CN102185248A - 激光器输出光功率的数字控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光器输出光功率的数字控制方法及系统，该方法包括：控制器获得所述激光器的设定输出光功率值，将所述设定输出光功率值转换为对应的输出电压的设定值，并将所述设定值发送给集成驱动芯片；所述集成驱动芯片根据所述设定值调整输出电压值，并驱动所述激光器工作，使得所述激光器输出的光功率恒定。上述激光器输出光功率的数字控制方法及系统能够有效地控制激光器输出光功率的稳定性。

Description

激光器输出光功率的数字控制方法及系统

技术领域

本发明涉及电子通讯技术领域，尤其涉及一种激光器输出光功率的数字控制方法及系统。

背景技术

光模块作为光传输设备中的核心器件，在光纤通信过程中占有极其重要的地位。光模块输出光功率的稳定性对于光纤通讯业务的稳定具有一定的影响。基本激光器输出光功率控制电路的结构框图如图1所示。激光器101内部的背光检测管监测激光器输出的光功率并将其输出；控制器102采集背光检测管输出的激光器光功率值并以此计算出激光器正常输出的设定值；驱动器103增加控制器的驱动能力来驱动激光器发光。

现有的光模块大部分均采用模拟控制器控制激光器以保证其输出光功率的稳定。但采取这种方法会存在以下缺点：

1、为了保证激光器输出光功率的控制精度与稳定性，需要大量的模拟元器件来完成这一功能，这样就造成这些元器件占据大量的印刷电路板（PCB）板面积，这与现有的小型化发展方向不符。

2、使用器件较多，会造成硬件成本的提升。

3、需要根据不同的激光器及应用范围，选择不同的器件以满足控制精度及稳定性，系统的鲁棒性不强。

4、模拟元器件会受到温度、湿度等对性能的影响，在一些较为苛刻的应用环境中，往往会引起一些性能的偏移，从而造成激光器输出光功率的不稳定。

一种新兴的控制激光器输出光功率的方法是采用数字控制器来控制激光器的输出光功率，其结构框图如图2所示。该方法将由模拟器件组成的控制器变为由模数转换器（ADC）203、微控制单元（MCU）204和数模转换器（DAC）205组成的数字控制器206。跨阻放大器（202）将背光检测管输出的电流值转化为电压值；ADC将跨阻放大器202转换后的电压值转化为数字量，然后由MCU对数字量进行计算，并通过DAC将计算好的控制量输出给分立元件驱动器207，从而控制激光器的输出光功率恒定。该方法虽然能够大量减少所使用器件的数量，但同样存在以下缺点：

1、由于MCU的工作频率有限，并且还需要执行除了激光器输出光功率控制以外的其他控制及数据采集工作，所以会导致整个环路的控制带宽过小，从而引起激光器的输出光功率的波动。

2、分立元件驱动器往往直接由电源进行供电，电源的波动会直接影响驱动器的输出，也会导致激光器输出光功率的抖动。

发明内容

本发明提供了一种激光器输出光功率的数字控制方法及系统，以解决现有激光器的输出光功率不稳定的问题。

本发明提供了一种激光器输出光功率的数字控制方法，该方法包括：

控制器获得所述激光器的设定输出光功率值，将所述设定输出光功率值转换为对应的输出电压的设定值，并将所述设定值发送给集成驱动芯片；

所述集成驱动芯片根据所述设定值调整输出电压值，并驱动所述激光器工作，使得所述激光器输出的光功率恒定。

优选地，该方法可具有如下特点：

所述集成驱动芯片包括采样电路和驱动电路，所述采样电路与所述控制器相连，所述驱动电路的输入端与供电电源相连，所述驱动电路的输出端与所述激光器相连；

所述集成驱动芯片根据所述设定值调整输出电压值包括：

所述采样电路将采集到的所述驱动电路的输出电压值和接收到的所述设定值进行比较，根据比较结果向所述驱动电路发送控制信号调整所述驱动电路的输出电压值。

优选地，该方法还可具有如下特点：

该方法还包括：将所述驱动电路的输出电压值降低至零。

优选地，该方法还可具有如下特点：

在所述集成驱动芯片驱动所述激光器工作之后，所述方法还包括：

所述控制器计算出所述激光器的当前输出光功率值，根据所述当前输出光功率值对所述设定输出光功率值进行修正，将修正后的设定输出光功率值转换为对应的输出电压的设定值，并将所述设定值发送给所述集成驱动芯片。

