CN103001122A - 双闭环激光管功率控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双闭环激光管功率控制系统，包括调制电流控制回路、偏置电流控制回路以及驱动电路，其中，该调制电流控制回路包括：第一比较电路，该第一比较电路基于该实际输出信号和第一目标信号值产生一个二进制的第一比较信号；第一调节电路，该第一调节电路用于根据该二进制的第一比较信号产生调制电流，该调制电流输送至该驱动电路；该偏置电流控制回路包括：第二比较电路；第二调节电路；并且，该调制电流控制回路和该偏置电流控制回路还包括一个时钟控制电路。本发明的双闭环激光管功率控制系统避免了调制环路对主数据通道的影响。
Description
技术领域
本发明涉及数字光学通信，更具体地，是一种为激光二极管而配置的双闭环激光管功率控制系统。
背景技术
在数字光学数据通信中，激光二极管（激光管）作为光通信的电光转换的核心器件，其发光效率和发光特性的稳定性对整个通信链路有至关重要的影响。如何保证激光二极管在环境条件下保持恒定的输出光功率，以及如何保证输出高电平和输出低电平之间有足够的功率差，是保证通信链路可靠性的关键。
如图1所示，是激光管输出光功率(Pout)与驱动电流(Ilaser)之间的关系曲线。其中P1,P2,P3及P4是激光管在温度逐渐升高以及老化程度不断增加情况下（曲线S）的输出光功率和驱动电流之间的关系曲线，Ith1、Ith2、Ith3和Ith4是对应的发光阈值电流。由图可知，激光管在不同的温度条件下，发光阈值电流及发光效率的变化很大，具体地，在温度升高的情况下，发光阈值电流变大，同时发光效率降低。另外，由图1也可以看出，随着激光管使用年限的增加，激光管的发射效率也会降低，阈值电流也会相应增加。
为了解决上述问题，在应用中，需要对激光管配置驱动电路(LDD)，采用功率控制(PC)电路通过调节驱动电流来实现对激光管输出功率的控制。在激光管功率控制中，驱动电流包括偏置电流和调制电流。通常，偏置电流是在激光管中保持恒定的“0”功率水平的电流，对应地，调制电流是在激光管中保持恒定的“1”功率水平的电流。
具体地，对激光管的功率控制通常有两种方法，一种是基于查表的开环功率控制法，该方法通过实现测试激光管在不同温度条件下的发光特性，并将其制成一张表格存在芯片的存储器中，实际使用时，根据温度传感器测得的温度查表调出对应的驱动电流值。另外一种是基于反馈控制原理的自动增益控制(APC)，通过背光检测获得激光管的实际发送功率，然后与预设的功率进行比较，自动调整驱动电路，使之与预设值保持一致。
目前，激光管驱动电路同时提供以上两种控制模式供用户选择。由于激光管的偏置电流和调制电流都要进行控制，所以两种模式可组合使用。可分别采用以上两种控制方式来控制激光管偏置电流和调制电流。因此，激光管驱动电路可包括以下四种组合模式：
1、双开环模式。在该模式中，偏置电流和调制电流均通过开环查表方式实现。
2、调制电流闭环偏置电流开环模式。即调制电流通过APC控制，而偏置电流通过查表控制。
3、调制电流开环偏置电流闭环模式，即偏置电流通过APC控制，调制电流通过查表控制。
4、双闭环模式，即偏置电流和调制电流均通过APC控制。
对于上述第4种模式，公开号为CN101395771、申请号为200780007756.7的中国发明专利申请公开了一种双闭环控制方案。如图2所示，是该控制方案的一个实施方式的电路示意图。该激光驱动电路100a可连接至激光二极管103。具体地，激光驱动电路100a包括产生激光驱动电流的激光二极管驱动器（LDD）106。激光二极管驱动器106根据数据输入，输出施加到激光二极管103的激光驱动信号。激光二极管103产生激光辐射109，并将激光辐射109的一部分引导至激光检测器113。激光检测器113产生与激光辐射109成比例的反馈信号，该反馈信号施加到激光驱动电路100a。
