CN102437507B - 一种用于光通信激光器驱动的自动功率控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于光通信激光器驱动的自动功率控制电路，包括一VIP端连接直流参考稳定电压V_REF、VIN端连接节点APCFILT2的误差放大器，误差放大器的VOUT端连接到节点APCFILT1，晶体管MN1和电流源I1构成一个源极跟随器，直流参考稳定电压V_{MD_REF}连接到NMOS晶体管MN3的栅极，晶体管MN3和电流源I2构成一个源极跟随器，晶体管MN4和MN5构成一对电流镜，晶体管MP3和MP2构成了一对电流镜。本发明所述的用于光通信激光器驱动的自动功率控制电路，有效地消除了电路内部其他极点对环路稳定性的影响，同时对光电二极管提供了稳定的直流电压偏置，提高了光电二极管的工作性能，实现电路结构简单，占用芯片面积小。

Description

一种用于光通信激光器驱动的自动功率控制电路

技术领域

本发明涉及光通信激光器，属于光通信集成电路设计领域，具体说是一种用于光通信激光器驱动的自动功率控制电路。

所述自动功率控制（Automatic Power Control，或者简称APC）电路，可用于激光器的偏置电流的产生，以及激光器的发光功率的自动控制。

背景技术

在光通信中，光纤是用来传输光信号的介质，而激光器就是产生光信号的部件，它能够完成电信号到光信号的转换。激光器的工作由专门的激光二极管驱动器（Laser Diode Driver，或者简称LDD）芯片来负责控制。

通常，一个激光器内部会同时封装有一个发送数据的激光二极管（Laser Diode,或LD），和一个负责进行功率监测的光电二极管（Photo Diode，或PD）。其中的激光二极管有别于普通的发光二极管（Light Emitting Diode，或LED）。当提供给激光二极管的电流小于阈值电流I_TH时，激光器只能发出跟发光二极管类似的普通光；而当提供给激光二极管的电流大于或者等于阈值电流I_TH时，激光二极管把电流转换为光的效率大大提高，这时候发出的光才是激光，才能进行高速光信号发送。

因此，激光器需要LDD芯片来提供这个驱动电流。提供给激光器的驱动电流有两种，一种是静态偏置电流I_BIAS，另外一种是跟需要发送的数据相关的调制电流I_MOD（图1中未示出），这个电流会跟随0或者1的数据变化而高速变化。这两种电流会同时提供给激光二极管LD。

激光器的发光功率与静态偏置电流I_BIAS提供的电流大小成线性关系。I_BIAS可以根据不同的激光器的最佳工作功率点以及阈值电流I_TH值进行设定。而I_TH和最佳工作功率点会随着工作温度和激光器的寿命变化，需要随时对I_BIAS进行一定程度的修正和补偿。

图1所示，为一个典型的自动功率控制（APC）电路框图。

图1中，光电二极管PD感应到激光二极管LD发出的光，并按照一定的比例关系产生监测电流I_MD，这个监测电流I_MD与LD的发光功率成正比例线性关系。

电阻R_APCSET的阻值可调。其电阻值的大小一般会根据不同的激光器，以及其阈值电流I_TH等特性，预先设定好不同的值。根据电阻R_APCSET的阻值，按以下公式得到一个对比电流I_APCSET：

I_APCSET=V_BG/R_APCSET。V_BG是带隙稳压源产生的与工艺、温度和电压无关的基准参考电压。

误差放大器比较对比电流I_APCSET和监测电流I_MD的差别，结合静态偏置电流I_BIAS-发光功率-监测电流I_MD之间的线性关系，判断出这时候的激光二极管LD的偏置电流或者说，平均发光功率的大小与设定的值之间的差别，根据这个差别，误差放大器的输出再调整监测电流I_BIAS的电流大小，最终保证I_APCSET和I_MD一样，从而实现对I_BIAS的修正和补偿工作。比如，LD因为老化，在同样的静态偏置电流I_BIAS条件下，发出的光变弱，监测电流I_MD就变小，而对比电流I_APCSET不变，误差放大器就会控制静态偏置电流I_BIAS电流，使之增大，从而使LD的发光变强，监测电流I_MD回升，直到和对比电流I_APCSET一样为止。

