用于激光驱动器的快速初始化数字自动光功率控制电路
技术领域
本发明涉及激光驱动器领域,特别是涉及一种用于激光驱动器的快速初始化数字自动光功率控制电路。
背景技术
用于PON(PassiveOpticalNetwork,无源光网络)的LDD(LaserDiodeDriver,激光驱动器)与传统的LDD相比,需要工作于突发模式,因而在性能上也有一些特殊要求。当LDD工作于突发模式时,要求LDD的APC(AutoPowerControl,自动光功率控制)电路能够在1.25Gbps(Gigabitpersecond,吉比特每秒)数据三个最短的突发包内完成初始化,初始化时间累计约为1200ns。若LDD采用传统的初始化APC电路,参见图1所示,LD(LaserDiode,激光器)和PD(PhotoDiode,背光管)共同组成LDPD组件,LDD输出的调制电流Imod通过LDPD组件后,背光电流Ipd会产生与调制电流Imod相关联的毛刺信号,严重影响初始化电路正常工作。若通过滤波电容消除毛刺干扰,则电路的稳定时间会大幅度增加,造成初始化时间大幅度增加而不满足系统的要求。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足,提供一种用于激光驱动器的快速初始化数字自动光功率控制电路,能在1200ns时间内完成自动光功率控制的初始化,采用先进的数字信号处理的方式作精确控制,仅在突发使能有效的期间实施初始化,不影响其它模块正常工作,满足突发模式功能的要求。
本发明提供的用于激光驱动器的快速初始化数字自动光功率控制电路,包括模拟信号处理单元ASP、数字信号处理单元DSP、偏置电流数模转换单元BIASDAC、调制电流数模转换单元MODDAC、偏置电流控制单元BIASCTRL、调制电流控制单元MODCTRL和LDPD组件,模拟信号处理单元ASP与数字信号处理单元DSP相连,数字信号处理单元DSP分别与偏置电流数模转换单元BIASDAC、调制电流数模转换单元MODDAC、调制电流控制单元MODCTRL相连,偏置电流数模转换单元BIASDAC与偏置电流控制单元BIASCTRL相连,调制电流数模转换单元MODDAC与调制电流控制单元MODCTRL相连,偏置电流控制单元BIASCTRL、调制电流控制单元MODCTRL、模拟信号处理单元ASP均与LDPD组件相连,LDPD组件由激光器LD和背光管PD组成,激光器LD的阳极与背光管PD的阴极连接在一起,并接到电源VDD上,其中:
所述模拟信号处理单元ASP,用于:处理LDPD组件输出的背光电流,产生2路数字信号反映背光电流的状态,并将产生的2路数字信号输出到数字信号处理单元DSP;
所述数字信号处理单元DSP,用于:对模拟信号处理单元ASP输出的2路数字信号进行处理,输出数字信号供给偏置电流数模转换单元BIASDAC、调制电流数模转换单元MODDAC,且所述数字信号处理单元DSP输出的模式Mode信号用于控制调制电流的输出模式,当模式Mode信号输出高电平时,环路工作于初始化模式,当模式Mode信号输出低电平时,环路工作于正常模式;
所述偏置电流数模转换单元BIASDAC,用于:对数字信号处理单元DSP输出的数字信号进行数模转换,并将转换得到的信号输出到偏置电流控制单元BIASCTRL;
所述调制电流数模转换单元MODDAC,用于:对数字信号处理单元DSP输出的数字信号进行数模转换,并将转换得到的信号输出到调制电流控制单元MODCTRL;
所述偏置电流控制单元BIASCTRL,用于:根据偏置电流数模转换单元BIASDAC输出的信号,控制激光器偏置电流的大小;
所述调制电流控制单元MODCTRL,用于:根据调制电流数模转换单元MODDAC输出的信号,控制激光器调制电流的大小;
所述LDPD组件,用于:发出激光,并产生与输出激光功率相对应的背光电流。