在该电路中，输送到LDD 106的偏置电流IBias和调制电流IMod是由双环功率控制电流123a产生的。其中，功率控制环路126a产生偏置电流IBias，功率控制环路129a产生调制电流IMod。功率控制环路126a和功率控制环路129a的工作方式基本相同。以功率控制环路126a为例，它包括用于产生偏置电流IBias的电流发生电路131，电流发生电路131包括连接到激光二极管驱动器106的数模转换器133和P0计数器139。进一步地，功率控制环路129a还包括D触发器146，D触发器146产生输出信号D0施加到P0计数器139。并且，功率控制环路129a包括比较器153，它产生施加到D触发器146的复位输入R的信号输出R0。在比较器153的两个输入端，分别接入数模转换器159和缓冲器/放大器166，其中，P0目标值（即产生逻辑“0”的预期激光功率所对应的电流）通过比较器153转换为模拟电流，而激光光电二极管113产生的信号施加到缓冲器/放大器166，比较器153对两个输入信号，并输出“0”或者“1”。同时，将时钟信号Ck施加到D触发器146和P0计数器139，并且时钟信号在半个循环周期的时间，大于激光二极管传输的最大相等值得多个连续数字的持续时间，以确保D触发器146不受数据信号跨骑输入信号（也就是P0目标信号）可能出现的切换影响。功率控制环路129a的工作方式与123a类似。
通过上述反馈电路，可根据目标阈值电流及反馈电流，对偏置电流和调制电流进行调节。但是，该方案采取的是位对位（BIT-TO-BIT）的控制模式，即针对每个发射模式进行控制，为实现BIT-TO-BIT功率控制，放大器166和比较器153、156需要高速运行，以满足光通信的码率要求，因此对这些器件的要求较高，需为高速高精度器件；另外，为保证APC精度，两个高速高精度比较器153、156需要保证足够的比较精度，高速跨阻放大器166需要有足够大的带宽，从而消耗大量功耗。并且，上述电路是在发送数据信号器件对偏置电流和调制电流进行调节，因此，如果时钟Ck采用与发射数据无关的时钟频率，则APC很可能会在发送数据中混叠入不想要的频率成分，另一方面，如果Ck信号由发送数据提取，以满足特定要求，则需要内建高速时钟恢复信号，这又增加了较大的额外功耗。并且，由于该电路中环路带宽的限制，会在发送数据上叠加与APC环路带宽相近频率的低频纹波信号，这进一步增加了额外噪声。
发明内容
本发明的目的，在于解决现有的激光管功率控制电路的上述缺点，从而提供了一种创新的双闭环激光管功率控制系统。
本发明的双闭环激光管功率控制系统，用于对激光管的输出功率进行控制，其中，该激光管产生实际输出信号至该激光管功率控制系统，该激光管功率控制系统输出反馈控制信号至激光管，从而对该激光管的功率进行反馈控制，并且，通过数据发送机对该激光管功率控制系统输出发送指令信号，控制该激光管发送该实际输出信号，其中，当该发送指令信号为使能状态时，该激光管发送该实际输出信号，当该发送指令信号为非使能状态时，该激光管停止发送该实际输出信号，该双闭环激光管控制控制系统包括调制电流控制回路、偏置电流控制回路以及驱动电路，
其中，该调制电流控制回路包括：
第一比较电路，该第一比较电路基于该实际输出信号和第一目标信号值产生一个二进制的第一比较信号；
第一调节电路，该第一调节电路用于根据该二进制的第一比较信号产生调制电流，该调制电流输送至该驱动电路；
该偏置电流控制回路包括：
第二比较电路，该第二比较电路基于该实际输出信号和第二目标信号值产生一个二进制的第二比较信号；
第二调节电路，该第二调节电路用于根据该二进制的第二比较信号产生偏置电流，该偏置电流输送至该驱动电路；
并且，该调制电流控制回路和该偏置电流控制回路还包括一个时钟控制电路，该时钟控制电路用于产生时钟信号，并根据时钟信号对该调制电流以及偏置电流进行调节，其中，
该时钟信号包括第一时钟信号和第二时钟信号，当该发送指令信号从使能状态到非使能状态转变时，该第一时钟信号发生转变，并对该第一比较信号和第二比较信号进行锁存，并且，在该发送指令信号的非使能状态时隙内，该第二时钟信号发生转变，并使得该第一调节电路和该第二调节电路根据该锁存的第一比较信号和第二比较信号对该调制电流和该偏置电流进行调节。
优选地，所述第一目标信号值为对应于该激光管输出高电平功率水平的目标电流值。
优选地，所述第二目标信号值为对应于该激光管输出低电平功率水平的目标电流值。
优选地，所述第一比较电路包括一个比较器，该比较器的反相输入端顺次连接有一个第一电流/电压转换器和第一模数转换器，并且所述第一目标电流值输送至该第一模数转换器，该比较器的正相输入端连接有一个第二电流/电压转换器，并且所述实际输出信号输送至该第二电流/电压转换器。
优选地，所述第二比较电路包括一个比较器，该比较器的反相输入端顺次连接有一个第一电流/电压转换器和第一模数转换器，并且所述第二目标电流值输送至该第一模数转换器，该比较器的正相输入端顺次连接有一个高电平检测电路和第二电流/电压转换器，并且所述实际输出信号输送至该第二电流/电压转换器。
优选地，所述时钟控制电路包括一个用于产生时钟信号的时钟控制器、一个第一D触发器以及一个第二D触发器，该时钟控制器产生所述第一时钟信号和第二时钟信号，该第一D触发器根据所述第一时钟信号的转变锁存所述第一比较信号，该第二D触发器根据所述第一时钟信号的转变锁存所述第二比较信号。
