CN102447217B

CN102447217B - 激光二极管控制装置

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Publication number: CN102447217B
Application number: CN201110307875.2A
Authority: CN
Inventors: G·施泰因勒; C·詹纳
Original assignee: Lantiq Deutschland GmbH
Current assignee: Intel Germany Holding GmbH
Priority date: 2010-10-08
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2031-09-29
Also published as: US20120263202A1; EP2440016B1; EP2440016A1; EP3490343A1; EP3490343B1; CN102447217A; US9204514B2; TWI572244B; TW201223322A

Abstract

一种激光控制装置包括驱动器电路(2)，以用于为激光二极管(laser？diode；LD)提供驱动电流。该装置还包括：数字存储装置(8)，用于存储针对多种温度条件的驱动电流值；以及中央处理器(3)，耦合至数字存储装置(8)，用于根据来自所述数字存储装置(8)的驱动电流值来控制驱动器电路(2)。中央处理器(3)用以对存储于数字存储装置(8)中的驱动电流值进行多次更新。

Description

激光二极管控制装置

技术领域

本发明涉及一种用于驱动激光二极管的激光控制装置以及驱动激光二极管的电流的方法；更具体而言，本发明的激光控制装置以及驱动激光二极管的电流的方法可透过存储多种条件的驱动电流值，以控制所述驱动器电路，使光学网络中的数据传输具有高的可靠性

背景技术

激光二极管(laserdiode；LD)在例如无源光学网络(passiveopticalnetworks；PONs)等光纤通信系统中用作传送元件。在运行期间，需将激光功率保持在逻辑0及逻辑1的恒定电平上。然而，激光二极管的特性显示出强的温度依赖性。此外，这些特性在老化期间会发生变化。因此，在运行期间，须控制激光二极管的驱动电流，以实现恒定的光功率电平。

由于激光二极管的温度与实现某一光功率电平所需的驱动电流并不具有线性关系，因而难以设计出能实现精确控制的控制回路。通常，使用监测二极管(monitordiode；MD)来监测激光二极管的输出功率，并且在反馈回路操作中控制激光二极管的驱动电流，以提供恒定功率的激光输出。

基于反馈控制的驱动电流调节需要在经过收敛时间(convergencetime)后才能达到稳态驱动电流条件。该收敛时间可在光学网络中造成信息损失。由于在激光运行开始时会频繁地传送例如用于界定消息的目的地的标题数据(headerdata)等控制数据，因而反馈控制激光驱动器具有短的收敛时间对于实现通信系统中的高数据吞吐量而言可为必不可少的。

进一步，激光二极管老化会对光学网络的稳定性构成威胁。由于因老化所导致的激光二极管驱动电流的漂移(drift)具有不确定性，因而驱动电流可能会发生突然变化。进一步，在进行驱动电流反馈控制期间，常常无法区分因老化所导致的驱动电流变化与因温度影响所导致的驱动电流变化。

美国专利US2002/0190666A1揭露一种用于控制激光二极管的发光输出的控制回路。该激光二极管是在反馈控制下运行，并且偏置电流(biascurrent)及脉冲电流的稳态电流值与对应的温度参数一起存储于表中。该表的表项被用于前馈控制方案(feed-forwardcontrolscheme)中。反馈控制方案是用于处理由老化造成的偏置电流偏差及脉冲电流偏差。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于驱动激光二极管的激光控制装置，以使光学网络中的数据传输具有高的可靠性。进一步，本发明的另一目的是提供一种驱动激光二极管的电流的方法，以使光学网络中的数据传输具有高的可靠性。

这些及其他目的是通过独立权利要求的特点来实现。

根据本发明的一个方面，一种激光控制装置包括：驱动器电路，用于为激光二极管(laserdiode；LD)提供驱动电流；数字存储装置，用于存储针对多种温度条件的驱动电流值；以及中央处理器，耦合至数字存储装置，用于根据来自所述数字存储装置的驱动电流值来控制驱动器电路并用于对存储于数字存储装置中的驱动电流值进行多次更新。

通过在激光二极管的寿命期间更新驱动电流值，可改变所存储的用于控制驱动器电路的驱动电流值以改善调节品质。因此，在二极管的整个寿命期间，可更快速且更可靠地进行激光二极管控制。进一步，更新后的驱动电流值可计及激光二极管的老化。

在一个实施例中，驱动器电路用以输出实际驱动电流值，这些实际驱动电流值用于更新存储于数字存储装置中的驱动电流值。此种更新程序可实现激光驱动器调节量的自学(self-learning)功能。

在一个实施例中，中央处理器可用以在发生预定定时器事件时更新驱动电流值。基本上，预定定时器事件可随着时间而有规律地分布。在一个实施例中，定时器事件可为可配置的，以计及非线性老化。