通常APC电路的实现方法多种多样，从集成电路设计的角度，主要需要考虑的有两点：

第一点，APC电路，实际上是一个负反馈环路，需要考虑环路稳定性的问题。电容C_APC和电容C_MD在APC电路里是不可避免的，其形成的极点对环路相位裕度的影响也是在设计时首先需要考虑的。但是除此两个极点以外，APC电路中，很可能还存在其他的极点和零点，为环路设计带来了稳定性方面的挑战。

第二点，光电二极管PD一般会考虑将其两端的偏置电压控制在2V左右，从而使其处于最佳工作状态。通常采用的设计实现方法是，用一个放大器构成一个负反馈环路，锁定光电二极管PD两端的偏置电压，使其在2V左右，这样做的难度在于电容C_MD在芯片外部（在LDD芯片外部），对这个负反馈环路的稳定性影响较大，同时还要考虑到这个负反馈环路对整个APC控制环路的稳定性的影响，设计起来较复杂。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于光通信激光器驱动的自动功率控制电路，有效地消除了电路内部其他极点对环路稳定性的影响，同时对光电二极管提供了稳定的直流电压偏置，提高了光电二极管的工作性能，实现电路结构简单，占用芯片面积小。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种用于光通信激光器驱动的自动功率控制电路，其特征在于，包括：一误差放大器，

