CN104362504A - 一种光过冲的控制电路及控制光过冲的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光过冲的控制电路，包括依次连接的微处理器MCU、自动光功率控制APC回路和光发射组件TOSA，所述APC回路包括依次连接的由运算放大器构成的积分电路以及偏置电流电路，积分电路的输出端连接所述偏置电流电路输入端，偏置电流电路输出端连接所述TOSA中的激光器；积分电路中的运算放大器的正相输入端连接有开关电路，开关电路连接有接地端，所述运算放大器的正相输入端和所述开关电路还分别连接所述MCU。本发明同时公开了控制光过冲的方法。光模块执行关断/使能状态切换时，积分电路输出电压是逐渐增大的，所述激光器输出光信号逐渐增强，使得光模块执行关断/使能状态切换时基本无光过冲现象出现。

Description

一种光过冲的控制电路及控制光过冲的方法

技术领域

本发明涉及光模块领域，特别涉及一种光过冲的控制电路及控制光过冲的方法。

背景技术

现有的光模块在自动功率控制中，当光模块执行关断/使能状态切换时，光模块中的激光器输出的光信号会有光过冲现象出现，如附图1所示，光模块在关断并切换到使能状态时，由测试仪器测试得到的输出光信号图像可以看出，切换后的短暂时间段输出的光信号幅度出现较高峰值，此现象即光过冲现象，这会影响光模块的正常使用，而且从无光信号输出到有光信号输出之间的发光时间长短也不是很稳定，在测试得到的多次叠加输出光信号图像中可以看出,几乎每次的发光时间都不是固定的,时间长短不一,其中有些次数的时间(△t为3.46ms)过长已经超出MSA协议规定的发光时间长度(通常为2ms以内)。尤其在快速切换时，以上不良现象表现得更加明显，因此需要一种较好的方案解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种光过冲的控制电路及控制光过冲的方法，使得光模块执行关断/使能状态切换时基本无光过冲现象出现。

本发明进一步的目的在于使光模块从无光信号输出到有光信号输出之间的发光时间长短可调节且发光时间稳定，使其满足MSA协议要求。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种光过冲的控制电路，包括依次连接的微处理器MCU、自动光功率控制APC回路和光发射组件TOSA，所述APC回路包括依次连接的由运算放大器构成的积分电路以及偏置电流电路，所述积分电路的输出端连接所述偏置电流电路输入端，所述偏置电流电路输出端连接所述TOSA中的激光器；所述积分电路中的运算放大器的正相输入端连接有开关电路，所述开关电路连接有接地端，所述运算放大器的正相输入端和所述开关电路还分别连接所述MCU；其中，所述MCU，用于当接收到激光器关断Disable信号时，导通所述开关电路使得所述APC回路中的运算放大器的正相输入端接地，所述积分电路输出为零，所述偏置电流回路断开，所述TOSA中的激光器关断无信号输出；当接收到激光器使能Enable信号时，断开所述开关电路使所述运算放大器的正相输入端不接地，此时所述MCU输出的电流控制信号使所述运算放大器正常工作从而使所述积分电路输出电压逐渐增大，所述偏置电流电路导通，所述TOSA中的激光器的偏置电流逐渐增大，所述激光器输出光信号逐渐增强。

优选的，所述运算放大器的负相输入端连接有上拉电阻。

优选的，所述积分电路还包括串联的第一电阻和第一可调电容，所述串联的第一电阻和第一可调电容并联第二电阻后两端分别连接在所述运算放大器的负相输入端和输出端之间。可以通过所述第一电阻和第一可调电容以及第二电阻,调节积分电路的积分时间,从而实现激光器发光时间的可调节性。

优选的，所述偏置电流电路包括串联的第一晶体管开关电路和第二晶体管开关电路，所述第一晶体管开关电路输入端与所述运算放大器输出端连接，所述第二晶体管开关电路输入端与所述MCU连接，所述第二晶体管开关电路输出端与所述TOSA中的激光器连接。

优选的，所述第一晶体管开关电路为双极性晶体管，所述运算放大器的输出端连接到所述双极性晶体管的基极，所述双极性晶体管的发射极连接所述第二晶体管开关电路输入端，所述双极性晶体管的集电极连接电源。