在一个实施例中，驱动器电路包括用于产生驱动电流的闭环控制回路，并且中央处理器用以根据信号来更新驱动电流值，该信号表示闭环控制回路的调节品质。举例来说，可根据实际收敛时间及/或根据闭环控制回路的实际控制偏差来计算所述表示闭环控制回路的调节品质的信号。

在一个实施例中，激光二极管控制装置还包括以往数据数字存储装置，以用于存储在激光二极管的先前运行中所获得的以往驱动电流值。在激光二极管的整个寿命期间，该以往数据数字存储装置可保护这些以往驱动电流值不会受到改写(overwrite)，即，使这些以往驱动电流值保持可用。因此，通过比较存储于数字存储装置中的更新后的驱动电流值与存储于以往数据数字存储装置中的以往驱动电流值，可评价激光二极管的老化。举例来说，以往驱动电流值可包括在激光二极管的初始运行期间所获得的驱动电流值。

在一个实施例中，中央处理器包括用于根据存储于数字存储装置中的驱动电流值来导出激光二极管特性参数的装置。激光二极管特性参数可表示激光二极管的斜度效率(slopeefficiency；SE)及/或阈值电流(Ith)。

在一个实施例中，激光控制装置可包括二极管参数数字存储装置，以用于存储按时间次序的激光二极管特性参数列表。

在一个实施例中，中央处理器可用以根据存储于按时间次序的激光二极管特性参数列表中的评价数据来导出表示激光二极管老化的量。这样，操作员便有可能全面且提早地得知激光二极管的可靠性。举例来说，根据用于表示激光二极管老化的量，可预先高效地对维护计划或更换任务进行排程。例如，在激光二极管的寿命实际终止之前，可提早发出警告。

下文将参照附图通过实例来说明本发明的这些及其他实施例。参照以下说明，将容易理解其他实施例以及实施例的许多预期优点。

附图说明

图1为根据本发明一个实施例的连接至激光模块的激光控制装置的方块图；

图2为示意性地例示光学输出功率P相对于激光二极管驱动电流I的特性曲线的曲线图；

图3为例示在反馈控制操作中应用于激光二极管的激光驱动电流I相对于脉冲时间编号k的曲线图；

图4为例示针对第一起始驱动电流值进行的激光二极管反馈控制的瞬态响应的曲线图；

图5为例示针对第二起始驱动电流值进行的激光二极管反馈控制的瞬态响应的曲线图；

图6为例示根据本发明一个实施例存储于驱动电流查找表中的数据的图式；

图7为对应于图1所示实施例的方块层次的数据流图式；

图8为例示一种中央处理器的操作方法的实施例的流程图，该中央处理器用于对数字存储装置及控制回路硬件执行读取访问及写入访问；

图9为根据本发明一个实施例的连接至激光模块的激光控制装置的方块图；

图10为例示根据本发明一个实施例存储于二极管参数查找表中的数据的图式；以及

图11为对应于图9所示实施例的方块层次的数据流图式。

主要元件标记说明

1：电源电压监测器2：驱动器电路/反馈控制激光驱动器

3：中央处理器(CPU)4：激光模块

5：光纤6：温度传感器

8：数字存储装置/查找表(LUT)

9：二极管参数数字存储装置/激光参考参数表

11：判定操作12：闭环控制回路

13：数据链路14：起始值缓冲器

15：实际值缓冲器16：数据链路

17：偏置数字-模拟转换器18：调制数字-模拟转换器

19：可控电流源20：可控电流源

30：计算操作31：特性参数

32：计算与同步操作/计算与同步操作过程

100：激光控制装置/控制回路装置

200：控制回路装置/激光控制装置

D0、D1：监测电流目标值I：激光驱动电流

I0、I1：驱动电流/脉冲电平Ibias：偏置电流/激光驱动电流

Imod：调制电流/激光驱动电流/激光驱动电流值

Ip：监测电流Is：稳态值

Ith：阈值电流/电流阈值k：脉冲时间编号/脉冲编号

LD：激光二极管MD：监测二极管

n：数目/反馈回路控制步骤P：光功率/光学输出功率

P0、P1：光学输出功率/光学功率输出/功率电平

Pavg0、Pavg1、Pavg2：平均输出功率

Q：品质信号/调节品质SE：斜度效率

T：温度数据/温度V：电压数据

Vdd：电源电压τ：脉冲时间

具体实施方式

如图1所示，根据本发明的一个实施例，激光控制装置可包括可选的电源电压监测器1、反馈控制激光驱动器2、中央处理器(centralprocessingunit；CPU)3以及用于存储查找表(look-uptable；LUT)8的数字存储装置。