直流参考稳定电压V_REF连接到误差放大器的正输入端VIP端，

节点APCFILT2连接到误差放大器的负输入端VIN端，

误差放大器的输出VOUT端连接到节点APCFILT1，

节点APCFILT1和节点APCFILT2分别连接到芯片外部的电容C_APC的两端，

节点ACPFILT1还连接到NMOS（N型金属-氧化物-半导体晶体管）晶体管MN1的栅极，

晶体管MN1的漏极连接电源V_DD，源极通过电流源I1连接到地V_SS，

晶体管MN1和电流源I1构成一个源极跟随器，二者之间的连接节点还同时连接到NMOS晶体管MN2的栅极，

晶体管MN2的源极接地V_SS，漏极通过节点BIAS连接到芯片外部的激光二极管LD，

直流参考稳定电压V_{MD_REF}连接到NMOS晶体管MN3的栅极，

晶体管MN3的漏极接电源V_DD，源极通过电流源I2连接到地V_SS，

晶体管MN3和电流源I2构成一个源极跟随器，二者之间的连接节点还同时连接到PMOS（P型金属-氧化物-半导体晶体管）晶体管MP1的栅极，

晶体管MP1的源极通过MD节点连接到芯片外部的光电二极管PD，漏极同时连接到NMOS晶体管MN4的栅极和漏极，

晶体管MN4的栅极连接到NMOS晶体管MN5的栅极，晶体管MN4的源极和晶体管MN5的源极都接地V_SS，这两个NMOS晶体管构成一对电流镜，

晶体管MN5的漏极同时与晶体管MP2的栅极和漏极相连，

晶体管MP3和MP2均为PMOS晶体管，二者的栅极相连，二者的源极都接到电源V_DD，构成了一对电流镜，

晶体管MP3的漏极通过电流源I3连接到地V_SS，

晶体管MP3的漏极还连接到节点APCFILT2。

在上述技术方案的基础上，所述误差放大器是一个全摆幅输出放大器。

在上述技术方案的基础上，所述误差放大器包括：

为误差放大器提供电流偏置的电流源I_REF，

NMOS晶体管MN11的栅极和漏极共同连接到节点VBN2，VBN2通过电流源I_REF连接到电源V_DD，

晶体管MN11的源极、NMOS晶体管MN13的栅极和漏极均连接到节点VBN1，

晶体管MN13的源极和NMOS晶体管MN14的源极都接地V_SS，

晶体管MN14的漏极和NMOS晶体管MN12的源极相连，

晶体管MN14的栅极和MN12的栅极分别接到节点VBN1和节点VBN2，晶体管MN14和MN13构成了一对电流镜，

晶体管MN12的漏极、PMOS晶体管MP13的漏极和栅极共同连接到节点VBP2，

晶体管MP13的源极、PMOS晶体管MP15的漏极和栅极共同连接到节点VBP1，

晶体管MP15的源极和PMOS晶体管MP16的源极都接电源V_DD，

晶体管MP16的漏极与PMOS晶体管MP14的源极相连，

晶体管MP16的栅极和MP14的栅极分别接到节点VBP1和节点VBP2，晶体管MP16和MP15构成一对电流镜，

晶体管MP14的漏极同时与PMOS晶体管MP11的源极和PMOS晶体管MP12的源极连接，

晶体管MP11的栅极和MP12的栅极分别接到放大器的正输入端VIP和负输入端VIN，MP11和MP12构成了差分输入对，

晶体管MP11的漏极、NMOS晶体管MN15的栅极和漏极共同连接到节点VBN3，

晶体管MP12的漏极、NMOS晶体管MN16的栅极和漏极共同连接到节点VBN4，

晶体管MN15的源极和MN16的源极都接到地V_SS，

NMOS晶体管MN17的栅极和NMOS晶体管MN18的栅极分别接到节点VBN3和节点VBN4，

晶体管MN17的源极和MN18的源极都接到地V_SS，

晶体管MN17的漏极和MN18的漏极分别接到NMOS晶体管MN19的源极和NMOS晶体管MN20的源极，

晶体管MN19的栅极和MN20的栅极都接到节点VBN2，

晶体管MN19的漏极和PMOS晶体管MP17的漏极相连，其连接点即为误差放大器的输出端VOUT，

晶体管MN20的漏极和PMOS晶体管MP18的漏极共同连接到节点VBP3，

晶体管MP17的栅极和MP18的栅极都连接到节点VBP2，

晶体管MP17的源极和MP18的源极分别接到PMOS晶体管MP19的漏极和PMOS晶体管MP20的漏极，

晶体管MP19的栅极和MP20的栅极都连接到节点VBP3，

晶体管MP19的源极和MP20的源极都接到电源V_DD。

在上述技术方案的基础上，V_{MD_REF} = V_DD-2V。

本发明所述的用于光通信激光器驱动的自动功率控制电路，与其他设计实现方法相比，明显的优势如下：

1、针对APC电路内部的主要极点进行了分析，为了消除电路内部其他极点——产生I_BIAS电流的NMOS晶体管栅极形成的寄生极点——对APC环路的稳定性的影响，本发明提出了一种新的有效解决方法。

2、有效地对光电二极管提供了稳定的直流电压偏置，提高了光电二极管的工作性能，实现电路结构简单，占用芯片面积小，对APC整体负反馈环路的稳定性无影响。

附图说明

本发明有如下附图：

图1　典型的自动功率控制（APC）电路框图，

图2　典型的自动功率控制（APC）电路波特图，

图3　本发明的电路原理图，

图4　本发明的误差放大器，

图5　本发明的自动功率控制（APC）电路波特图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明所述的用于光通信激光器驱动的自动功率控制电路，如图3所示（图3中虚横线以上的部分示意为芯片外部电路和元器件），包括：一误差放大器，