本发明提供了一种激光器输出光功率的数字控制系统，该系统包括依次相连的激光器、跨阻放大器和控制器，所述系统还包括集成驱动芯片，所述集成驱动芯片的输入端与所述控制器相连，所述集成驱动芯片的输出端与所述激光器相连；其中：

所述控制器，用于获得所述激光器的设定输出光功率值，将所述设定输出光功率值转换为对应的输出电压的设定值，并将所述设定值发送给集成驱动芯片；

所述集成驱动芯片，用于根据所述设定值调整输出电压值，并驱动所述激光器工作，使得所述激光器输出的光功率恒定。

优选地，该系统可具有如下特点：

所述集成驱动芯片包括采样电路和驱动电路，所述采样电路和所述驱动电路均与所述控制器相连，所述驱动电路的输入端与供电电源相连，所述驱动电路的输出端与所述激光器相连；

所述采样电路，用于将采集到的所述驱动电路的输出电压值和接收到的所述设定值进行比较，根据比较结果向所述驱动电路发送控制信号调整所述驱动电路的输出电压值。

优选地，该系统还可具有如下特点：

所述集成驱动芯片还包括降压装置，所述降压装置连接在所述驱动电路和所述激光器之间，用于将所述驱动电路的输出电压值降低至零。

优选地，该系统还可具有如下特点：

所述集成驱动芯片包括线性稳压器，所述线性稳压器的采样端和所述控制器之间设有电阻，所述线性稳压器的输出端与分压电路的一端相连，所述分压电路的另一端接地，所述分压电路的分压点与所述线性稳压器的采样端相连；所述线性稳压器的电源端与供电电源相连，所述线性稳压器的使能端与所述控制器相连。

优选地，该系统还可具有如下特点：

所述集成驱动芯片还包括降压装置，所述降压装置连接在所述线性稳压器的输出端和所述激光器之间；所述降压装置为二极管或三极管。

优选地，该系统还可具有如下特点：

所述控制器，还用于计算出所述激光器的当前输出光功率值，根据所述当前输出光功率值对所述设定输出光功率值进行修正，将修正后的设定输出光功率值转换为对应的输出电压的设定值，并将所述设定值发送给所述集成驱动芯片。

上述激光器输出光功率的数字控制方法及系统，能够有效地控制激光器输出光功率的稳定性。

附图说明

图1为现有的基本激光器输出光功率控制电路的结构框图；

图2为现有的激光器输出光功率数字控制电路的结构框图；

图3为本发明的激光器输出光功率数字控制系统的结构框图；

图4为本发明的集成驱动芯片的结构框图；

图5为本发明激光器输出光功率数字控制系统实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供了一种激光器输出光功率的数字控制方法，该方法包括：

控制器获得所述激光器的设定输出光功率值，将所述设定输出光功率值转换为对应的输出电压的设定值，并将所述设定值发送给集成驱动芯片；

所述集成驱动芯片根据所述设定值调整输出电压值，并驱动所述激光器工作，使得所述激光器输出的光功率恒定。

其中，所述集成驱动芯片包括采样电路和驱动电路，所述采样电路与所述控制器相连，所述驱动电路的输入端与供电电源相连，所述驱动电路的输出端与所述激光器相连；所述采样电路将采集到的所述驱动电路的输出电压值和接收到的所述设定值进行比较，根据比较结果向所述驱动电路发送控制信号调整所述驱动电路的输出电压值。