激光模块4可包括激光二极管LD以及监测二极管MD。电源电压Vdd连接至激光模块4。激光二极管LD是由驱动电流I驱动，驱动电流I则由反馈控制激光驱动器2控制。监测二极管MD被激光二极管LD的一部分输出光照亮，并产生监测电流Ip，监测电流Ip表示由激光二极管LD发出的光功率(opticalpower)P。通常，激光二极管LD连接至光纤5，以在例如无源光学网络(passiveopticalnetwork；PON)等光学网络中进行光传输。

CPU3可接收来自温度传感器6的温度数据T以及由电源电压监测器1产生的电压数据V。进一步，CPU3可接收关于反馈控制激光驱动器2在驱动激光二极管LD时所实际使用的偏置电流Ibias及调制电流Imod的数据。视需要，CPU3可接收品质信号Q，品质信号Q表示反馈控制激光驱动器2的调节品质。

反馈控制激光驱动器2配备有闭环控制回路。该闭环控制回路控制驱动电流I，使得当激光二极管LD被Ibias驱动而产生逻辑0输出时能获得预定的恒定输出功率P0、及/或当激光二极管LD被驱动电流Ibias+Imod驱动而产生逻辑1输出时能获得预定的恒定光学输出功率P1。为此，可将监测二极管MD所产生的电流Ip与预定的监测电流目标值D0(当控制成使驱动电流I0＝Ibias时)及/或D1(当控制成使驱动电流I1＝Ibias+Imod时)进行比较，并且改变相应的驱动电流I0及/或I1，以分别将Ip与D0及/或D1之间的偏差减小至零。因此，闭环调节提供恒定的光学功率输出P0、P1，并且一般而言，反馈控制激光驱动器2中所构建的闭环控制回路会对温度及老化影响进行补偿。

反馈控制激光驱动器2是由CPU3控制。更具体而言，可向反馈控制激光驱动器2提供关于驱动电流Ibias及/或Imod的数据(或等效电流数据，例如I0及I1)，以控制反馈控制激光驱动器2中所构建的闭环控制回路。进一步，视需要，可将监测电流Ip的监测电流目标值D0、D1从CPU3传送至反馈控制激光驱动器2。可从连接至CPU3的LUT8读出驱动电流数据Ibias及/或Imod以及(视需要)读出监测电流目标值D0、D1。进一步，如下文所进一步更详细地解释，在LUT更新操作过程中，可将由反馈控制激光驱动器2报告给CPU3的关于实际驱动电流值Ibias、Imod的数据写入LUT8中。

在一个实施例中，闭环控制回路是用于控制功率电平P0与P1二者的双环控制回路(dualloopcontrolcircuit)。在另一实施例中，可使用用于控制功率电平P0或功率电平P1的单环控制回路(singleloopcontrolcircuit)。在此种情形中，另一功率电平是根据受闭环控制的功率电平来调节。

图2为例示光学输出功率P相对于激光二极管驱动电流I的曲线的解释性曲线图。对应于逻辑0的逻辑功率电平P0是在驱动电流I0处获得，并且对应于逻辑1的逻辑功率电平P1是在驱动电流I1处获得。P0与P1之间的曲线接近于直线，并且该线的斜率被称为斜度效率(slopeefficiency；SE)。因此，SE被定义为：

SE＝(P1-P0)/Imod(1)，

其中Imod＝I1-I0。

穿过P0及P1延伸的直线与I轴的交点是由下式给出：

Ith＝Ibias-P0/SE

(2)。

并且该交点界定阈值电流Ith。斜度效率SE以及阈值电流Ith是激光二极管LD的特性参数。

SE以及Ith随温度及激光二极管已使用的时间而经历参数变化。图2所示的虚线曲线例示激光二极管LD在变化的温度条件下及/或在寿命的后期时的特性曲线。显而易见，阈值电流Ith以及斜度效率SE明显不同于激光二极管LD的实线曲线的对应值Ith以及SE。

图3例示反馈控制激光驱动器2的实例性操作。I表示激光二极管驱动电流。驱动电流I是具有脉冲电平I1(对应于逻辑1)或脉冲电平I0(对应于逻辑0)的一连串脉冲。脉冲编号k用作时间索引。脉冲时间被称为τ。

在该实例中，监测二极管MD慢于激光二极管LD，因此反馈回路的时间常数明显大于脉冲时间τ。因此，需要一定数目的为0及/或1的连续相同数字(consecutiveidenticaldigit；CID)来解析P1及/或P0的精确功率电平。举例来说，在图3中，对于I1，需要最少六个为1的CID来执行一个反馈回路控制步骤。反馈回路控制步骤由n表示。在如图3所示的脉冲序列(pulsetrain)的情况下，对于I1，可在所示的时间周期内执行两个反馈回路控制步骤n＝0及n＝1。