优选的，所述第二晶体管开关电路为场效应晶体管开关电路。

优选的，所述偏置电流电路还包括限流电路，所述限流电路与所述第二晶体管开关电路串联。

优选的，所述限流电路由三个并联电阻构成。

优选的，所述偏置电流电路还连接有偏置电流采样电路，所述偏置电流采样电路与所述MCU连接。

优选的，所述运算放大器的负相输入端与所述MCU连接。

本发明还提供一种控制光过冲的方法，应用于上述任一实施例所述光过冲控制电路来控制光过冲现象，包括：所述MCU接收到激光器关断Disable信号时，导通所述开关电路使得所述APC回路中的运算放大器的正相输入端接地，所述积分电路输出为零，所述偏置电流回路断开，所述TOSA中的激光器关断无信号输出；所述MCU接收到激光器使能Enable信号时，断开所述开关电路使所述运算放大器的正相输入端不接地，此时所述MCU输出电流控制信号使所述运算放大器正常工作从而使所述积分电路输出电压逐渐增大，所述偏置电流电路导通，所述TOSA中的激光器的偏置电流逐渐增大，所述激光器输出光信号逐渐增强。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明光过冲的控制电路及控制方法，当接收到激光器关断Disable信号时，所述MCU导通所述开关电路使得所述APC回路中的运算放大器的正相输入端接地，所述TOSA中的激光器关断无信号输出；当接收到激光器使能Enable信号时，MCU断开所述开关电路使所述运算放大器的正相输入端不接地，此时所述MCU输出信号使所述运算放大器正常工作从而使所述积分电路输出电压逐渐增大，所述偏置电流电路导通，所述TOSA中的激光器的偏置电流逐渐增大，所述激光器输出光信号逐渐增强。所述MCU通过开关电路控制积分电路工作，光模块执行关断/使能状态切换时，积分电路输出电压是逐渐增大的，不会突然有过冲电压加到偏置电流电路的情况出现，所述激光器输出光信号随着积分电路的电压增大而逐渐增强，在切换后的短暂时间段输出的光信号幅度不会出现较高峰值，是逐渐增大到平稳状态，稳定输出。在优选方案中，通过调节积分电路的可调电容值大小来调节光模块从无光信号输出到有光信号输出之间的时间长短，以满足不同TOSA的需求，使其符合MSA协议要求。

附图说明：

图1是现有的光模块状态切换时输出的光信号出现光过冲现象的信号测试图；

图2是本发明实施例的光过冲的控制电路示意图；

图3是采用本发明控制电路的输出光信号测试图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

如图2所示，本发明实施例的光过冲的控制电路，包括依次连接的微处理器MCU1、自动光功率控制APC回路和光发射组件TOSA4，所述APC回路包括依次连接的由运算放大器构成的积分电路2以及偏置电流电路3，所述积分电路2的输出端连接所述偏置电流电路3输入端，所述偏置电流电路3输出端连接所述TOSA4中的激光器；所述积分电路2中的运算放大器的正相输入端串联电阻R9后连接开关电路，所述开关电路连接接地端，所述运算放大器的正相输入端（即APC回路的DAC_APCSET引脚）和所述开关电路还分别连接所述微处理器MCU1。

其中，所述MCU1，用于当接收到激光器关断Disable信号时，导通所述开关电路使得所述APC回路中的运算放大器的正相输入端接地，即DAC_APCSET引脚下拉到地，所述积分电路输出为零，所述偏置电流回路断开，所述TOSA4中的激光器关断无信号输出。所述MCU1，当接收到激光器使能Enable信号时，MCU1断开所述开关电路使所述运算放大器的正相输入端不接地，此时DAC_APCSET引脚接收所述MCU输出的DAC_APCSET电流控制信号使所述运算放大器正常工作从而使所述积分电路2正常工作，积分电路2输出电压逐渐增大，所述偏置电流电路3导通，所述TOSA4中的激光器的偏置电流逐渐增大，所述激光器输出光信号逐渐增强，由闭环实现自动控制。本实施例中所述开关电路可以为CMOS开关电路、三极管开关电路等各种开关电路，本发明对此不作限定。 