在上述技术方案的基础上,所述模拟信号处理单元ASP由带隙基准源BG、第一比较器CMP1、第二比较器CMP2和第一电阻R1构成,带隙基准源BG包括两个输出端,第一比较器CMP1、第二比较器CMP2各包括两个输入端,带隙基准源BG产生第一基准电源Vref1和第二基准电源Vref2,带隙基准源BG的第一输出端与第一比较器CMP1的第一输入端相连,带隙基准源BG的第二输出端与第二比较器CMP2的第一输入端相连,带隙基准源BG将第一基准电源Vref1输出到第一比较器CMP1,将第二基准电源Vref2输出到第二比较器CMP2,第一比较器CMP1的第二输入端、第二比较器CMP2的第二输入端均与第一电阻R1的一端和LDPD组件中背光管PD的阳极相连,第一电阻R1的另一端接地。
在上述技术方案的基础上,所述数字信号处理单元DSP包括第一输入端、第二输入端、第一数字输出端、第二数字输出端和模式控制输出端,模拟信号处理单元ASP中第一比较器CMP1的输出端、第二比较器CMP2的输出端分别与数字信号处理单元DSP的第一输入端、第二输入端相连,数字信号处理单元DSP的第一数字输出端与偏置电流数模转换单元BIASDAC的输入端相连,数字信号处理单元DSP的第二数字输出端与调制电流数模转换单元MODDAC的输入端相连。
在上述技术方案的基础上,所述偏置电流控制单元BIASCTRL由第一晶体管M1构成,第一晶体管M1的栅极与偏置电流数模转换单元BIASDAC的输出端相连,第一晶体管M1的漏极与LDPD组件中激光器LD的阴极相连,第一晶体管M1的源极接地。
在上述技术方案的基础上,所述调制电流控制单元MODCTRL由反相器INV、第二晶体管M2、第三晶体管M3、第四晶体管M4、第五晶体管M5、第六晶体管M6构成,反相器INV的输入端分别与数字信号处理单元DSP的模式控制输出端、第五晶体管M5的栅极相连,反相器INV的输出端与第四晶体管M4的栅极相连,第四晶体管M4的源极与第五晶体管M5的源极连在一起,并接到第六晶体管M6的漏极,第五晶体管M5的漏极与LDPD组件中激光器LD的阴极相连;第六晶体管M6的栅极与调制电流数模转换单元MODDAC的输出端相连,第六晶体管M6的源极接地;第二晶体管M2的源极与第三晶体管M3的源极连在一起,并接到第四晶体管M4的漏极,第二晶体管M2的栅极与输入调制信号的反相端Datn相连,第三晶体管M3的栅极与输入调制信号的同相端Datp相连,第二晶体管M2的漏极接电源,第三晶体管M3的漏极与LDPD组件中激光器LD的阴极相连。
在上述技术方案的基础上,所述带隙基准源BG产生第一基准电源Vref1和第二基准电源Vref2,分别通过第一比较器CMP1、第二比较器CMP2与LDPD组件产生的背光电流在第一电阻R1上的电压Vpd进行比较,比较的结果输入数字信号处理单元DSP,数字信号处理单元DSP进行查找运算,查找运算的结果使得Vpd介于Vref1与Vref2之间:数字信号处理单元DSP接收到比较电压后,判断第一比较器CMP1输出的电压CV1与第二比较器CMP2输出的电压CV2之间的电平关系;当CV1和CV2都为高时,表明LDD驱动激光器LD输出的光功率太高,需要降低LDD驱动激光器LD输出的光功率;当CV1和CV2都为低时,表明LDD驱动激光器LD输出的光功率太低,需要提高LDD驱动激光器LD输出的光功率;只有当CV1和CV2为相反的电平时,判定输出光功率为合适值,无需调整输出光功率;数字信号处理单元DSP的两个数字输出端分别接到调制电流数模转换单元MODDAC和偏置电流数模转换单元BIASDAC,用于控制输出的光功率;调制电流数模转换单元MODDAC和偏置电流数模转换单元BIASDAC的输出分别接到第一晶体管M1的栅极和第六晶体管M6的栅极,分别用于控制供给激光器LD的偏置电流和调制电流。
在上述技术方案的基础上,所述数字信号处理单元DSP输出的模式Mode信号用于控制调制电流的输出模式,当模式Mode信号输出高电平时,环路工作于初始化模式,这时反相器INV驱动第四晶体管M4关断、第五晶体管M5打开,流过第六晶体管M6的调制电流全部通过第五晶体管M5加载到LDPD组件上,其输出为固定的直流信号;当模式Mode信号输出低电平时,反相器INV驱动第四晶体管M4打开、第五晶体管M5关断,环路工作于正常模式,流过第六晶体管M6的调制电流通过第二晶体管M2和第三晶体管M3产生分别由输入调制信号的同相端Datp和输入调制信号的反相端Datn控制的脉冲信号,最终向LDPD组件输出脉冲调制信号。
