CN104904142A

CN104904142A - 适用于双速率功率点补偿的电路,光模块,方法及光通信系统

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Publication number: CN104904142A
Application number: CN201480003272.5A
Authority: CN
Inventors: 贾朝波; 黄远军; 许远忠
Original assignee: Source Photonics Chengdu Co Ltd
Current assignee: Source Photonics Chengdu Co Ltd
Priority date: 2014-12-23
Filing date: 2014-12-23
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2034-12-23
Also published as: US9653878B2; CN104904142B; WO2016101125A1; US20160226217A1

Abstract

一种双速率功率点补偿电路，包括微处理器和光发射子器件（TOSA），其中所述TOSA包括连接到激光驱动器的激光器，同样连接到激光驱动器的监控光电二极管（MPD），和连接到微处理器和MPD的分流器。当来自MPD的反馈电流超过激光驱动器可调节和/或运行范围时，所述反馈电流减小，从而将其控制在激光驱动器的可调节和/或运行范围内。所述激光驱动器根据减小后的反馈电流值确定所述激光器的输出光功率。所述电路和方法扩展了激光驱动器的可调节和/或运行范围并使其能够在反馈电流较高时利用较宽测试范围及高精度对所述激光器目标输出光功率进行调整。

Description

适用于双速率功率点补偿的电路,光模块,方法及光通信系统

技术领域

本发明涉及光或光电网络模块领域，尤其是双速率光发射器中调节或补偿驱动电流的电路，模块，方法和系统。更具体地说，本发明的实施例适用于光或光电通信网络中双速率功率点（比如，目标输出光功率）补偿的电路，模块和方法。

技术背景

在光或光电模块领域中，许多此类模块都以双速率运行（比如，所谓的“双速率”模块）。模块发射部分中的激光器（光发射子器件，或TOSA）可在不同运行模式（比如，地速率模式和高速率模式）以各速率输出数据。所述不同模式可以是从低速率到高速率的大运行或输出功率范围，而激光发射器背面监控光电二极管中电流的动态范围也相应较大。

激光驱动器可驱动采用闭环调节的监控光电二极管中的激光器，且所述激光器具有目标输出光功率。但是，传统激光驱动器的可调节范围不能全部覆盖标准背光监控光电二极管的电流分布范围。因此，当来自监控光电二极管的电流超过激光驱动器可调节范围时，所述激光器就不能调节激光器输出功率。因此，为了调节光或光电模块TOSA中激光器目标输出光功率，我们需要一种在监控光电二极管电流较高时能扩展激光驱动器可调节范围的机制。

本“技术背景”部分仅用于提供背景信息。“技术背景”的陈述并不意味着本“技术背景”部分的主旨向本发明许可了现有技术，并且本“技术背景”的任何部分，包括本“技术背景”本身，都不能用于向本发明许可现有技术。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供了一种双速率功率点（或目标输出功率）的电路，光模块，补偿方法和光通信系统，利用激光驱动器可调节和/运行范围调节具有较高反馈电流TOSA中激光器的目标输出光功率。

一方面，本发明提供了一种用于补偿激光器双速率功率点的电路，包括微处理器和TOSA，所述TOSA 包括激光器，与激光器连接的激光驱动器，和与激光驱动器连接的监控光电二极管（MPD）。所述MPD用于实时提供代表或对应于激光器输出功率的电流（例如，反馈电流）。所述MPD还可以放置在TOSA背部的小平面上，用于接收部分来着激光器的光。激光器驱动电路基于来着MPD的反馈电路的值提供驱动电流给激光器，并因此用于确定激光器的光输出功率。所述电路还包括电流驱动器，其通过MPD连接至微处理器。当激光器运行在高输出功率模式下，且反馈电流可以超出激光驱动器的可调节范围（例如，激光驱动器可能不能调整激光器的输出功率），所述微处理器指示电流驱动器降低反馈电流（其可以是直流电）一个预定的数量来保持反馈电流在可调节和/或激光驱动器的运行范围。激光驱动器于是能够通过降低反馈电流来确定激光器的输出功率。

在某个实施例中，当激光器以低输出功率运行时，且来自MPD的反馈电流在激光驱动器的可调节和/或运行范围内，微控制器就将分流器禁用，而后激光驱动器根据反馈电流确定激光器输出功率。所述分流器可包括耦合在MPD和微处理器之间的旁路电阻器（比如，微处理器的I/O端口）。在另外的实施例中，所述激光驱动器则还包括驱动芯片。