从图3显而易见，反馈回路控制步骤n使得驱动电流I0及/或I1发生改变。例如，如果测得激光二极管在驱动电流I1处的输出功率P1大于功率目标值(即监测二极管电流Ip大于监测电流目标值D1)，则在连续的控制回路步骤n＝0，1，…之后减小I1。类似地，可控制I0(图3中未示出)。可根据I1的反馈控制通过前馈控制(feed-forwardcontrol)来控制I0，或在第二独立反馈控制回路中利用输出功率为P0(在逻辑0的CID处测量)时的监测二极管电流Ip以及监测电流目标值D0来控制I0。

应注意，某一CID的出现几率随其长度增大而显著减小。因此，重要的是，使CID具有短的长度并使对输出功率P进行跟踪所需的CID事件尽可能少，进而使输出功率电平P0及/或P1足够快地(例如快于一个传输脉冲串)收敛至目标输出功率电平。否则，可能会错过指定的目标输出功率电平或指定的消光系数(extinctionratio)窗口(见图2)，进而在光学网络中造成信息损失。

图4及图5例示反馈控制激光驱动器2的闭环操作的收敛。在图4中，在闭环反馈操作开始时使用激光驱动电流I的起始值I(n＝0)(对应于I0(n＝0)或I1(n＝0))。当在第一CID(即n＝0)处所测量的输出功率P(n＝0)太小时，增大控制回路步骤n＝1中的I(n＝1)。在ns＝14处达到稳态闭环操作。激光驱动电流I的稳态值由Is表示，其中Is＝I(n≥14)。ns的值越大，控制回路的收敛时间或瞬态时间就越长。

ns的值明显地取决于起始值I(n＝0)。初始控制偏差Is-I(n＝0)越小，达到激光驱动电流I的稳态值Is所需的控制回路的收敛时间就越短。这实例性地例示于图5中，在图5中，初始控制偏差Is-I(n＝0)小于图4中的初始控制偏差，并且在ns＝9处(即在CID第9次出现时)就已达到稳态操作。

应注意，如果起始值I(n＝0)距Is太远，则闭环控制回路可能甚至无法达到稳态操作。在此种情形中，在收敛尝试失败之后，须增大控制回路操作的捕获范围，直到达到稳态闭环操作为止，其中增大控制回路操作的捕获范围会极大地延长收敛时间。

根据本发明的一个方面，CPU3将初始控制偏差并因此将闭环控制回路的收敛时间减小至最小的方式来控制反馈控制激光驱动器2。这例如是通过不断地更新数据Ibias及/或Imod或其他表示从CPU3传送至反馈控制激光驱动器2的反馈控制起始值的数据来实现。

可根据例如所述调节本身的品质水平来不断地更新这些起始电流值Ibias、Imod(或其他反馈控制起始值)。如果所述调节表现出差的品质Q(例如大的初始控制偏差及/或长的收敛时间或根本不收敛)，则更新反馈控制激光驱动器2中所用的电流起始值。为此，CPU3从LUT8读取更适宜的电流起始值Ibias、Imod，并使用这些更适宜的电流起始值Ibias、Imod，来对反馈控制激光驱动器2进行编程。这样，每当调节品质Q低于某一阈值时，均可对反馈控制激光驱动器2重新编程以改善调节品质。

可通过另一方式启动以起始电流值Ibias、Imod对反馈控制激光驱动器2进行的重新编程。例如，CPU3也可使用在激光二极管LD的寿命期间所分布的可配置定时器事件，对反馈控制激光驱动器2进行重新编程。这样，便可跟踪因老化而引起的变化。

另一方面，CPU3用以将激光驱动电流I的合格调节结果连续地写入LUT8中。也就是说，Ibias及/或Imod的实际值(或等效驱动电流值)是在反馈控制激光驱动器2中进行测量并由CPU3进行监测。在该CPU的控制下，这些值与激光操作时间数据一起被存储到LUT8中。

图6为以实例方式例示根据本发明一个实施例存储于LUT8中的数据的图式。以行的形式写入的每一数据集均可包括温度数据、驱动电流数据(例如Ibias、Imod)以及更新时的激光器已使用时间数据。

在一个实施例中，LUT8中的以往表项在更新时被改写。也就是说，对于与实际或最新测量结果相对应的每一温度，在LUT8中仅存储一个数据集。因此，在该实施例中，LUT8代表实际驱动电流值数字存储装置。

在一个实施例中，CPU3用以对随温度变化的驱动电流数据进行内插及/或外插，以便对于所有温度，具有始终最佳的驱动电流数据估计值(guessvalue)。例如，每当要输入在特定温度下所测量的实际驱动电流数据时，CPU3可起动内插/外插程序以导出内插/外插驱动电流数据，进而用于LUT更新。

在一个实施例中，LUT8中的至少一部分以往表项受到保护而不被改写，以表示按时间次序的数据。举例来说，在LUT8中保留来自首次测量的以往测量数据以及以往内插/外插数据，该首次测量是在激光二极管LD的运行起始日期进行的。在此种情形中，LUT8可包含每一温度下的至少两组数据，即以往运行数据与实际(即更新后的)运行数据。进一步，按时间次序的数据也可包括在首次测量与据以导出实际数据的最新测量之间的中间时刻所记录的在每一温度下的多组以往数据。