优选地，所述第一调节电路包括一个计数器和一个数模转换器，当所述第二时钟信号在所述非使能状态时隙内转变时，该计数器根据所述锁存的第一比较信号进行运算，该数模转换器根据该计数器的值输出所述调制电流。
优选地，所述第二调节电路包括一个计数器和一个数模转换器，当所述第二时钟信号在所述非使能状态时隙内转变时，该计数器根据所述锁存的第二比较信号进行运算，该数模转换器根据该计数器的值输出所述偏置电流。
优选地，所述第一电流/电压转换器和所述第二电流/电压转换器为低速器件。
优选地，所述比较器为低速器件。
优选地，所述计数器为双向计数器。
本发明的双闭环激光管功率控制系统，尤其适合于基于突发模式的GPON/EPON等通讯网络。其在数据发送期间完成对激光管输出功率的检测比较，但不对输出功率进行调节，而在发送数据的间隙内，对调制电流和偏置电路根据前一个的发送数据帧的检测结果进行调节，从而避免调制环路对主数据通道的影响。
附图说明
图1为在不同的温度条件及老化程度下激光管输出功率与驱动电流之间的关系曲线；
图2为现有的一种双闭环控制的结构框图；
图3为本发明的激光管功率控制系统的原理图；
图4为本发明的激光管功率控制系统的一个实施方式的组成示意图；
图5为图4中的激光管功率控制系统的控制时序图；
图6为图4中激光管功率控制系统中几个电信号的波形转换图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式，对本发明的控制系统的构成和工作原理进行说明。在描述中，对于现有技术中常用的模块的功能及作用仅作简要说明或者略去，而对突出本发明特点的部分和与现有应用中的区别之处进行详细阐明。
参照图3，总体而言，本发明旨在提供一种用于激光管的功率控制系统100，它用于对激光管组件10的激光管11的输出功率进行控制，其中，激光管11通过一个激光检测器12（例如光电二极管）产生实际输出信号IPIN至激光管功率控制系统100，激光管功率控制系统100输出反馈控制信号Id至激光管11，从而对该激光管11的功率进行反馈控制，并且，对于本发明的应用而言，该系统外部通过数据发送机20对激光管功率控制系统100输出发送指令信号（Burst信号），控制该激光管发送该实际输出信号，其中，当Burst信号为使能状态（例如逻辑“1”）时，激光管11发送实际输出信号IPIN，当Burst信号为非使能状态时，激光管11停止发送该实际输出信号IPIN。参照图5，示出了Burst信号的发送时序图，当Burst为高电平（逻辑“1”）时，激光管11通过激光检测器12发送数据（IPIN信号），当Burst为低电平（逻辑“0”）时，激光管11停止发送数据（IPIN信号）。
在激光管组件10中，激光管11当产生激光辐射时，一部分激光辐射被光电二极管11检测到，光电二极管11产生实际输出信号IPIN，在本实施方式中，该实际输出信号是一个电流信号，该电流信号作为反馈信号被输送到本发明的功率控制系统100中，功率控制系统100根据该反馈信号，输出反馈控制信号Id，激光管11响应该Id信号，产生调整后的预期辐射，即输出期望的目标功率值。
如以上所述，激光管11输出功率时，包括“高电平”信号（逻辑“1”）的输出以及“低电平”信号（逻辑“0”）输出，当送出的Id信号为高电平信号时，激光管11输出高电平功率；相应地，当送出的Id信号为低电平信号时，激光管11输出低电平功率。以下还将详细叙述，Id信号可根据由该系统产生的调节电流产生，该调节电流经过驱动电路（例如，驱动电路可对该调节电路进行放大）后，输出为表征为电流信号的Id信号。与现有技术类似，该调节电流对应于上述激光管11的高电平输出和低电平输出，包括调制电流（Imod）和偏置电流(Ibias)。而本发明的一个主要目的，便是如何对该调节电流（调制电流和偏置电流）进行反馈控制，以将激光管11的输出功率调整到目标范围内。
另外，数据发送机20作为该系统的外部模块，其用于控制数据发送，即激光管11的功率输出。在现实应用中，激光管11并非为恒定地进行数据发送（即功率输出），例如在当前FTTH（光纤入户）中的GPON/EPON协议标准中，可能需要进行不同的数据输送，即在一组数据发送完毕后，产生一个数据时隙（即上一组数据和下一组数据发送之间的时间间隙），然后再进行另一组数据的发送。对数据输送的控制，便是通过数据发送机20来实现的。
进一步参照图3，在本发明的功率控制系统100中，包括比较电路110、调节电路120和时钟控制电路130。