为了更好地控制激光器输出光功率的稳定，在所述集成驱动芯片驱动所述激光器工作之后，所述方法还包括：

所述控制器计算出所述激光器的当前输出光功率值，根据所述当前输出光功率值对所述设定输出光功率值进行修正，将修正后的设定输出光功率值转换为对应的输出电压的设定值，并将所述设定值发送给所述集成驱动芯片；该集成驱动芯片可以根据该设定值驱动激光器工作。

上述激光器输出光功率的数字控制方法，能够有效地控制激光器输出光功率的稳定性。

本发明还提供了一种激光器输出光功率的数字控制系统，该系统包括依次相连的激光器、跨阻放大器和控制器，所述系统还包括集成驱动芯片，所述集成驱动芯片的输入端与所述控制器相连，所述集成驱动芯片的输出端与所述激光器相连；其中：

所述控制器，用于获得所述激光器的设定输出光功率值，将所述设定输出光功率值转换为对应的输出电压的设定值，并将所述设定值发送给集成驱动芯片；

所述集成驱动芯片，用于根据所述设定值调整输出电压值，并驱动所述激光器工作，使得所述激光器输出的光功率恒定。

如图3所示，为本发明的激光器输出光功率数字控制系统的结构框图，包括以下几个部分：激光器301，跨阻放大器302，由ADC303、MCU304和DAC305组成的数字控制器306，由集成驱动芯片307及外围电路组成的驱动单元；其中：

跨阻放大器将激光器输出光功率所对应的背光检测电流转换为对应的电压值，以便后续电路的处理。

数字控制器主要包括ADC、MCU和DAC三个部分。其中，ADC将激光器输出光功率所对应的背光检测电流转换为对应的电压值转化为对应的数字量，然后传给MCU，MCU通过对得到的数字量进行解析得到现有的激光器的输出光功率，然后与想要设定的光功率值进行比较，对控制量进行调整，并通过DAC输出到后续环节，以保证激光器输出光功率符合要求。

集成驱动芯片的结构如图4所示，该集成驱动芯片401内部由驱动电路402、降压装置403和采样电路404等组成。所述采样电路和所述驱动电路均与所述控制器相连，所述驱动电路的输入端与供电电源相连，所述驱动电路的输出端与激光器相连，驱动电路给激光器提供充足的供电电流以保证激光器的正常工作，同时为了保证激光器的输出光功率的稳定，该驱动电路还需具有较好的电源波动抑制能力，能够将电源对输出的影响降到最低。同时，采样电路对驱动电路的输出进行采样并与控制器发送给该集成驱动芯片的输出电压的设定值进行比较，根据比较结果对驱动电路的输出电压进行调整，使得驱动电路的输出电压保持稳定。驱动电路还需有使能功能，这样就可以在想关断激光器的时候，轻易的实现关断激光器的功能了。由于一般的驱动电路在非使能的状况下，还会有很小的输出电压，这样就会造成激光器不能充分关断，所以在驱动电路的输出端加入一个降压装置，这样就可以将激光器彻底关断了；该降压装置可以有很多实现方式，例如可以为二极管或三极管等。

由于该驱动单元存在自己的反馈环路，所以无需MCU对于该电路进行频繁的控制也能保持激光器的输出光功率稳定。

采用上述激光器输出光功率数字控制系统，不但可以大大节省所需的PCB板面积，并且能够有效控制激光器输出光功率的稳定性，对于光模块及其他一些需要控制激光器光功率输出的产品的生产具有重要意义。

如图5所示，为本发明激光器输出光功率数字控制系统实施例的结构示意图，在该实施例中，运放与R4组成跨阻放大器，为了使得跨阻放大器的输出电压处于运放的低轨之上，则在运放的正端输入一定的电压，以保证跨阻放大器的检测电压处于线性输出范围内。所述集成驱动芯片包括线性稳压器LDO，所述LDO的采样端和所述控制器之间设有电阻R3，所述LDO的输出端与分压电路的一端相连，所述分压电路的另一端接地，所述分压电路的分压点与所述线性稳压器的采样端相连；所述LDO的电源端与+5V的供电电源相连，所述LDO的使能端与所述控制器相连。