因此，在一个实施例中，图1中的LUT8可代表用于更新后的实际数据的实际驱动电流值数字存储装置。或者，在另一实施例中，图1中的LUT8可代表用于更新后的实际数据的实际驱动电流值数字存储装置与用于受保护的按时间次序的数据的以往驱动电流值数字存储装置的组合。

如果在LUT8中存储每一温度下的一或多组按时间次序的驱动电流数据，则可跟踪激光二极管的老化。

图7是用于以方块层次的数据流说明来解释图1所示控制回路的运行的图式。如先前结合图6所述，LUT8包含对应于不同温度的激光驱动电流Ibias及Imod的数据集。此处，举例来说，提供多个LUT8，其中每一LUT8均包含分别为特定激光二极管平均输出功率Pavg0、Pavg1及Pavg2时的激光驱动电流值及温度值。如果仅需一个激光二极管平均输出功率Pavg0，则使用一个LUT8便足够。

在10处，从LUT8中读取与所期望的激光二极管平均输出功率Pavg0、Pavg1或Pavg2相关联的Ibias及Imod的值。进一步，通过读出与适宜的激光二极管平均输出功率Pavg0、Pavg1或Pavg2相关联的LUT8，可获得监测二极管MD的目标电流值D0(对应于Ibias)及D1(对应于Ibias+Imod)。

对所读出的Ibias、Imod的值进行判定操作11。在判定操作11中，判定是否将从LUT8中读出的数据用于后续的经反馈回路控制的激光二极管运行中。为此，经由数据链路13为判定操作11提供存储于反馈控制激光驱动器2的闭环控制回路12的实际值缓冲器15中的Ibias及Imod的实际值。通常，闭环控制回路12是实施为硬件(HW)。在下文中，将在图8所示的流程图中对判定操作11进行进一步更详细的解释。如果判定操作11判定应对激光二极管的运行使用新的起始电流值，则将从LUT8中读出的值作为新的起始电流值写入闭环控制回路12的起始值缓冲器14中。然后，下一反馈回路操作便基于这些新的起始值，并且当闭环控制回路12已达到稳态条件时，更新实际值缓冲器15。如果判定操作11判定应保留存储于实际值缓冲器15中的实际起始电流值，则不对反馈回路控制回路硬件的起始值缓冲器14执行写入操作。

进一步，判定操作11判定是否用实际驱动电流值更新LUT8的激光驱动电流值。如果判定操作11判定应更新LUT8中所保持的激光驱动电流值，则对LUT8执行写入操作，以将实际激光驱动电流值Ibias及Imod从实际值缓冲器15经由数据链路16而存储到LUT8中。为此，执行硬件温度T的测量，以将实际激光驱动电流值Ibias及/或Imod存储到LUT8中的适当温度表项(参见图6)处。进一步，可将表示更新时激光器已使用的时间的数据存储到LUT8中。

如果判定操作11判定LUT8不应被更新为实际激光驱动电流值，则不经由数据链路16对LUT8执行写入操作。

图7进一步例示反馈控制激光驱动器2的实例性实施方式。反馈控制激光驱动器2可包含HW闭环控制回路12、偏置数字-模拟转换器(biasdigital-to-analogconverter；BIASDAC)17、调制数字-模拟转换器(modulationdigital-to-analogconverter；MODULATIONDAC)18、用于产生Ibias的可控电流源19、以及用于产生Imod的可控电流源20。HW闭环控制回路12可执行HW双环过程，以提供用于Ibias调节的控制信号以及用于Imod调节的控制信号。DAC17及DAC18可分别将这些控制信号转换成模拟状态(analogregime)，并且使用对应的模拟信号来控制电流源19及20。

图8是例示CPU3的对于判定操作11的一种操作方法的实施例的流程图。在步骤S1中，空闲任务(idletask)等待发生定时器事件。在发生定时器事件时，停止空闲任务并启动步骤S2。

视情形而定，可在发生定时器事件时，启动激光控制装置100以操作激光模块4来起动数据传输操作。然而，通常，(软件)定时器事件以及图8所示的整个程序均独立于控制装置100及激光模块4的数据传输操作。

在由定时器事件启动的步骤S2中，测量用于Imod及/或Ibias的CID计数器，并且通过读出实际值缓冲器15来测量实际驱动电流Imod及/或Ibias。CID计数器表示CID事件的实际数目n。再进一步，测量实际温度T。

在步骤S3中，检查所述调节是否已经过更新并且是稳定的。举例来说，如果用于Imod及/或Ibias的CID计数器的值n小于预定极限值、并且Imod的实际测量值与Imod的前一测量值之间的差值及/或Ibias的实际测量值与Ibias的前一测量值之间的差值分别小于对应的预定阈值，则可认为所述调节已经过更新并且是稳定的。