具体地，比较电路110基于实际输出信号IPIN和目标信号值产生一个二进制的比较信号；调节电路120包括一个电流发生电路121以及一个驱动电路122，电流发送电路121用于根据该二进制的比较信号产生一个调节电流，驱动电路122用于根据该调节电流输出反馈控制信号Id至该激光管11；时钟控制电路130用于产生时钟信号，并根据时钟信号对该调节电流进行调节。
特别地，在本发明的功率控制系统100中，时钟信号包括第一时钟信号和第二时钟信号，当发送指令信号（Burst）从使能状态到非使能状态转变时，该第一时钟信号发生转变，并对该二进制的比较信号进行锁存，并且，在发送指令信号（Burst）的非使能状态时隙内，该第二时钟信号发生转变，并使得调节电路120根据该锁存的比较信号进行电流调节。
参照图4，是本发明的功率控制系统100的一个实施方式的组成示意图。在该实施方式中，调制电流控制部分和偏置电流控制部分均采用本发明的功率控制系统，即调制电流控制部分采用100a，偏置电流控制部分采用100b，由此，两个功率控制部分100a、100b构成一个用于激光管的双闭环激光管功率控制系统。容易理解，在调制电流控制部分100a中，用于与实际输出信号IPIN进行比较的目标信号值为对应于该激光管输出高电平功率水平的目标电流值Pavg目标；对应地，在偏置电流控制部分100b中，用于于实际输出信号IPIN进行比较的目标信号置位对应于该激光管输出低电平功率水平的目标电流值P0目标。
具体地，参照图4，在用于调制电流控制的功率控制部分100a中，比较电路110a包括比较器111a，该比较器111a的反相输入端顺次连接有电流/电压转换器（I/V）112a和模数转换器（DAC）113a，目标电流值Pavg目标输送至模数转换器113a，比较器111a的正相输入端连接有电流/电压转换器（I/V）114a，并且实际输出信号IPIN输送至该电流/电压转换器114a。在图示的实施方式中，IPIN为一电流信号，它通过电流/电压转换器114a转换为一个平均电压值Vpavg（参照图6，即对一个Burst内所有传输的数据取平均值），作为IPIN的比较信号输送到比较器111a的正相输入端，目标电流值Pavg目标经模数转换器110a进行模拟数字转换，然后再通过电流/电压转换器112a转化为电压信号Vatar，并输送到比较器111a的反相输入端，比较器111a对平均电压值Vpavg和电压信号Vatar进行比较，并输出比较结果Ravg在该实施方式的设置中，当平均电压值Vpavg大于电压信号Vatar时，比较器111a输出信号Ravg为高电平（逻辑“1”），这表示激光管11输出的高电平光功率小于预设值，反之，当平均电压值Vpavg小于电压信号Vatar时，比较器111a输出信号Ravg为低电平（逻辑“0”），这表示激光管11输出的高电平光功率大于预设值。后面还将详细描述，之后的调节电路和时钟电路将会根据比较器111a的输出信号Ravg，对调制电流进行调节。
在用于偏置电流的控制部分100b中，比较电路110b的设置与110a类似，不同的是该比较电路110b的放大器111b的正相输入端增加了一个高电平检测电路115b，具体地，比较电路110b包括一个比较器111b，比较器111b的反相输入端顺次连接有电流/电压转换器（I/V）112b和模数转换器（DAC）113b，并且目标电流值P0目标输送至该模数转换器113b，比较器111b的正相输入端顺次连接有高电平检测电路（THD）115b和电流/电压转换器（I/V）114b，并且实际输出信号IPIN输送至该电流/电压转换器114b。高电平检测电路115b可采用常规的峰值检测电路构成。容易理解，在参数设置上，两个电流/电压转换器112b、114b的增益应当相同。目标电流值P0目标经过数模转换器113b进行数模转换并经过电流/电压转换器112b转换成电压信号Vp0tar后，输送到比较器111b的反相输入端，另一方面，实际输出信号IPIN经过114b的电流/电压转换后，再通过高电平检测电路115b对激光管11高电平时所对应的实际输出信号IPIN进行检测（具体见以下对图6的时序描述），并输出比较信号Vp0输送入比较器111b的正相输入端。比较器111b根据两个信号的比较结果，输出高电平或低电平的输出信号Rp0。与比较器111a的输出原理类似，当Vp0大于Vp0tar时，比较器111b输出信号Rp0为高电平（逻辑“1”），这表示激光管11输出的低电平光功率小于预设值，反之，当Vp0小于Vp0tar时，比较器111b输出信号RP0为低电平（逻辑“0”），这表示激光管11输出的低电平光功率大于预设值。之后，后续的调节电路和时钟电路将会根据比较器111b的输出信号RP0，对偏置电流进行调节，这将在下文进行更详细叙述。