在上述技术方案的基础上,当环路工作于初始化模式时,调制电流输出为固定的直流信号。
在上述技术方案的基础上,当环路工作于初始化完成后,数字信号处理单元DSP将模式Mode信号置为低电平,这时环路进入正常工作模式。
与现有技术相比,本发明的优点如下:
(1)本发明能在1200ns时间内完成自动光功率控制的初始化。
(2)本发明采用先进的数字信号处理的方式作精确控制。
(3)本发明仅在突发使能有效的期间实施初始化,不影响其它模块正常工作,满足突发模式功能的要求。
附图说明
图1是传统初始化APC电路中背光电路产生毛刺信号的示意图。
图2是本发明实施例中快速初始化数字APC电路的原理框图。
图3是本发明实施例中快速初始化数字APC电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
参见图2所示,本发明实施例提供一种用于激光驱动器的快速初始化数字自动光功率控制电路,包括ASP(AnalogSignalProcessing,模拟信号处理)单元、DSP(DigitalSignalProcessing,数字信号处理)单元、偏置电流数模转换单元BIASDAC(Digital-AnalogConverter,数模转换器)、调制电流数模转换单元MODDAC、偏置电流控制单元BIASCTRL、调制电流控制单元MODCTRL和LDPD组件,模拟信号处理单元ASP与数字信号处理单元DSP相连,数字信号处理单元DSP分别与偏置电流数模转换单元BIASDAC、调制电流数模转换单元MODDAC、调制电流控制单元MODCTRL相连,偏置电流数模转换单元BIASDAC与偏置电流控制单元BIASCTRL相连,调制电流数模转换单元MODDAC与调制电流控制单元MODCTRL相连,偏置电流控制单元BIASCTRL、调制电流控制单元MODCTRL、模拟信号处理单元ASP均与LDPD组件相连,LDPD组件由激光器LD和背光管PD组成,激光器LD的阳极与背光管PD的阴极连接在一起,并接到电源VDD上,其中:
模拟信号处理单元ASP,用于:处理LDPD组件输出的背光电流,产生2路数字信号反映背光电流的状态,并将产生的2路数字信号输出到数字信号处理单元DSP;
数字信号处理单元DSP,用于:对模拟信号处理单元ASP输出的2路数字信号进行处理,输出数字信号供给偏置电流数模转换单元BIASDAC、调制电流数模转换单元MODDAC;
偏置电流数模转换单元BIASDAC,用于:对数字信号处理单元DSP输出的数字信号进行数模转换,并将转换得到的信号输出到偏置电流控制单元BIASCTRL;
调制电流数模转换单元MODDAC,用于:对数字信号处理单元DSP输出的数字信号进行数模转换,并将转换得到的信号输出到调制电流控制单元MODCTRL;
偏置电流控制单元BIASCTRL,用于:根据偏置电流数模转换单元BIASDAC输出的信号,控制激光器偏置电流的大小;
调制电流控制单元MODCTRL,用于:根据调制电流数模转换单元MODDAC输出的信号,控制激光器调制电流的大小;
LDPD组件,用于:发出激光,并产生与输出激光功率相对应的背光电流。
参见图3所示,模拟信号处理单元ASP由带隙基准源BG、第一比较器CMP1、第二比较器CMP2和第一电阻R1构成,带隙基准源BG包括两个输出端,第一比较器CMP1、第二比较器CMP2各包括两个输入端,带隙基准源BG产生第一基准电源Vref1和第二基准电源Vref2,带隙基准源BG的第一输出端与第一比较器CMP1的第一输入端相连,带隙基准源BG的第二输出端与第二比较器CMP2的第一输入端相连,带隙基准源BG将第一基准电源Vref1输出到第一比较器CMP1,将第二基准电源Vref2输出到第二比较器CMP2,第一比较器CMP1的第二输入端、第二比较器CMP2的第二输入端均与第一电阻R1的一端和LDPD组件中背光管PD的阳极相连,第一电阻R1的另一端接地。