如果用于Imod及/或Ibias的CID计数器的值n大于预定极限值、并且Imod的实际测量值与Imod的前一测量值之间的差值及/或Ibias的实际测量值与Ibias的前一测量值之间的差值仍分别大于对应的预定阈值，则可认为所述调节是不稳定的。

如果对I0及I1进行控制，则ns(Ibias)可表示在数据传输暂停或稳态条件的丧失结束之后达到稳定的I0所需的CID事件的数目，并且ns(Imod)可表示在数据传输暂停或稳态条件的丧失结束之后达到稳定的I1所需的CID事件的数目。因此，ns是相应硬件控制回路的实际收敛时间的量度。如果ns(Ibias)及/或ns(Imod)大于对应的极限值，则尽管调节变得稳定，但所述调节仍可被视为未经过更新。

如果调节不稳定或未经过更新，则可认为所述调节的品质Q低。在此种情形中，该过程前进至步骤S6。作为另外一种选择，如果调节是稳定且经过更新，则可认为所述调节的品质Q高并且该过程前进至步骤S4。

应注意，上述使用Imod及Ibias的CID计数器值n或ns以及Imod及Ibias的值的波动来决定调节品质Q的方案只是实例性的。一般而言，还可使用其他量(例如I0及/或I1的初始控制偏差)以及如步骤S3所述的不同方案来决定调节品质Q。

在步骤S4中，检查实际测量的驱动电流值Imod及/或Ibias与从LUT8中读出的驱动电流值Imod及/或Ibias之间的差值(或滞后量)是否小于适当的阈值(或滞后量)。如果检查结果为“是”，则该方法前进至步骤S5并且用实际值Imod及Ibias来更新LUT8。如果可获得用于不同平均输出功率Pavg0、Pavg1或Pavg2的多个LUT8，则用于更新LUT8的写入操作会使用根据所测温度T以及所期望的平均输出功率而计算的写入地址。如上所述，可通过改写以往驱动电流值Imod及Ibias、或通过保留以往驱动电流值作为按时间次序的数据并添加新的驱动电流值Imod及Ibias作为新的数据集，来执行LUT更新。

进一步，图7的判定操作11决定进行写入操作，从而将新的起始驱动电流值从LUT8写入闭环控制回路12中的起始值缓冲器14中。如果步骤S3显示调节尚未经过更新或表现得不稳定(即反馈回路操作的品质Q低)，则该方法前进至步骤S6。在步骤S6中，检查存储于实际值缓冲器15中的测量值Imod及/或Ibias与从LUT8中读出的值Imod及/或Ibias之间的差值(或滞后量)是否大于适当的阈值(或滞后量)。如果检查结果为“是”，则将在LUT8的最新更新期间所存储的驱动电流值Imod及Ibias作为新的起始值从LUT8传送至起始值缓冲器14，参见步骤S7。在此种情形中，使用从LUT8中读取的新起始值Imod及/或Ibias来执行下一数据传输操作。同样，使用测量温度T来获得与实际温度相关联的存储值，即根据测量温度T来计算从LUT8进行读取操作的地址。

在激光二极管LD的工作寿命期间，连续地执行步骤S5(LUT8的更新)及步骤S7(用新的起始值对控制回路硬件进行编程)，并建立自学方案。随着温度的变化及二极管使用时间的增长，步骤S5中的连续更新值通常互不相同并且步骤S7中的连续编程值通常互不相同。

在软件程序的控制下，CPU3执行判定操作11以及对LUT8及闭环控制回路硬件12执行写入访问(writeaccess)及读取访问(readaccess)。进一步，在软件程序的控制下，CPU3执行内插任务以及外插任务，内插任务是用于导出在可得到所测量驱动电流值的温度之间的温度下的驱动电流值，外插任务则是用于导出相对于可得到所测量驱动电流值的温度而被外插至更高或更低温度的驱动电流值。

通常，在系统的首次安装之前，LUT8可包含默认值，这些默认值是在相应激光二极管模块4的生产测试期间在少数离散温度下界定。然后，在系统首次运行时，使用默认驱动电流值，并且通过如上所述所实际测量的驱动电流值来更新LUT8。在一个实施例中，在首次运行期间所获得的这些初始驱动电流值可用作受到保护而不会被改写的值。这些初始驱动电流值代表系统安装时的激光二极管特性。默认值可被这些初始驱动电流值改写。在另一实施例中，在激光二极管模块4的生产测试期间所界定的默认值可用作受到保护而不会在LUT8中被改写的初始值。