本发明为了很好的解决光过冲的问题，引入了开关电路，辅助控制APC回路，当接收到激光器关断Disable信号时，所述MCU1导通所述开关电路使得所述APC回路中的运算放大器的正相输入端接地，所述TOSA4中的激光器关断无信号输出；当接收到激光器使能Enable信号时，MCU1断开所述开关电路使所述运算放大器的正相输入端不接地，此时所述MCU1输出信号使所述运算放大器正常工作从而使所述积分电路2输出电压逐渐增大，所述偏置电流电路3导通，所述TOSA4中的激光器的偏置电流逐渐增大，所述激光器输出光信号逐渐增强。所述MCU1通过开关电路控制积分电路2工作，光模块执行关断/使能状态切换时，积分电路2输出电压是逐渐增大的，不会突然有过冲电压加到偏置电流电路3驱动激光器，所述激光器输出光信号是逐渐增强的，在切换的短暂时间段输出的光信号幅度不会出现较高峰值，是逐渐增大到平稳状态，输出稳定，这样就很好的解决了光过冲现象的出现问题。

具体的，所述运算放大器的正相输入端还连接电容C3一端，电容C3另一端接地，所述运算放大器的负相输入端连接有上拉电阻R3，本实施例中所述电阻R3阻值为10K欧姆，当然也可以为其他阻值。设置上拉电阻R3是为了该控制电路能够可靠的工作，当把所述运算放大器的正相输入端，即DAC_APCSET引脚下拉到地时，在运算放大器的负相输入端有上拉电平，使得负相输入端的电平略高于正相输入端的电平，这样确保所述运算放大器的输出电压为0V，保证激光器关断可靠性。

所述积分电路2还包括串联的第一电阻R1和第一可调电容C1，所述串联的第一电阻R1和第一可调电容C1并联第二电阻R2后两端分别连接在所述运算放大器的负相输入端和输出端之间。可以通过所述第一电阻和第一可调电容以及第二电阻,调节积分电路的积分时间,从而实现激光器发光时间的可调节性。本领域技术人员可根据测得的每一个光模块中的TOSA的背光电流值调节第一可调电容C1的大小，从而调节积分电路2输出电压从0V到可驱动激光器发光的电压之间变化时间的长短，即光模块从无光信号输出到有光信号输出之间的时间长短，该时间越短，光模块在执行Disable/Enable两种状态切换时可瞬间切换。对应不同的TOSA，第一可调电容C1的大小不一样，本领域技术人员可根据具体情况调节设定。通过调节积分电路中的第一可调电容的大小来调节光模块从无光信号输出到有光信号输出之间的时间长短，以满足不同TOSA的需求，使得在光模块在执行Disable/Enable状态切换时，光模块光信号无过冲现象输出稳定且所述时间满足MSA协议要求。本实施例中所述C1电容值选择0.01uF，此时测试得到的输出光信号图像如图3所示，可以根据具体情况来调节设定电容C1的值，并不限于0.01uF这个值。

作为优选的方案，所述偏置电流电路3包括串联的第一晶体管开关电路和第二晶体管开关电路，所述第二晶体管开关电路为场效应晶体管开关电路，即MOS管Q2开关电路。所述第一晶体管开关电路输入端与所述运算放大器输出端连接，所述第二晶体管Q2开关电路输入端通过电阻R11与所述MCU1连接，所述第二晶体管开关电路输出端与所述TOSA4中的激光器连接。具体的，所述第一晶体管开关电路为双极性晶体管Q1，所述运算放大器的输出端连接到所述双极性晶体管的基极，所述双极性晶体管的发射极连接所述第二晶体管开关电路输入端，所述双极性晶体管的集电极连接3.3V电源VCC。所述第二晶体管开关电路为场效应晶体管开关电路,其作用在于光模块接收到激光器关断Disable信号时，场效应晶体管开关电路能快速做出响应，关断激光器，以保证模块关断光信号的时间能满足MSA协议要求。

当光模块接收到使能ENABLE信号时，所述MCU1输出电平信号使MOS管Q2开关电路导通，所述偏置电流电路3的导通将受三极管Q1的控制，所述MCU1控制使开关电路断开时，输出的DAC_APCSET信号正常作用在运算放大器的正相输入端，所述积分电路2正常工作，当运算放大器的输出电压达到三极管Q1的打开电压时，三极管Q1导通，即偏置电流电路3导通，光模块中的激光器受驱动开始发光，随着积分电路2的输出电压增大，偏置电流逐渐增大，光模块的输出光信号逐渐增大，当MCU1采集到的背光电流信号与DAC_APCSET信号达到动态平衡时，APC回路由闭环自动调节。当光模块接收到关断Disable信号时，所述MCU1除了控制使所述APC回路中的积分电路2的运算放大器的正相输入端接地，关断所述TOSA4中的激光器，还可以输出电平信号直接控制使MOS管Q2开关电路不导通，即偏置电流电路3不导通，所述第二晶体管开关电路，即MOS管Q2开关电路输出端与所述TOSA4中的激光器连接，此时完全无信号输入到激光器，可进一步保证激光器的可靠关断。