直流参考稳定电压V_REF连接到误差放大器的正输入端VIP端，

节点APCFILT2连接到误差放大器的负输入端VIN端，

误差放大器的输出VOUT端连接到节点APCFILT1，

节点APCFILT1和节点APCFILT2分别连接到芯片外部的电容C_APC的两端，

节点ACPFILT1还连接到NMOS晶体管MN1的栅极，

晶体管MN1的漏极连接电源V_DD，源极通过电流源I1连接到地V_SS，

晶体管MN1和电流源I1构成一个源极跟随器，二者之间的连接节点还同时连接到NMOS晶体管MN2的栅极，

晶体管MN2的源极接地V_SS，漏极通过节点BIAS连接到芯片外部的激光二极管LD，

直流参考稳定电压V_{MD_REF}连接到NMOS晶体管MN3的栅极，

晶体管MN3的漏极接电源V_DD，源极通过电流源I2连接到地V_SS，

晶体管MN3和电流源I2构成一个源极跟随器，二者之间的连接节点还同时连接到PMOS晶体管MP1的栅极，

晶体管MP1的源极通过MD节点连接到芯片外部的光电二极管PD，漏极同时连接到NMOS晶体管MN4的栅极和漏极，

晶体管MN4的栅极连接到NMOS晶体管MN5的栅极，晶体管MN4的源极和晶体管MN5的源极都接地V_SS，这两个NMOS晶体管构成一对电流镜，

晶体管MN5的漏极同时与晶体管MP2的栅极和漏极相连，

晶体管MP3和MP2均为PMOS晶体管，二者的栅极相连，二者的源极都接到电源V_DD，构成了一对电流镜，

晶体管MP3的漏极通过电流源I3连接到地V_SS，

晶体管MP3的漏极还连接到节点APCFILT2。

上述的直流参考稳定电压V_REF的产生方法一般是通过带隙稳压器或者其他电路产生，不属于本发明的范围，不再详述。

上述的直流参考稳定电压V_{MD_REF}的产生方法一般是通过带隙稳压器或者其他电路产生，不属于本发明的范围，不再详述。

上述的电流源I1，I2和I3的产生方法一般是通过带隙稳压器和电流偏置产生电路共同来实现，不属于本发明的范围，不再详述。

在上述技术方案的基础上，图4所示为图3中误差放大器的实现电路，所述误差放大器包括：

为误差放大器提供电流偏置的电流源I_REF，

NMOS晶体管MN11的栅极和漏极共同连接到节点VBN2，VBN2通过电流源I_REF连接到电源V_DD，

晶体管MN11的源极、NMOS晶体管MN13的栅极和漏极均连接到节点VBN1，

晶体管MN13的源极和NMOS晶体管MN14的源极都接地V_SS，

晶体管MN14的漏极和NMOS晶体管MN12的源极相连，

晶体管MN14的栅极和MN12的栅极分别接到节点VBN1和节点VBN2，晶体管MN14和MN13构成了一对电流镜，

晶体管MN12的漏极、PMOS晶体管MP13的漏极和栅极共同连接到节点VBP2，

晶体管MP13的源极、PMOS晶体管MP15的漏极和栅极共同连接到节点VBP1，

晶体管MP15的源极和PMOS晶体管MP16的源极都接电源V_DD，

晶体管MP16的漏极与PMOS晶体管MP14的源极相连，

晶体管MP16的栅极和MP14的栅极分别接到节点VBP1和节点VBP2，晶体管MP16和MP15构成一对电流镜，

晶体管MP14的漏极同时与PMOS晶体管MP11的源极和PMOS晶体管MP12的源极连接，

晶体管MP11的栅极和MP12的栅极分别接到放大器的正输入端VIP和负输入端VIN，MP11和MP12构成了差分输入对，

晶体管MP11的漏极、NMOS晶体管MN15的栅极和漏极共同连接到节点VBN3，