在系统的后期工作寿命期间，根据上述程序不断地更新被写入LUT8中的驱动电流值Ibias、Imod。因此，提供自学方案，该自学方案保证存储于LUT8中的驱动电流值始终是最佳值。这种自学方法保证在每次启动激光控制装置来进行数据传输时均具有高的调节品质以及短的收敛时间或瞬态过程。

图9为根据本发明一个实施例的控制回路装置200的方块图。相同的参考编号表示对应的类似部件。控制回路装置200类似于控制回路装置100，并且请参照前述实施例的说明而不再予以赘述。在图9中，CPU3还耦合至激光参考参数表9。

图10为例示存储于激光参考参数表9中的数据的图式。类似于LUT8，以行的形式写入的每一数据集均可包括温度数据以及更新时的激光器已使用时间。然而，取代存储于LUT8中的驱动电流数据，激光参考参数表9包含激光二极管的特性参数。举例来说，单位为μW/mA的SE以及单位为μA的Ith可包含于激光参考参数表9的每一行中。这些特性参数可根据方程式(1)及(2)由驱动电流数据而计算出。

应注意，特性参数SE及Ith独立于平均输出功率Pavg0、Pavg1、Pavg2。也就是说，即使激光控制装置200可支持多个平均输出功率Pavg0、Pavg1、Pavg2且因此提供多个LUT8，也仅需要一个激光参考参数表9。

举例而言，在图10中，根据Ibias、Imod的测量值而直接计算出的特性参数SE、Ith由x表示。在中间温度处，内插出特性参数SE、Ith。在与可得到测量数据的温度相比更低或更高的温度处，外插出特性参数。这样，激光参考参数表9总是包含最佳特性激光参数，这些最佳特性激光参数是由根据前述说明所测量的实际驱动电流值Ibias、Imod而导出。

图11为类似于图7的方块层次的数据流图式，但与根据图9所示实施例的激光控制装置200相关。为不再予以赘述，请参照图7的说明。此处，将来自实际值缓冲器15的实际激光二极管电流值Ibias及Imod用于在CPU3中执行的计算操作30。计算操作30是用于根据从反馈控制激光驱动器2所接收的实际驱动电流值Ibias及Imod来导出特性参数(在图11中被称为物理参数)，例如SE及Ith。根据下式，通过计算与同步操作(calculate-and-synchronizeoperation)32将这些特性参数31再次转换成驱动电流值：

Imod＝(P1-P0)/SE(3)

以及

Ibias＝Ith+P0/SE(4)

如上所述，将通过计算与同步操作32所产生的驱动电流值Imod及Ibias写入LUT8中。同样，每当判定操作11决定要从实际值缓冲器15输出实际驱动电流值15时，均更新LUT8。LUT8可被配置成在进行每次表更新时改写涉及相同温度及相同平均输出功率Pavg0、Pavg1、Pavg2的先前驱动电流值。也就是说，LUT8视需要可仅存储最实际的数据集，并且在该实施例中，LUT8中未保留按时间次序的数据集(即涉及相同温度但在更新时具有不同的激光器已使用时间的数据集)。

在一个实施例中，可以激光二极管LD的特性参数形式在激光参考参数表9中仅仅存储按时间次序的数据。为此，计算与同步操作32从LUT8中读出驱动电流值Ibias、Imod，将这些值再次转换成例如SE及Ith等特性参数，并将这些特性参数存储到激光参考参数表9中。

用于更新激光参考参数表9的计算与同步操作32可被配置成独立于LUT8的更新操作。举例来说，可定期地(例如每隔一或多个小时、一或多天、一或多周或任一其他适宜时间段)通过计算与同步操作32来更新激光参考参数表9。这样，通过在寿命期间记录激光二极管LD的特性参数，可在激光参考参数表9中建立按时间次序的与温度相关的特性参数列表。然后，通过评价按时间次序的与温度相关的特性参数列表，可跟踪激光二极管LD的老化。

在一个实施例中，写入激光参考参数表9中的所有特性参数均被保存记录，即均未被后续数据改写。然而，也可仅记录有限数目的数据集。例如，在一个实施例中，在存储于激光参考参数表9中的按时间次序的列表中对于每一温度可仅记录两个数据集，即在激光二极管LD的首次运行或安装期间通过计算与同步操作32所产生的并受到保护而不会被改写的初始数据集、以及在每次启动计算与同步操作32时均被改写的实际数据集。因此，按时间次序的列表所被写入的文件可用于记录由计算与同步操作过程32所产生的全部历史数据或者此历史数据的仅一部分。

计算操作30、计算与同步操作32以及对激光参考参数表9进行的写入访问均是在软件程序的控制下由CPU3执行。

进一步，CPU3可用以分析存储于激光参考参数表9中的数据，以导出表示激光二极管老化的量。为此，在一个实施例中，将在系统的首次运行或安装中所记录的初始特性参数与在最新的计算与同步操作32期间所存储的实际特性参数数据相比较。