另一方面，本发明还提供了一种在光或光电模块中补偿，调节或调整激光器输出功率的方法，包括从光或光电模块TOSA的光电二极管获取电流（比如，反馈电流，可以是直流电）；和在激光器以高输出功率模式运行时将按预定量降低所述反馈电流，所述预定量将降低后的反馈电流保持在向激光器提供驱动电流的激光驱动的可调节和/或运行范围内。通常，所述激光驱动器根据低功率模式中的反馈电流和高功率模式中降低后的反馈电流确定激光器的输出光功率。在高功率模式中，来自MPD的反馈电流会超过所述激光驱动器的可调节和/或运行范围，那么所述激光驱动器就不能对激光器输出光功率进行调整。在不同实施例中，分流器按预定量降低反馈电流，而与所述激光驱动器和/或分流器电连接的微处理器命令所述分流器在所述激光器或光/光电模块进入高功率模式时降低所述反馈电流。

在另外的实施例中，所述方法还包括在激光器以低输出功率模式运行时禁用所述分流器，从而将来自MPD的反馈电流保持在激光驱动器可调节和/或运行范围内。在这种情况下，所述方法还包括根据反馈电流（比如，直接根据反馈电流）确定激光器输出功率。所述微处理器可在激光器以低输出功率模式运行时禁用所述分流器。此外，所述激光驱动器可在激光器以低输出功率模式运行时直接根据反馈电流提供驱动电流。

另一方面，本发明还提供了一种光模块，包括上述电路，用于补偿激光器双速率功率点。在不同实施例中，所述光模块还包括依次耦合的光接收子器件（ROSA）和限幅放大器（比如，所述限幅放大器从ROSA接收与由ROSA接收的光或光电网络光信号对应的电信号）。

另一方面，本发明还提供了一种光通信系统，包括一个或多个光通信装置和至少一个上述光模块，所述至少一个光模块与所述光通信装置相连。在不同实施例中，所述光通信装置可以是光纤开关，光网络单元（ONU），光线路终端（OLT），和/或无缘光网络（PON）。

本发明具有以下有益效果。在本发明中，当光模块反馈电流超过激光驱动器可调节和/运行范围时，且激光驱动器不能调节TOSA光输出功率，光模块中的微处理器启动分流器从反馈电流（比如，来自MPD的直流电）分离或减少预定量的直流电，从而将反馈电流保持在激光驱动器的可调节和/或运行范围。然后，所述激光驱动器根据来自MPD的直流电确定激光器输出光功率。因此，当来自MPD的反馈电流（比如，实时）超过激光驱动器的可调节和/或运行范围时，所述激光驱动器就根据较高反馈电流调整激光器的目标输出光功率。此方案扩展了激光驱动器的可调节范围，且通过一个具有宽范围和高进度的相对高的反馈电流允许调节激光器输出功率目标。

附图说明

图1A为用于补偿，调整或调节双速率光模块或收发器目标输出功率的本发明实施例典型电路原理图。

图1B为本发明实施例双速率光发射器中典型模式选择分流器的原理图。

图2A为用于补偿，调整或调节双速率光模块或收发器目标输出功率的本发明实施例另一典型电路原理图。

图2B为本发明实施例另一双速率光发射器中典型模式选择分流器的原理图。

图3A为用于补偿，调整或调节双速率光模块或收发器目标输出功率的本发明实施例又一典型电路原理图。

图3B为本发明实施例又一双速率光发射器中典型模式选择分流器的原理图。

图4为用于补偿，调整或调节双速率光模块或收发器目标输出功率的本发明实施例另一典型电路原理图。

图5A为本发明实施例典型光模块的原理图。

图5B为本发明实施例另一典型光模块的原理图。

图5C为本发明实施例又一典型光模块的原理图。

图6为本发明实施例典型光通信系统的原理图。

具体实施例

本发明的各种实施例都会有详细的参照。参照的例证会在附图中得到阐释。本发明会用随后的实施例说明，但本发明不仅限于这些实施例的说明。相反的，本发明还意欲涵盖，可能包括在由附加权利要求规定的本发明的主旨和值域内的备选方案，修订条款和等同个例。而且，在下文对本发明的详细说明中，指定了很多特殊细节，以便对本发明的透彻理解。但是，对于一个所属技术领域的专业人员来说，本发明没有这些特殊细节也可以实现的事实是显而易见的。在其他实例中，都没有详尽说明公认的方法，程序，部件和电路，以避免本公开的各方面变得含糊不清。