晶体管MP12的漏极、NMOS晶体管MN16的栅极和漏极共同连接到节点VBN4，

晶体管MN15的源极和MN16的源极都接到地V_SS，

NMOS晶体管MN17的栅极和NMOS晶体管MN18的栅极分别接到节点VBN3和节点VBN4，

晶体管MN17的源极和MN18的源极都接到地V_SS，

晶体管MN17的漏极和MN18的漏极分别接到NMOS晶体管MN19的源极和NMOS晶体管MN20的源极，

晶体管MN19的栅极和MN20的栅极都接到节点VBN2，

晶体管MN19的漏极和PMOS晶体管MP17的漏极相连，其连接点即为误差放大器的输出端VOUT，

晶体管MN20的漏极和PMOS晶体管MP18的漏极共同连接到节点VBP3，

晶体管MP17的栅极和MP18的栅极都连接到节点VBP2，

晶体管MP17的源极和MP18的源极分别接到PMOS晶体管MP19的漏极和PMOS晶体管MP20的漏极，

晶体管MP19的栅极和MP20的栅极都连接到节点VBP3，

晶体管MP19的源极和MP20的源极都接到电源V_DD。

上述的电流源I_REF产生方法一般是通过带隙稳压器和电流偏置产生电路共同来实现，不属于本发明的范围，不再详述。

如图3所示，MN2是NMOS（N型金属-氧化物-半导体晶体管），其漏极通过芯片的BIAS管脚，连接到芯片外部的激光二极管LD上，并为激光二极管LD提供偏置电流I_BIAS。通常，激光二极管的发光偏置电流I_BIAS范围在1mA～100mA之间。因此MN2的尺寸会比较大，其栅极的寄生电容C_MN2也会较大。

LD发出的光强与I_BIAS成正比例线性关系，此光强又以一定的比例感应到光电二极管PD上，并产生对应的电流I_MD，从芯片的MD管脚流入芯片内部的MN4晶体管。可以假设：

I_MD=α*I_BIAS，其中假设α为PD的光电流与LD的光强的比例。

MN4和MN5构成NMOS电流镜像关系，在保证这两个晶体管都处于饱和状态的条件下，MN5的电流I_MN5可以与MN4的电流I_MN4(即I_MD)，形成任意需要的线性比例关系。MP2和MP3都是PMOS（P型金属-氧化物-半导体晶体管），也同样构成电流镜像关系。因此I_MD一直通过电流镜像，传递到MP3晶体管。那么：

I_MP3=β*I_MN4=β*I_MD，其中假设β为MN4-MN5-MP2-MP3总体的镜像比例。

I3是一个电流源，其电流大小为I_APCSET。这个电流可以由芯片用户根据不同激光器及其应用条件进行设定。电流源产生的方法如图1所示，由参考基准电压V_BG和芯片外部的R_APCSET共同设定。一般的电路实现方法是，采用负反馈环路锁定R_APCSET的两端电压差为V_BG，从而得到电阻R_APCSET的电流值为V_BG/R_APCSET，再通过电流比例镜像的方式，得到:

I_APCSET=γ*V_BG/R_APCSET，其中假设γ为电流镜像比例。

因为这个I_APCSET的产生电路不属于本发明的范围，因此不再赘述。

自动功率控制电路（APC）是一个负反馈环路设计，这个环路锁定后，维持在一个平衡状态，此时：

I_APCSET和I_MP3的电流大小几乎相等，并在一定范围内维持平衡，

节点APCFILT2的电压和V_REF相同，

误差放大器的输出节点APCFILT1的电压也会在此时达到平衡态，

MN1晶体管和I1电流源构成的是一个NMOS源极跟随器，V_BIAS节点的电压也会随APCFILT1的电压达到平衡态，这时，MN2晶体管的电流I_BIAS即是我们需要的设定的偏置电流大小，I_BIAS在APC环路平衡状态下的计算方法是：