如果保持于激光参考参数表9中的按时间次序的激光二极管特性参数列表对于每一温度均包含多于两个的数据集(即不只是初始数据集与在最新的计算与同步操作32期间所获得的实际数据集)，则通过额外地分析该列表的中间数据，可在二极管的寿命期间更密切地跟踪激光二极管的老化。因此，在所有实施例中，通过比较实际测量数据与以往(较早的或最早的)测量数据并将操作时间差考虑在内，可针对每一温度点准确地计算驱动电流或特性参数的绝对漂移及相对偏移以及漂移率并使用其来评价激光二极管的老化。

基于对按时间次序的列表中的表项的评价来表示激光二极管老化的量可用于评定激光二极管LD的可靠性并预测激光二极管LD的潜在故障。因此，除获得统计信息及根据部署细节而建立相关性之外，还可预先高效地作出维护任务或更换任务的计划。

所属领域的技术人员应理解，也可用更少的具体细节来实践本发明实施例的一个或多个方面。进一步，为有利于说明这些实施例的一个或多个方面，本文仅以示意形式说明已知的结构及元件。进一步，应注意，只要未明确地排除或出于实际原因而无法实现，便可组合各种实施例的具体细节。具体而言，各种实施例中所用的自学方案以及用于根据实际的及以往的(即历史的、按时间次序的、所记录的)激光二极管数据来评定激光二极管可靠性的程序在所有实施例中可能均相同，并且针对一个实施例所述的细节可适用于所有其他实施例。

Claims

1.一种激光控制装置，其特征在于，包括：

驱动器电路(2)，用于为激光二极管(LD)提供驱动电流，

数字存储装置(8)，用于存储针对多种温度条件的驱动电流值，以及

中央处理器(3)，耦合至所述数字存储装置(8)，用于根据来自所述数字存储装置(8)的所述驱动电流值来控制所述驱动器电路(2)并用于对存储于所述数字存储装置(8)中的所述驱动电流值进行多次更新，

其中，所述驱动器电路(2)包括闭环控制回路(12)，以用于调节提供至所述激光二极管(LD)的所述驱动电流；

其中，所述中央处理器(3)用以根据信号来更新存储于所述数字存储装置(8)中的驱动电流值，所述信号表示所述闭环控制回路(12)的调节品质。

2.如权利要求1所述的激光控制装置，其特征在于，

所述中央处理器(3)用以在激光二极管的工作寿命期间连续地更新存储于所述数字存储装置(8)中的所述驱动电流值。

3.如权利要求1或2所述的激光控制装置，其特征在于，

所述驱动器电路(2)用以输出实际驱动电流值，所述实际驱动电流值表示提供至所述激光二极管(LD)的实际驱动电流。

4.如权利要求3所述的激光控制装置，其特征在于，

所述中央处理器(3)用以根据所述实际驱动电流值，更新存储于所述数字存储装置(8)中的所述驱动电流值。

5.如权利要求1或2所述的激光控制装置，其特征在于，还包括：

以往数据数字存储装置，用于存储在所述激光二极管(LD)的先前运行中所获得的以往驱动电流值。

6.如权利要求5所述的激光控制装置，其特征在于，

所述中央处理器(3)用以根据对存储于所述数字存储装置(8)中的驱动电流值以及存储于所述以往数据数字存储装置中的以往驱动电流值的评价，导出表示激光二极管老化的量。

7.如权利要求1或2所述的激光控制装置，其特征在于，

所述中央处理器(3)用以根据存储于所述数字存储装置(8)中的驱动电流值，导出激光二极管特性参数。

8.如权利要求3所述的激光控制装置，其特征在于，

所述中央处理器(3)用以根据由所述驱动器电路(2)输出的所述实际驱动电流值，导出激光二极管特性参数。

9.如权利要求1或2所述的激光控制装置，其特征在于，还包括：

二极管参数数字存储装置(9)，用于存储按时间次序的激光二极管特性参数列表。

10.如权利要求9所述的激光控制装置，其特征在于，

所述中央处理器(3)用以根据对存储于所述按时间次序的激光二极管特性参数列表中的数据的评价，导出表示激光二极管老化的量。

11.一种操作激光二极管的方法，其特征在于，包括：

向所述激光二极管(LD)提供由驱动器电路(2)产生的驱动电流，

根据从数字存储装置(8)读取的驱动电流值，控制所述驱动器电路(2)，以及

根据所述驱动器电路(2)的闭环控制回路(12)的调节品质，在激光二极管的工作寿命期间，更新存储于所述数字存储装置(8)中的所述驱动电流值。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：

输出实际驱动电流值，所述实际驱动电流值表示由所述驱动器电路(2)提供至所述激光二极管(LD)的实际驱动电流，以及

根据所述实际驱动电流值，更新存储于所述数字存储装置(8)中的所述驱动电流值。