所述偏置电流电路3还包括限流电路6，所述限流电路6与所述第二晶体管开关电路串联。所述限流电路6由三个并联电阻(R4、R5和R6)构成，通过调节三个并联电阻的阻值，限制使流过偏置电流电路3的最大偏置电流，避免所述TOSA4中激光器的损坏。

所述偏置电流电路3输入端与积分电路2输出端之间还连接电阻R10和电容C4，起到稳定输出电压的作用。

所述偏置电流电路3还串联连接有偏置电流采样电路5，所述偏置电流采样电路5输出端与所述MCU1连接。所述偏置电流采样电路5由电阻R7、R8、电容C5和芯片MAX4073T采样芯片构成，电容C5、电阻R7、R8三个器件并联后两端分别接所述第一双极性晶体管Q1的集电极以及与该集电极连接的3.3V电源VCC，同时并联电路的两端还分别接在所述MAX4073T采样芯片的RS+和RS-引脚上。所述MCU1通过偏置电流采样电路5实时获取激光器的偏置电流，便于获取所述偏置电流参数，实现参数存储、监控功能。

所述运算放大器的负相输入端与所述MCU1连接。所述MCU1通过背光采样可获取光模块输出功率参数，用于闭环调节激光器的发光光功率大小。

对比图3和图1可发现，采用本发明方案后光模块输出的光信号幅度没有出现较高峰值，是逐渐增大到平稳状态，稳定输出。同时，光模块从无光信号输出到有光信号输出之间的时间△t为504.0us,符合MSA协议规定的时间长度，即2ms以内。

本发明的光过冲的控制电路，当接收到激光器关断Disable信号时，所述MCU导通所述开关电路使得所述APC回路中的运算放大器的正相输入端接地，所述TOSA中的激光器关断无信号输出；当接收到激光器使能Enable信号时，MCU断开所述开关电路使所述运算放大器的正相输入端不接地，此时所述MCU输出信号使所述运算放大器正常工作从而使所述积分电路输出电压逐渐增大，所述偏置电流电路导通，所述TOSA中的激光器的偏置电流逐渐增大，所述激光器输出光信号逐渐增强。所述MCU通过开关电路控制积分电路工作，光模块执行关断/使能状态切换时，积分电路输出电压是逐渐增大的，不会突然有大电压加到偏置电流电路驱动激光器，所述激光器输出光信号逐渐增强，在切换后的短暂时间段输出的光信号幅度不会出现较高峰值，是逐渐增大到平稳状态，稳定输出。在优选方案中，通过调节积分电路的可调电容值大小来调节光模块从无光信号输出到有光信号输出之间的时间长短，以满足不同TOSA的需求，使其符合MSA协议要求。

基于同一构思，本发明实施例还提供一种控制光过冲的方法，应用于上述任意一个实施例所述光过冲控制电路来控制光过冲现象，包括：所述MCU接收到激光器关断Disable信号时，导通所述开关电路使得所述APC回路中的运算放大器的正相输入端接地，所述TOSA中的激光器关断无信号输出；所述MCU接收到激光器使能Enable信号时，断开所述开关电路使所述运算放大器的正相输入端不接地，此时所述MCU输出信号使所述运算放大器正常工作从而使所述积分电路输出电压逐渐增大，所述偏置电流电路导通，所述TOSA中的激光器的偏置电流逐渐增大，所述激光器输出光信号逐渐增强。具体可参考前述光过冲的控制电路部分的相应描述，这里不再详述。