数字信号处理单元DSP包括第一输入端、第二输入端、第一数字输出端、第二数字输出端和模式控制输出端,模拟信号处理单元ASP中第一比较器CMP1的输出端、第二比较器CMP2的输出端分别与数字信号处理单元DSP的第一输入端、第二输入端相连,数字信号处理单元DSP的第一数字输出端与偏置电流数模转换单元BIASDAC的输入端相连,数字信号处理单元DSP的第二数字输出端与调制电流数模转换单元MODDAC的输入端相连。
偏置电流控制单元BIASCTRL由第一晶体管M1构成,第一晶体管M1的栅极与偏置电流数模转换单元BIASDAC的输出端相连,第一晶体管M1的漏极与LDPD组件中激光器LD的阴极相连,第一晶体管M1的源极接地。
调制电流控制单元MODCTRL由反相器INV、第二晶体管M2、第三晶体管M3、第四晶体管M4、第五晶体管M5、第六晶体管M6构成,反相器INV的输入端分别与数字信号处理单元DSP的模式控制输出端、第五晶体管M5的栅极相连,反相器INV的输出端与第四晶体管M4的栅极相连,第四晶体管M4的源极与第五晶体管M5的源极连在一起,并接到第六晶体管M6的漏极,第五晶体管M5的漏极与LDPD组件中激光器LD的阴极相连;第六晶体管M6的栅极与调制电流数模转换单元MODDAC的输出端相连,第六晶体管M6的源极接地;第二晶体管M2的源极与第三晶体管M3的源极连在一起,并接到第四晶体管M4的漏极,第二晶体管M2的栅极与输入调制信号的反相端Datn相连,第三晶体管M3的栅极与输入调制信号的同相端Datp相连,第二晶体管M2的漏极接电源,第三晶体管M3的漏极与LDPD组件中激光器LD的阴极相连。
本发明实施例的工作原理详细阐述如下:
参见图3所示,带隙基准源BG产生第一基准电源Vref1和第二基准电源Vref2,分别通过第一比较器CMP1、第二比较器CMP2与LDPD组件产生的背光电流在第一电阻R1上的电压Vpd进行比较,比较的结果输入数字信号处理单元DSP,数字信号处理单元DSP进行查找运算,查找运算的结果使得Vpd介于Vref1与Vref2之间:数字信号处理单元DSP接收到比较电压后,判断第一比较器CMP1输出的电压CV1与第二比较器CMP2输出的电压CV2之间的电平关系;当CV1和CV2都为高时,表明LDD驱动激光器LD输出的光功率太高,需要降低LDD驱动激光器LD输出的光功率;当CV1和CV2都为低时,表明LDD驱动激光器LD输出的光功率太低,需要提高LDD驱动激光器LD输出的光功率;只有当CV1和CV2为相反的电平时,判定输出光功率为合适值,无需调整输出光功率。为达到这种控制的目的,数字信号处理单元DSP的两个数字输出端分别接到调制电流数模转换单元MODDAC和偏置电流数模转换单元BIASDAC,用于控制输出的光功率。调制电流数模转换单元MODDAC和偏置电流数模转换单元BIASDAC的输出分别接到第一晶体管M1的栅极和第六晶体管M6的栅极,分别用于控制供给激光器LD的偏置电流和调制电流。
数字信号处理单元DSP输出的Mode(模式)信号用于控制调制电流的输出模式。当模式Mode信号输出高电平时,环路工作于初始化模式,这时反相器INV驱动第四晶体管M4关断、第五晶体管M5打开,流过第六晶体管M6的调制电流全部通过第五晶体管M5加载到LDPD组件上,其输出为固定的直流信号;当模式Mode信号输出低电平时,反相器INV驱动第四晶体管M4打开、第五晶体管M5关断,环路工作于正常模式,流过第六晶体管M6的调制电流通过第二晶体管M2和第三晶体管M3产生分别由输入调制信号的同相端Datp和输入调制信号的反相端Datn控制的脉冲信号,最终向LDPD组件输出脉冲调制信号。由于当环路工作于初始化模式,调制电流输出为固定的直流信号,因而这时输出的背光电流转换的电压Vpd不会有图1所示的毛刺,可以选取非常小的环路时间常数,快速完成初始化;初始化时对信号传输没有要求,因此输出直流背光也不会影响系统正常工作。当环路工作于初始化完成后,数字信号处理单元DSP将模式Mode信号置为低电平,这时环路进入正常工作模式。
本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型,倘若这些修改和变型属在本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。