在上述比较电路110a和110b中，输入到比较器111a、111b两个输入端的比较信号为电压信号。容易理解，也可以采用电流信号的方式，来将实际输出信号和目标信号施加到比较器的两个输入端进行比较。
进一步地，控制部分100a和控制部分100b中的调节电路分别包括电流发生电路121a、121b以及驱动电路122a、122b，更具体地，电流发生电路121a、121b分别包括计数器1211a、1211b和数模转换器1212a、1212b。计数器1211a、1211b在各自的时钟控制电路的控制下，分别对二进制的比较信号Ravg和RP0进行计数，然后将结果输出到数模转换器1212a、1212b，进行数模转换，分别产生调制电流信号Imod和偏置电流信号Ibias，调制电流信号Imod和偏置电流信号Ibias分别通过驱动电路122a、122b进行一定比例的放大后，生成反馈控制信号Id并输出到激光管11。驱动电路122a、122b分别为调制电流驱动器和偏置电流驱动器，它们可以分立设置，也可集成于同一个激光管驱动器内。
可替代地，电流发生电路121a、121b也可采用其他设置方式来产生调制电流信号和偏置电流信号。例如，电流发生电路121a、121b可以是模拟电路，二进制的比较信号输出Ravg和RP0可以通过环路滤波器，得出模拟信号输出并通过比例转换后产生调制电流和偏置电流。
如上所述，电流发生电路121a、121b是在时钟控制电路的控制下进行两种电流的调节的。具体地，在控制部分100a、100b中，时钟控制电路分别包括用于产生时钟信号的时钟控制器131a、131b和D触发器132a、132b，时钟控制器131a、131b产生第一时钟信号clk1和第二时钟信号clk2，D触发器132a、132b根据该第一时钟信号clk1的转变，对二进制的比较信号Ravg和RP0进行锁存。另一方面，计数器1211a、1211b根据第二时钟信号clk2的转变，对Ravg和RP0进行计数操及电流调节。在本实施例中，时钟控制器131a、131b可以是两个独立的单元，也可以是两个控制部分100a、100b共用的时钟控制单元。
参照图4，时钟控制器根据发送指令信号（Burst）来产生第一时钟信号clk1和第二时钟信号clk2，并且，当Burst信号从使能状态（Burston）到非使能状态（Burst off）转变时，即在图4钟所示的发送指令信号的下降沿，第一时钟信号clk1发生转变（T1时刻），此时通过D触发器132a、132b锁存信号Ravg和RP0，此后进入发送指令信号的非使能状态时隙（即在这段时间内，激光器11不进行数据发送），并且，利用时钟控制器131a、131b，在该时隙内使第二时钟信号clk2发生转变（T2时刻）,从而使计数器1211a、1211b开始对锁存的二进制信号Ravg和RP0进行计数，在该实施方式中，计数器1211a、1211b为双向计数器，即根据D触发器132a、132b锁存的结果进行加1或减1运算，当D触发器132a、132b的输出为高电平（逻辑“1”）时，计数器1211a、1211b加1，反之则减1。在一个时隙内（不包括Burst信号反转的两个时刻），第二时钟信号clk1只转换一次，即一次时隙计数器1211a、1211b只完成一次加减运算。以调制电流控制部分100a为例，如果计数器值增加，则对应的数模转换器1212a的输出电流（即调制电流Imod）增加，并通过驱动电路122a放大一定比例后输送至激光管11。此时如果假定偏置电流不变，则激光管11的平均光功率也会增加，平均光功率的增加会导致Vpavg降低，由此，可使Vpavg逐渐逼近Vatar,从而最终使得输出的功率和预设功率相一致，实现对输出功率的控制。偏置电流控制部分100b与调制电流控制部分100a的原理类似。
结合图4，在该实施方式中，当指令发送信号Burst从非使能状态回到使能状态时，第一时钟信号clk1和第二时钟信号clk2也发生转换（第一时钟信号ckl1从高电平翻转为低电平，第二时钟信号clk2从低电平翻转为高电平），从而完成该次调节操作，并进入下一个循环周期。另外，容易理解，第二时钟信号clk2在T2时刻的转换，应当在触发器完成锁存后进行，即T1和T2的时间差应当满足触发器的锁存操作。
