2C通讯接口连接外部接口，该接口的发射使能TxDis与单片机的第一接口I/O口1连接，发射使能TxDis状态可以通过所述第一接口I/O口1被单片机MCU识别，并根据发射使能TxDis的状态控制驱动电流设置芯片驱动电流设置端的状态。
2、根据权利要求1所述的激光器驱动电路，其特征在于，所述单片机MCU控制激光器的开启过程和关断过程包括如下步骤：所述激光器上电、单片机MCU开始工作，单片机MCU从存储单元中读出驱动电流设置芯片的目标值；单片机MCU在其寄存器设立一个开启标志位，用于表示当前激光器的工作状态并在上电后设置为高；单片机MCU进入判断其第一接口I/O口1的发射使能TxDis信号高低，在此分为信号为高和低两种情况：第一种情况是发射使能TxDis为低时，则继续判断开启标志位是否为高，如果为高说明当前激光器处于关断状态，需执行慢启动，此时，单片机MCU置开启标志位为低，并置单片机MCU的第二接口I/O口2为低电平，LD驱动器开启驱动电流通路，单片机MCU随之控制驱动电流设置芯片，采用步进的方式逐渐增大LD驱动器的驱动电流输出，缓慢的加给激光器直至目标状态，当所述判断开启标志位是否为高的结果为否时，这说明当前激光器已经处于开启状态，无需执行慢启动，则重新回到判断单片机MCU的第一接口I/O口1的发射使能TxDis信号高低，直到要求关断的来临；第二种情况是，当判断单片机MCU的第一接口I/O口1的发射使能TxDis信号为高时，则继续判断开启标志位是否为低，如果为低，说明当前激光器处于开启状态，需执行关断操作，此时，单片机MCU置开启标志位为高，单片机MCU将其第二接口I/O口2置为高电平，LD驱动器马上关断偏置电流通路和调制电流通路，激光器直接关断，然后单片机MCU再将驱动电流设置芯片设置为电流输出值最小状态，以便在下次激光器开启时，能够在此输出电流最小的状态缓慢的过渡到正常工作的大电流状态，当所述判断开启标志位是否为低时的结果为否，这说明当前激光器处于关断状态，则重新回到判断单片机MCU的第一接口I/O口1的发射使能TxDis信号高低，直到要求开启的来临。
3、根据权利要求1或2所述的激光器驱动电路，其特征在于，所述驱动电流设置芯片为一数模转换芯片DAC或数字电位器。
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