本发明的控制方法，当接收到激光器关断Disable信号时，所述MCU导通所述开关电路使得所述APC回路中的运算放大器的正相输入端接地，所述TOSA中的激光器关断无信号输出；当接收到激光器使能Enable信号时，MCU断开所述开关电路使所述运算放大器的正相输入端不接地，此时所述MCU输出信号使所述运算放大器正常工作从而使所述积分电路输出电压逐渐增大，所述偏置电流电路导通，所述TOSA中的激光器的偏置电流逐渐增大，所述激光器输出光信号逐渐增强。所述MCU通过开关电路控制积分电路工作，光模块执行关断/使能状态切换时，积分电路输出电压是逐渐增大的，不会突然有过冲电压加到偏置电流电路的情况出现，所述激光器输出光信号随着积分电路的电压增大而逐渐增强，在切换后的短暂时间段输出的光信号幅度不会出现较高峰值，是逐渐增大到平稳状态，稳定输出。在优选方案中，通过调节积分电路的可调电容值大小来调节光模块从无光信号输出到有光信号输出之间的时间长短，以满足不同TOSA的需求，使其符合MSA协议要求。

上面结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以作出各种修改或改型。

Claims (11)

1.一种光过冲的控制电路，包括依次连接的微处理器MCU、自动光功率控制APC回路和光发射组件TOSA，其特征在于，所述APC回路包括依次连接的由运算放大器构成的积分电路以及偏置电流电路，所述积分电路的输出端连接所述偏置电流电路输入端，所述偏置电流电路输出端连接所述TOSA中的激光器；所述积分电路中的运算放大器的正相输入端连接有开关电路，所述开关电路连接有接地端，所述运算放大器的正相输入端和所述开关电路还分别连接所述MCU；

其中，所述MCU，用于当接收到激光器关断Disable信号时，导通所述开关电路使得所述APC回路中的运算放大器的正相输入端接地，所述积分电路输出为零，所述偏置电流回路断开，所述TOSA中的激光器关断无信号输出；

当接收到激光器使能Enable信号时，断开所述开关电路使所述运算放大器的正相输入端不接地，此时所述MCU输出的电流控制信号使所述运算放大器正常工作从而使所述积分电路输出电压逐渐增大，所述偏置电流电路导通，所述TOSA中的激光器的偏置电流逐渐增大，所述激光器输出光信号逐渐增强。

2.根据权利要求1所述的光过冲的控制电路，其特征在于，所述运算放大器的负相输入端连接有上拉电阻。

3.根据权利要求2所述的光过冲的控制电路，其特征在于，所述积分电路还包括串联的第一电阻和第一可调电容，所述串联的第一电阻和第一可调电容并联第二电阻后两端分别连接在所述运算放大器的负相输入端和输出端之间。

4.根据权利要求1至3任一项所述的光过冲的控制电路，其特征在于，所述偏置电流电路包括串联的第一晶体管开关电路和第二晶体管开关电路，所述第一晶体管开关电路输入端与所述运算放大器输出端连接，所述第二晶体管开关电路输入端与所述MCU连接，所述第二晶体管开关电路输出端与所述TOSA中的激光器连接。

5.根据权利要求4所述的光过冲的控制电路，其特征在于，所述第一晶体管开关电路为双极性晶体管，所述运算放大器的输出端连接到所述双极性晶体管的基极，所述双极性晶体管的发射极连接所述第二晶体管开关电路输入端，所述双极性晶体管的集电极连接电源。

6.根据权利要求5所述的光过冲的控制电路，其特征在于，所述第二晶体管开关电路为场效应晶体管开关电路。

7.根据权利要求5或6所述的光过冲的控制电路，其特征在于，所述偏置电流电路还包括限流电路，所述限流电路与所述第二晶体管开关电路串联。

8.根据权利要求7所述的光过冲的控制电路，其特征在于，所述限流电路由三个并联电阻构成。

9.根据权利要求5或6所述的光过冲的控制电路，其特征在于，所述偏置电流电路还连接有偏置电流采样电路，所述偏置电流采样电路与所述MCU连接。

10.根据权利要求5或6所述的光过冲的控制电路，其特征在于，所述运算放大器的负相输入端与所述MCU连接。

11.一种利用权利要求1-10任一所述光过冲的控制电路控制光过冲的方法，其特征在于，包括：

所述MCU接收到激光器关断Disable信号时，导通所述开关电路使得所述APC回路中的运算放大器的正相输入端接地，所述积分电路输出为零，所述偏置电流回路断开，所述TOSA中的激光器关断无信号输出；

所述MCU接收到激光器使能Enable信号时，断开所述开关电路使所述运算放大器的正相输入端不接地，此时所述MCU输出电流控制信号使所述运算放大器正常工作从而使所述积分电路输出电压逐渐增大，所述偏置电流电路导通，所述TOSA中的激光器的偏置电流逐渐增大，所述激光器输出光信号逐渐增强。