对于调制电流控制部分100a而言，电流/电压转换器112a、114a可采用低速器件，而对于偏置电流控制部分100b而言，电流/电压转换器114b需采用高速器件，而电流/电压转换器112b采用通常的低速器件即可。这是因为，在调制电流控制部分100a，可通过低速的电流/电压转换器114a将实际输出信号IPIN转化为平均电压值，因此在转换过程中不需要高速处理。而对于偏置电流控制部分100b而言，由于需通过高电平检测电路115b检测激光管11在低电平功率时所对应的输出信号IPIN，电流/电压转换器114b需高速地完成对IPIN信号的电流/电压转换，因它需采用高速器件。具体地，如图6所示，为IPIN信号经过电流/电压转换器114b和高电平检测电路115b的波形转换图，其中，实际输出信号IPIN为光电二极管12的电流输出，其中高脉冲对应于高电平状态下（即输出逻辑“1”）的检测电路，低脉冲对应于低电平状态下（即输出逻辑“0”的检测电流。IPIN信号经过电流/电压转换后输出电压信号Vipin，由于电流/电压转换电路的极性转换，此时高脉冲对应于低电平状态的发送功率，而低脉冲对应于高电平状态的发送功率。电压信号Vipin再经过高电平检测电路115b后输出电压信号Vp0。在发送指令信号的非使能状态时（Burst off阶段），该输出被预设到一个预定电压值Vpo_reset。在发送指令信号的使能状态开始时（Burst start），高电平检测电路115b开始工作，经过一段稳定时间Tset后，电路输出等于Vipin的高电平值，从而实现高电平检测功能。在该次数据发送结束后，Vpo被重新复位至Vpo_reset，以适应不同的数据发送期间（Burst期间）内的快速建立，满足特定协议（如PON协议等）需求。
在上述实施方式中，采用双闭环功率控制模式，即偏置电流控制和调制电流控制部分均采用本发明的反馈控制方案。可替代地，也可以仅偏置电流控制和调制控制回路中的一种采用该反馈控制方案，而另一种采用开环控制方案，例如，可采用“调制电路开环偏置电路闭环”模式，也可采用“偏置电路开环调制电路闭环”模式。对于开环控制而言，如前所述，可以采用查表法等常用的开环控制方法。
本发明的激光管功率控制系统，尤其适合于基于突发（BURST）模式的GPON/EPON等通讯网络。在数据发送期间（BURST ON）完成对激光管输出功率的检测比较，但不对输出功率进行调节，而在发送数据的间隙（BURST OFF）内，对调制电流和偏置电路根据前一个的发送数据帧（即在一个BURST ON期间发送的数据）的检测结果进行调节，从而避免调制环路对主数据通道的影响。
与现有的功率控制系统相比，本发明不是根据每个发送数据进行调节，而是根据每个数据时隙进行调节，该调节方式符合激光管老化和温度变化的缓变特征，同时避免高速比较器、高速时钟生成电路的使用，由此大大降低了电路的设计难度以及电路功耗。
另外，本发明的控制系统中，采用了双向计数器来保存调节结果，这避免了采用电容储存易漏电而导致的精度缺失，从而大大提高了电路的控制精度，并适用于长时间的BURST OFF的应用领域。
Claims (14)
1.一种双闭环激光管功率控制系统，用于对激光管的输出功率进行控制，其中，该激光管产生实际输出信号至该激光管功率控制系统，该激光管功率控制系统输出反馈控制信号至激光管，从而对该激光管的功率进行反馈控制，并且，通过数据发送机对该激光管功率控制系统输出发送指令信号，控制该激光管发送该实际输出信号，其中，当该发送指令信号为使能状态时，该激光管发送该实际输出信号，当该发送指令信号为非使能状态时，该激光管停止发送该实际输出信号，其特征在于，该双闭环激光管控制控制系统包括调制电流控制回路、偏置电流控制回路以及驱动电路，
其中，该调制电流控制回路包括：
第一比较电路，该第一比较电路基于该实际输出信号和第一目标信号值产生一个二进制的第一比较信号；
第一调节电路，该第一调节电路用于根据该二进制的第一比较信号产生调制电流，该调制电流输送至该驱动电路；
该偏置电流控制回路包括：
第二比较电路，该第二比较电路基于该实际输出信号和第二目标信号值产生一个二进制的第二比较信号；
第二调节电路，该第二调节电路用于根据该二进制的第二比较信号产生偏置电流，该偏置电流输送至该驱动电路；
并且，该调制电流控制回路和该偏置电流控制回路还包括一个时钟控制电路，该时钟控制电路用于产生时钟信号，并根据时钟信号对该调制电流以及偏置电流进行调节，其中，
该时钟信号包括第一时钟信号和第二时钟信号，当该发送指令信号从使能状态到非使能状态转变时，该第一时钟信号发生转变，并对该第一比较信号和第二比较信号进行锁存，并且，在该发送指令信号的非使能状态时隙内，该第二时钟信号发生转变，并使得该第一调节电路和该第二调节电路根据该锁存的第一比较信号和第二比较信号对该调制电流和该偏置电流进行调节。