I_APCSET = I_MP3 = β*I_MN4 = β*I_MD =β*α*I_BIAS ，

由上面等式，可以得到：

I_BIAS = I_APCSET/(α*β) = (γ*V_BG/R_APCSET)/ (α*β)。

上式中：

α是光电二极管PD感应光电流的比例，通常激光器存在个体差异，因此这个比例值也存在差异。

β是I_MD监测电路的电流镜像比例，电路设计完成后，是已知的固定值。

γ是I_APCSET产生电路中设定的电流镜像比例，电路设计完成后，是已知的固定值。

V_BG是带隙稳压源产生的直流参考电压，电路设计完成后，是已知的固定值。

R_APCSET是置于芯片外部的可调电阻，在实际LDD芯片应用过程中，针对与芯片配套使用的激光器的α的差异等因素，会设定这个电阻值。

APC环路锁定过程分析：

假设激光二极管LD因为老化或者温度等原因，现在这个平衡态所提供给它的I_BIAS，不能使LD发出足够强度的光(或者说LD的光功率下降)，那么光电二极管PD就会感应到较弱的光电流I_MD，通过MN4-MN5-MP2-MP3镜像传递后，I_MP3的电流也会减小，小于I_APCSET，就会导致节点APCFILT2的电压被拉低，低过V_REF后，误差放大器检测到其正负极输入端的差异，并升高误差放大器输出端节点APCFILT1的电压，因为源极跟随器的特性，节点V_BIAS电压也会随之升高，晶体管MN2的电流I_BIAS增加，直至LD发出的光功率达到设定的要求，从而进入另一个平衡态。反之，如果光功率突然变大，那么APC环路也会自动减小I_BIAS，直至LD的光功率达到要求。整个环路的锁定过程不需要人为干预，自动完成。电压V_REF是由其他的参考电压产生电路提供，图中未示出。这个电压大小一般选取带隙参考电压或者其他合适的稳定电压。

环路稳定性是APC电路设计的重点工作。

由于LD的光功率会受很多因素影响，比如寿命、温度、LD上调制的数据码型的变化、电路上电等等，环路需要不停进行动态调整，保持LD的平均发光功率与设定值接近。电容C_APC和C_MD可以将某些高频率的光功率变化滤除，保留其平均值。

光电二极管PD的带宽受C_MD的限制，通常小于激光二极管LD的带宽。因此，PD的电流变化频率不会完全跟上LD的光输出变化频率。C_APC和C_MD会把光电二极管PD中感应到的高速电流进行滤波处理。

图2所示为典型的自动功率控制（APC）电路波特图。

电容C_MD会滤掉由PD等构成的监控支路上部分瞬态变化，但是因为其大小有限，从图中可以看出，在APC整个控制环路里成为高阶极点或者说次极点。电容C_APC大很多，构成了APC环路的主极点，同时也决定了环路的3dB带宽。随着电容C_APC增大，APC环路的带宽降低。

正如图2所示，随着频率增加，环路增益下降，也就是说，逐渐对高频不明感。但是，这些电容同时也让环路的调整时间拉长，越大的C_AP和C_MD，会使得APC环路稳定的时间越久。在实际应用中，这个稳定时间是受到限制的，因此对这两个电容的大小，一般有一个实际参考值。C_APC通常取值在10nF到10uF之间，C_MD通常取为四分之一的C_APC。

在电路设计中，通常C_APC会接在放大器的负输入端和输出端之间，形成米勒补偿效应，使得放大器的负输入端成为主极点，而且通常会比C_MD形成的极点更靠近原点。通常会将这两个极点之间的距离（图中的横坐标）尽量拉远，留给主极点形成的增益下降曲线更多的空间，最好是在次极点引起相位下降之前，增益曲线下降到0dB或以下，保证负反馈环路有足够的相位裕度，从而使环路稳定，不产生震荡。同时还要综合考虑整个APC电路中，是否存在其他的极点和零点，是否也会对环路相位裕度产生影响。

通常，激光二极管的发光偏置电流I_BIAS范围在1mA-100mA之间，因此晶体管MN2的尺寸会比较大，其栅极的电容C_MN2也会较大。这个节点如果直接连接普通的放大器电路输出端，放大器的高增益需要较高的输出阻抗，那么高输出阻抗和C_MN2结合，会产生一个较低频率的极点。这个极点很有可能比C_MD的极点更靠近主极点，从而加快相位下降的速度，降低相位裕度，影响环路稳定性，如果处理不当，相位下降过快，而增益曲线下降的速度一般相对较慢，导致在增益未达到0dB之前，相位已接近或者到达0°及以下，就会有震荡的风险。