其中，控制器内部的ADC采集跨阻放大器的输出电压，控制器将其转化为对应的输出光功率值，然后将该输出光功率值与设定功率值进行比较，并对设定功率值进行修正，将修正后的设定功率值输出至控制器自带的DAC，该DAC将设定功率值转换为对应的输出电压的设定值。DAC将输出电压的设定值输出至线性稳压器（LDO）来调节LDO的输出电压，进而调节激光器的输出光功率。当需要将激光器关断时，则MCU将LDO的输出关闭。为了防止LDO在关断后依然有小幅电压输出导致激光器不能完全关断，则在LDO的输出端增加一个二极管，这样就可以将激光器完全关断了。

上述系统可以有效地控制激光器输出光功率的稳定性。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，上述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种激光器输出光功率的数字控制方法，该方法包括：

控制器获得所述激光器的设定输出光功率值，将所述设定输出光功率值转换为对应的输出电压的设定值，并将所述设定值发送给集成驱动芯片；

所述集成驱动芯片根据所述设定值调整输出电压值，并驱动所述激光器工作，使得所述激光器输出的光功率恒定。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述集成驱动芯片包括采样电路和驱动电路，所述采样电路与所述控制器相连，所述驱动电路的输入端与供电电源相连，所述驱动电路的输出端与所述激光器相连；

所述集成驱动芯片根据所述设定值调整输出电压值包括：

所述采样电路将采集到的所述驱动电路的输出电压值和接收到的所述设定值进行比较，根据比较结果向所述驱动电路发送控制信号调整所述驱动电路的输出电压值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

将所述驱动电路的输出电压值降低至零。

4.根据权利要求1-3任一权利要求所述的方法，其特征在于：

在所述集成驱动芯片驱动所述激光器工作之后，所述方法还包括：

所述控制器计算出所述激光器的当前输出光功率值，根据所述当前输出光功率值对所述设定输出光功率值进行修正，将修正后的设定输出光功率值转换为对应的输出电压的设定值，并将所述设定值发送给所述集成驱动芯片。

5.一种激光器输出光功率的数字控制系统，该系统包括依次相连的激光器、跨阻放大器和控制器，其特征在于，所述系统还包括集成驱动芯片，所述集成驱动芯片的输入端与所述控制器相连，所述集成驱动芯片的输出端与所述激光器相连；其中：

所述控制器，用于获得所述激光器的设定输出光功率值，将所述设定输出光功率值转换为对应的输出电压的设定值，并将所述设定值发送给集成驱动芯片；

所述集成驱动芯片，用于根据所述设定值调整输出电压值，并驱动所述激光器工作，使得所述激光器输出的光功率恒定。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：

所述集成驱动芯片包括采样电路和驱动电路，所述采样电路和所述驱动电路均与所述控制器相连，所述驱动电路的输入端与供电电源相连，所述驱动电路的输出端与所述激光器相连；

所述采样电路，用于将采集到的所述驱动电路的输出电压值和接收到的所述设定值进行比较，根据比较结果向所述驱动电路发送控制信号调整所述驱动电路的输出电压值。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：

所述集成驱动芯片还包括降压装置，所述降压装置连接在所述驱动电路和所述激光器之间，用于将所述驱动电路的输出电压值降低至零。

8.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于：

所述集成驱动芯片包括线性稳压器，所述线性稳压器的采样端和所述控制器之间设有电阻，所述线性稳压器的输出端与分压电路的一端相连，所述分压电路的另一端接地，所述分压电路的分压点与所述线性稳压器的采样端相连；所述线性稳压器的电源端与供电电源相连，所述线性稳压器的使能端与所述控制器相连。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：

所述集成驱动芯片还包括降压装置，所述降压装置连接在所述线性稳压器的输出端和所述激光器之间；所述降压装置为二极管或三极管。

10.根据权利要求5-9任一权利要求所述的系统，其特征在于：

所述控制器，还用于计算出所述激光器的当前输出光功率值，根据所述当前输出光功率值对所述设定输出光功率值进行修正，将修正后的设定输出光功率值转换为对应的输出电压的设定值，并将所述设定值发送给所述集成驱动芯片。

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