随后的一部分详细说明需要用到过程，程序，逻辑块，功能块，处理，和其他代码上的操作符号来表示，数据位，或计算机，处理器，控制器和/或存储器中的数据流方面的术语。数据处理技术领域的专业人员通常用这些说明和表述来把他们工作的实质有效地传达给所属技术领域的其他专业人员。此处的，过程，程序，逻辑块，功能，方法等等通常都视为导向期望的和/或预期的结果的步骤或指令中的继发事件。步骤通常包括物理数量的物理操作。虽然未必，但这些数量通常以在计算机或数据处理系统中的电子，磁力，光，或存储的，转移的，组合的，对照的量子信号及其他被操控的形式表现。对一般用途而言，事实证明，参考这些信号，如位，流，值，要素，符号，特征，项，数字或类似的事物，和它们在计算机程序或软件中的表现形式，如代码(可以是目标代码，源代码或二进制代码)仅是为了方便这类说明和表述。

无论如何，我们都应该记住所有这些及类似的术语都与适当的物理量和/或信号有关，并且它们仅仅是适用于这些量和/或信号的符号而已。除非有特别说明和/或否则就如下所述一样显而易见，用贯穿本申请的论述术语诸如 “操作”，“计算”， “判定”或者诸如此类的涉及电脑或数据处理系统的动作或步骤，或类似装置（如，电气，光学或量子计算，处理装置或电路）来处理或转换数据表示物理量（如，电子）都是允许的。这类术语涉及，在电路，系统或构造（比如，寄存器，存储器，其他这样的信息存储，传输或显示装置等等）的部件值域内，把物理量处理或转换成在相同或者不同系统或构造的其他部件值域中类似的物理量。

此外，在本申请的背景下，术语 “信号”和“总线”涉及任何已知的结构，构造，排列，技术，方法和/或步骤，用于在电路中将电信号从一个点物理地转移到另一个点。并且，除非事先注明，否则，从就只能从此处的大前提下使用，术语“指定的”，“固定的”，“已知的”和“预定的”来提及值，数量，参数，约束，条件，状态，过程，程序，方法，实践或他们的理论可变组合，但是这种可变往往是事先约定的，并且此后，一经使用便不可更改的。同样地，为了方便起见，虽然术语“时间”，“比率”，“周期”和“频率”通常是可交换的并且可以交替使用，但是赋予他们的含义通常是在此类技术上公认的。并且，为了简便，虽然术语“数据”，“数据流”，“位”，“位串”和“信息”可能会交替使用，如术语“耦合到”和“与……交流”（指间接或者直接的连接，耦合或相通），但是通常赋予它们的是此类技术上公认的含义。

除非有特别说明，为方便起见，属于“光的”和“光电的”在文中都可交替使用，相互包涵。此外，术语“收发器” 指具有至少一个接收器和至少一个发送器的装置，且除非文中另有详细说明，术语“收发器”的使用也包含“接收器”和/或“发射器”。同样，为方便起见，术语“连接到”，“与…耦合”，“与…通信”和“耦合至”都可以交替使用（这些术语还适用于在连接，耦合和/或通信元素之间的直接和/或间接的关系，除非这些术语的语境无疑义的指明其他含义），除非这些术语通常给予了本领域公知的含义。

文中所披露的各种实施例和/ 或例子都可与其他实施例和/或例子组合，只要这样的组合是适宜，有必要或有利的。下面将结合典型的实施例对本发明进行详细说明。

本发明的技术原理在于当反馈电流超过相应激光驱动器的可调节和/或运行范围且所述驱动器不能调节相应TOSA中激光器输出光功率时，按预定量将光收发器模块监控光电二极管反馈电流降低，从而将所述反馈电流保持在激光驱动器可调节和/或运行范围内。这样，在下限保持不变的同时改变所述激光驱动器的可调节和/或运行范围上限。本技术方案扩展了激光驱动器的可调节和/或运行范围并利用高反馈电流实现了对TOSA目标输出光功率的调整。