本发明的自动功率控制电路是通过移动C_MN2极点的位置的方法，消除其对环路相位裕度的影响。

具体设计思路是，在普通放大器的输出端和晶体管MN2之间增加一级源极跟随器，这个源极跟随器由晶体管MN1和电流源I1构成。源极跟随器的主要优点是输出和输入是同相位，没有产生额外的相位变化，输出阻抗很小，可以简单有效地提高C_MN2极点的频率，将这个极点的位置移动到C_MD极点的右侧。如图5所示。这样做，不会影响到主极点和次极点形成的相位裕度，即不影响环路稳定性。

但是源极跟随器的缺点也很明显，就是输入和输出存在一个固定的压差，大约为晶体管MN1的阈值电压V_THN。因为晶体管MN2所要输出的电流I_BIAS从1mA到100mA的宽范围，其栅极电压V_BIAS也会有较大的变化幅度范围，从而要求放大器的输出节点APCFILT1的电压摆幅也要足够大。考虑到这个因素，本发明中，选取的误差放大器是一个全摆幅输出放大器，如图4所示。这个放大器可以产生足够高的增益，同时输出的摆幅可以在V_DD到V_SS之间的任意电压值。VIP是正输入端，VIN是负输入端，VOUT是输出。

为了保证光电二极管PD处于最佳工作状态，一般会把PD的两端电压偏置在2V左右。通常采用的设计实现方法是，用一个放大器构成负反馈环路，锁定光电二极管PD两端偏置电压，使其在2V左右，这样做的难度在于电容C_MD对这个负反馈环路的稳定性影响较大，同时还要考虑到这个负反馈环路对整个APC控制环路的稳定性的影响，设计起来较复杂。

本发明给出了一种简单有效的方法来实现对光电二极管PD两端的电压偏置。

本发明中，通过参考电压产生电路（图中未示出）产生出参考电压V_{MD_REF} = V_DD-2V。

NMOS晶体管MN3和电流源I2构成一个源极跟随器，PD、PMOS晶体管MP1和NMOS晶体管MN4也构成了一个源极跟随器。源极跟随器在一定工作条件下，可以实现电压跟随（或者电平转换），简单的说，就是源极跟随器的输出电压约等于其输入电压减去MOS晶体管的阈值电压V_TH。图3中，V_{MD_REF}经过MN3-I2源极跟随器后，其输出连接到晶体管MP1的栅极，输出电压约为V_{MD_REF}-V_THN，假设V_THN是NMOS晶体管的阈值电压绝对值。晶体管MP1的栅极是PD-MP1-MN4源极跟随器的输入，节点MD是其输出。因此，节点MD的电压约为V_{MD_REF}-V_THN-（-V_THP）。假设V_THP是PMOS晶体管的阈值电压绝对值。那么，这时的节点MD的电压约为：

V_DD-2V-V_THN+V_THP，

通过仿真分析，给晶体管MN3和MP1选取合适的尺寸，以及给电流源I2选取合适的电流值，可以保证V_THN和V_THP大致相等，从而实现节点MD的电压约为V_DD-2V，即PD两端的偏置电压约为2V。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (4)