2.根据权利要求1所述的双闭环激光管功率控制系统，其特征在于，所述第一目标信号值为对应于该激光管输出高电平功率水平的目标电流值。
3.根据权利要求1所述的双闭环激光管功率控制系统，其特征在于，所述第二目标信号值为对应于该激光管输出低电平功率水平的目标电流值。
4.根据权利要求1所述的双闭环激光管功率控制系统，其特征在于，所述第一比较电路包括一个比较器，该比较器的反相输入端顺次连接有一个第一电流/电压转换器和第一模数转换器，并且所述第一目标电流值输送至该第一模数转换器，该比较器的正相输入端连接有一个第二电流/电压转换器，并且所述实际输出信号输送至该第二电流/电压转换器。
5.根据权利要求1所述的双闭环激光管功率控制系统，其特征在于，所述第二比较电路包括一个比较器，该比较器的反相输入端顺次连接有一个第一电流/电压转换器和第一模数转换器，并且所述第二目标电流值输送至该第一模数转换器，该比较器的正相输入端顺次连接有一个高电平检测电路和第二电流/电压转换器，并且所述实际输出信号输送至该第二电流/电压转换器。
6.根据权利要求1所述的双闭环激光管功率控制系统，其特征在于，所述时钟控制电路包括一个用于产生时钟信号的时钟控制器、一个第一D触发器以及一个第二D触发器，该时钟控制器产生所述第一时钟信号和第二时钟信号，该第一D触发器根据所述第一时钟信号的转变锁存所述第一比较信号，该第二D触发器根据所述第一时钟信号的转变锁存所述第二比较信号。
7.根据权利要求1所述的双闭环激光管功率控制系统，其特征在于，所述第一调节电路包括一个计数器和一个数模转换器，当所述第二时钟信号在所述非使能状态时隙内转变时，该计数器根据所述锁存的第一比较信号进行运算，该数模转换器根据该计数器的值输出所述调制电流。
8.根据权利要求1所述的双闭环激光管功率控制系统，其特征在于，所述第二调节电路包括一个计数器和一个数模转换器，当所述第二时钟信号在所述非使能状态时隙内转变时，该计数器根据所述锁存的第二比较信号进行运算，该数模转换器根据该计数器的值输出所述偏置电流。
9.根据权利要求4所述的双闭环激光管功率控制系统，其特征在于，所述第一电流/电压转换器和所述第二电流/电压转换器为低速器件。
10.根据权利要求4所述的双闭环激光管功率控制系统，其特征在于，所述比较器为低速器件。
11.根据权利要求5所述的双闭环激光管功率控制系统，其特征在于，所述第一电流/电压转换器为低速器件，所述第二电流/电压转换器为高速器件。
12.根据权利要求5所述的双闭环激光管功率控制系统，其特征在于，所述比较器为低速器件。
13.根据权利要求7所述的双闭环激光管功率控制系统，其特征在于，所述计数器为双向计数器。
14.根据权利要求8所述的双闭环激光管功率控制系统，其特征在于，所述计数器为双向计数器。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103904542A (zh) * | 2014-03-11 | 2014-07-02 | 厦门优迅高速芯片有限公司 | 一种可用于突发模式的激光驱动器双闭环控制方法 |
| CN106877170A (zh) * | 2017-03-13 | 2017-06-20 | 武汉汉源光通信技术有限公司 | 激光发射自动控制电路、方法及相关芯片、光模块和设备 |
| CN107690607A (zh) * | 2015-06-26 | 2018-02-13 | 英特尔公司 | 基于电流传感器的闭环控制装置 |
| CN117293641A (zh) * | 2023-11-27 | 2023-12-26 | 深圳市通甪科技有限公司 | 一种激光能量反馈电路、激光能量反馈装置及激光消融仪 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6188498B1 (en) * | 1998-07-15 | 2001-02-13 | Maxim Integrated Products, Inc. | Local control for burst mode optical transmitters |
| CN101242069A (zh) * | 2007-02-06 | 2008-08-13 | 深圳市大族激光科技股份有限公司 | 用于固体激光器的功率反馈控制系统及固体激光器 |
| CN101395771A (zh) * | 2006-03-03 | 2009-03-25 | 迈恩斯比德技术股份有限公司 | 以对温度变化、老化和其它效用免疫的方式驱动激光二极管 |