下面将结合附图对本发明实施例进行全面和详细的说明。

一种典型电路

图1A根据本发明一个或多个实施例阐明了双速率功率点（比如，目标功率）补偿电路100。所述电路包括微处理器单元（MCU）130基本可以是任意能控制文中所述功能和/或操作的控制器或电路。TOSA110包括激光二极管（LD）112和监控光电二极管（MPD）114，其中MPD114与激光驱动器（LDD）150连接，而激光驱动器（LDD）150则与LD112相连。MPD114向LDD150和MCU130提供与LD112输出光功率相对应的反馈电流。LDD150向LD112提供驱动电流，输出具有对应驱动电流值的输出功率的光信号115。在某个实施例中，调整LD112光功率的自动功率控制（APC）闭合环路由LD112，MPD114，和LDD150构成。此外，电路100还包括MCU130和MPD114间的分流器140。

MCU130可通过模数转换器（ADC）连接到MPD114。因此，MCU130可接收与反馈电流值对应的数字信号（比如，电压）。此外，MPD114实时向ADC电路或模块120提供反馈电流117′。反馈电流117′可以是TOSA110中电流镜的输出，并因此在禁用分流器140时等于或基本等于反馈电流117。LDD150用于根据反馈电流117值以目标输出光功率驱动LD112。

当LD112以高输出功率模式运行时（比如，以第一速率或频率），MCU130获取来自MPD114的反馈电流，所述反馈电流由ADC120采样并转换为数字反馈信号，且在某些情况下，可以高达到，例如1000 μA。假如所述反馈电流超过LDD的可调节和/或运行范围（比如，300~700 μA），LDD就不能调节TOSA的输出光功率，MCU130则启动分流器140从来自MPD114的反馈电流中分流预定量（比如，300 μA，1000 μA - 700 μA[比如从MPD114的1000 μA电流到LDD150可调节和/或运行范围内最大值]）。这样就使所述反馈电流在LDD150可调节和/或运行范围内。LDD150根据此模式中降低的反馈电流值确定或控制激光器112的输出光功率。因此，LDD150的运行上限（和其他激光驱动器的运行上限）可得到有效提高。

当LD112以低功率模式（比如，以不用与第一速率或频率的第二速率或频率，且在某些情况下，大于第一速率或频率），来自MPD114的反馈电流已经在LDD150的可调节和/或运行范围中。MCU130在此模式中禁用分流器并允许未调制的反馈电流由LDD150直接接收。LDD150可直接根据MPD114的反馈电流中直流电值确定或控制LD112的输出光功率。在这种情况下，LDD150的可调节下限（和其他激光驱动器的可调节下限）保持不变。

在本发明中，具有较高反馈电流TOSA可通过电流分量（或电流降低）由具有较窄可调节范围的LDD驱动并调整。如果来自MPD114的实时反馈电流超过LDD150的可调节范围，MCU130可调节节或调整反馈电流以便LDD150利用较高反馈电流（比如，超出LDD150标准运行范围）调节或控制LD112的目标输出光功率。因此，激光驱动器的可调节范围可扩展，以便调节具有较高反馈电流的TOSA目标输出光功率。

在某个实施例中，如图1B所示，所述分流器包括耦合在微处理器130I/O端口和MPD114之间的旁路电阻器145。更具体地说，MCU130和其I/O端口可按不同运行模式设置。可配置I/O端口作为开关电路运行。当I/O端口开启时（比如，第一模式中电路100），所述旁路电阻器可用于将预定量反馈电流分流到MCU150，从而降低流向LDD150的反馈电流量。LDD150可调节范围可扩展的量与所述旁路电阻器阻值对应。

当LD112以高速率（或高功率）模式运行时，耦合到旁路电阻器的MCU的I/O针脚以激活分流器的级别设置。在此配置中，所述I/O针脚会处于开漏模式，且弱上拉模式也会停止。比如，晶体管或其他开关135由MCU130接通，这样来自MPD114的反馈电流可分流接地，从而补偿高输出光功率点或值。晶体管135可设置在MCU芯片130上，电连接至与I/O针脚对应的垫片。晶体管135可以是NPN双极面结型晶体管，PNP双极面结型晶体管，NMOS晶体管，PMOS晶体管，或其他晶体管或开关。

当LD114以地速率（低功率）模式运行时，所述发射器输出功率点或值不需要电流补偿，因此MCU130将I/O设置到高电阻或高阻抗状态（比如，通过关闭晶体管135）。然后，在无任何电流通过旁路电阻器145的情况下，LDD150直接根据反馈电流调节光功率。在本发明中，分流器140可通过配置启动或关闭（比如，MCU的I/O端口配置），提高LDD150的可调节和/或运行范围上限同时保持下限不变。