1.一种用于光通信激光器驱动的自动功率控制电路，其特征在于，包括：一误差放大器，

直流参考稳定电压V_REF连接到误差放大器的正输入端VIP端，

节点APCFILT2连接到误差放大器的负输入端VIN端，

误差放大器的输出VOUT端连接到节点APCFILT1，

节点APCFILT1和节点APCFILT2分别连接到芯片外部的电容C_APC的两端，

节点ACPFILT1还连接到NMOS晶体管MN1的栅极，

晶体管MN1的漏极连接电源V_DD，源极通过电流源I1连接到地V_SS，

晶体管MN1和电流源I1构成一个源极跟随器，二者之间的连接节点还同时连接到NMOS晶体管MN2的栅极，

晶体管MN2的源极接地V_SS，漏极通过节点BIAS连接到芯片外部的激光二极管LD的负极，

直流参考稳定电压V_{MD_REF}连接到NMOS晶体管MN3的栅极，

晶体管MN3的漏极接电源V_DD，源极通过电流源I2连接到地V_SS，

晶体管MN3和电流源I2构成一个源极跟随器，二者之间的连接节点还同时连接到PMOS晶体管MP1的栅极，

晶体管MP1的源极通过MD节点连接到芯片外部的光电二极管PD的正极，漏极同时连接到NMOS晶体管MN4的栅极和漏极，

晶体管MN4的栅极连接到NMOS晶体管MN5的栅极，晶体管MN4的源极和晶体管MN5的源极都接地V_SS，这两个NMOS晶体管构成一对电流镜，

晶体管MN5的漏极同时与晶体管MP2的栅极和漏极相连，

晶体管MP3和MP2均为PMOS晶体管，二者的栅极相连，二者的源极都接到电源V_DD，构成了一对电流镜，

晶体管MP3的漏极通过电流源I3连接到地V_SS，

晶体管MP3的漏极还连接到节点APCFILT2；

激光二极管LD的正极和光电二极管PD的负极均接电源V_DD，

光电二极管PD的正极还经过一个电容C_MD后接地。

2.如权利要求1所述的用于光通信激光器驱动的自动功率控制电路，其特征在于：所述误差放大器是一个全摆幅输出放大器。

3.如权利要求1所述的用于光通信激光器驱动的自动功率控制电路，其特征在于，所述误差放大器包括：

为误差放大器提供电流偏置的电流源I_REF，

NMOS晶体管MN11的栅极和漏极共同连接到节点VBN2，VBN2通过电流源I_REF连接到电源V_DD，

晶体管MN11的源极、NMOS晶体管MN13的栅极和漏极均连接到节点VBN1，

晶体管MN13的源极和NMOS晶体管MN14的源极都接地V_SS，

晶体管MN14的漏极和NMOS晶体管MN12的源极相连，

晶体管MN14的栅极和MN12的栅极分别接到节点VBN1和节点VBN2，晶体管MN14和MN13构成了一对电流镜，

晶体管MN12的漏极、PMOS晶体管MP13的漏极和栅极共同连接到节点VBP2，

晶体管MP13的源极、PMOS晶体管MP15的漏极和栅极共同连接到节点VBP1，

晶体管MP15的源极和PMOS晶体管MP16的源极都接电源V_DD，

晶体管MP16的漏极与PMOS晶体管MP14的源极相连，

晶体管MP16的栅极和MP14的栅极分别接到节点VBP1和节点VBP2，晶体管MP16和MP15构成一对电流镜，

晶体管MP14的漏极同时与PMOS晶体管MP11的源极和PMOS晶体管MP12的源极连接，

晶体管MP11的栅极和MP12的栅极分别接到放大器的正输入端VIP和负输入端VIN，MP11和MP12构成了差分输入对，

晶体管MP11的漏极、NMOS晶体管MN15的栅极和漏极共同连接到节点VBN3，

晶体管MP12的漏极、NMOS晶体管MN16的栅极和漏极共同连接到节点VBN4，

晶体管MN15的源极和MN16的源极都接到地V_SS，

NMOS晶体管MN17的栅极和NMOS晶体管MN18的栅极分别接到节点VBN3和节点VBN4，

晶体管MN17的源极和MN18的源极都接到地V_SS，

晶体管MN17的漏极和MN18的漏极分别接到NMOS晶体管MN19的源极和NMOS晶体管MN20的源极，

晶体管MN19的栅极和MN20的栅极都接到节点VBN2，

晶体管MN19的漏极和PMOS晶体管MP17的漏极相连，其连接点即为误差放大器的输出端VOUT，

晶体管MN20的漏极和PMOS晶体管MP18的漏极共同连接到节点VBP3，

晶体管MP17的栅极和MP18的栅极都连接到节点VBP2，

晶体管MP17的源极和MP18的源极分别接到PMOS晶体管MP19的漏极和PMOS晶体管MP20的漏极，

晶体管MP19的栅极和MP20的栅极都连接到节点VBP3，

晶体管MP19的源极和MP20的源极都接到电源V_DD。

4.如权利要求1所述的用于光通信激光器驱动的自动功率控制电路，其特征在于：V_{MD_REF} = V_DD-2V。

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