| US20090196632A1 (en) * | 2008-02-04 | 2009-08-06 | Zhenhong Zhang | Optical burst receiver and method |
| US20120020381A1 (en) * | 2010-07-21 | 2012-01-26 | Fujitsu Limited | Optical transmission module and controlling method for optical transmission module |
| CN202977971U (zh) * | 2012-12-04 | 2013-06-05 | 上海贝岭股份有限公司 | 双闭环激光管功率控制系统 |
-
2012
- 2012-12-04 CN CN201210514633.5A patent/CN103001122B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6188498B1 (en) * | 1998-07-15 | 2001-02-13 | Maxim Integrated Products, Inc. | Local control for burst mode optical transmitters |
| CN101395771A (zh) * | 2006-03-03 | 2009-03-25 | 迈恩斯比德技术股份有限公司 | 以对温度变化、老化和其它效用免疫的方式驱动激光二极管 |
| CN101242069A (zh) * | 2007-02-06 | 2008-08-13 | 深圳市大族激光科技股份有限公司 | 用于固体激光器的功率反馈控制系统及固体激光器 |
| US20090196632A1 (en) * | 2008-02-04 | 2009-08-06 | Zhenhong Zhang | Optical burst receiver and method |
| US20120020381A1 (en) * | 2010-07-21 | 2012-01-26 | Fujitsu Limited | Optical transmission module and controlling method for optical transmission module |
| CN202977971U (zh) * | 2012-12-04 | 2013-06-05 | 上海贝岭股份有限公司 | 双闭环激光管功率控制系统 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103904542A (zh) * | 2014-03-11 | 2014-07-02 | 厦门优迅高速芯片有限公司 | 一种可用于突发模式的激光驱动器双闭环控制方法 |
| CN103904542B (zh) * | 2014-03-11 | 2016-08-17 | 厦门优迅高速芯片有限公司 | 一种可用于突发模式的激光驱动器双闭环控制方法 |
| CN107690607A (zh) * | 2015-06-26 | 2018-02-13 | 英特尔公司 | 基于电流传感器的闭环控制装置 |
| CN107690607B (zh) * | 2015-06-26 | 2021-05-28 | 英特尔公司 | 基于电流传感器的闭环控制装置 |
| CN106877170A (zh) * | 2017-03-13 | 2017-06-20 | 武汉汉源光通信技术有限公司 | 激光发射自动控制电路、方法及相关芯片、光模块和设备 |
| CN106877170B (zh) * | 2017-03-13 | 2023-12-26 | 武汉汉源光通信技术有限公司 | 激光发射自动控制电路、方法及相关芯片、光模块和设备 |
| CN117293641A (zh) * | 2023-11-27 | 2023-12-26 | 深圳市通甪科技有限公司 | 一种激光能量反馈电路、激光能量反馈装置及激光消融仪 |
| CN117293641B (zh) * | 2023-11-27 | 2024-03-01 | 深圳市通甪科技有限公司 | 一种激光能量反馈电路、激光能量反馈装置及激光消融仪 |
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