旁路电阻器145的电阻值可根据反馈电流的分布和/或范围确定（比如，通过测试确定）。之后，TOSA110和旁路电阻器145就可设置在补偿电路中。当所述补偿电路工作时，MCU130关闭或启动分流器140实施反馈电流降低/分流。

旁路电阻器145的电阻值可通过确定超限量而得出，其中所述超限量是指所述反馈电流（I_m）超过LDD可调节和/或运行范围的量。这可以通过分析一系列反馈电流的分布完成。所述超限量是需要从MPD114反馈电流117分流（比如，预定量的直流电）的反馈电流量（比如，使所述反馈电流进入LDD150的可调节或运行范围，比如LDD150可调节或运行范围的最大值），然后所述旁路电阻器的电阻值根据TOSA PD针脚电压和所述超量限计算得出。

当所述补偿电流工作时，且来自光模块MPD114的实时反馈电流超过激光驱动器150的可调节和/或运行范围以致激光驱动器150不能调整TOSA110（比如，LD112）输出光功率，光模块中微处理器130启动分流器140从反馈电流117分流预定量直流电，从而将反馈电流117保持在激光驱动器150的可调节/运行范围。激光驱动器150根据MPD114的直流电值确定激光器112的输出光功率。因此，当来自MPD114的实时反馈电流117超过激光驱动器的可调节和/或运行范围，所述激光驱动器利用较高反馈电流117调整LD112的目标输出光功率。这种设计方案扩展了激光驱动器150的可调节范围并使其能够以较宽测试范围和高精度根据较高反馈电流调整目标输出光功率。

举例来说，来自监控光电二极管114的反馈电流117可设定在与驱动电流相应的目标值，使LD112以目标输出功率输出光信号（比如，利用MCU130上的寄存器，激光驱动器140上的寄存器[比如，自动功率控制设置（APCSET）寄存器]，或TOSA110中的寄存器）。在此类寄存器中，来自监控光电二极管114的反馈电流117可设定在7.185 μA至1800 μA的值上。当流向LDD140的反馈电流117具有大数值时，TOSA（比如，激光器）输出功率也会较大，所以目标反馈电流设置（比如，在APCSET寄存器中）允许用户设定一个目标监控光电二极管电流（反馈电流），且LDD140根据反馈电流调整TOSA（比如，激光器）输出功率水平，确保反馈电流（并因此TOSA/激光器输出功率）达到目标值。因此，在某些实施例中，光发射器/模块100可包括第一和第二目标反馈电流设置寄存器，一个为第一（比如，低功率或低传输速率）模式设定而另一个则为第二（比如，高功率或高传输速率）模式设定。

在高功率或高传输速率模式中，来自监控光电二极管114的实际反馈电流117可高达2000 μA（比如，当需要TOSA或激光器输出功率在-2 dbm）。因此，对那个目标反馈电流117设置在大数值时（比如，大于1800 μA），分流器就一定能将反馈电流117（比如，降低200-300 μA）降低到激光驱动器150的工作范围内。即便在真实反馈电流值大于1800 μA（比如，2000 μA）时，本模式选择和反馈电流降低技术因此也可确保目标TOSA或激光器输出功率水平得以保持。

图2A根据一个或多个本发明的实施例阐明了另一种双速率功率点（比如，目标功率）补偿电路100′。补偿电路100′与图1A中电路100基本相同，除了模数转换器（ADC）电路或模块120是连接到分流器140和MCU130的，但没有直接与MPD114或光发射子器件（TOSA）110。在本设计中，MPD114对应于LD112输出光功率向LDD150提供反馈电流，且降低后的反馈电流127通过ADC电路或模块120发送到MCU130。这样的设置使分流电流便可更加可控和/或灵活，且可用于控制通过分流器140的分流电流的比重或量。

如图2B所示，MCU130通过向晶体管135施加偏压信号模式进行模式选择。当晶体管135是NPN或NMOS晶体管，且信号模式具有较大值（但小于全轨供电，比如VCC或VDD），晶体管135便工作，但电阻或阻抗较小。这样，分流器（比如，电阻器145）被启用，而ADC电路或模块120接收与高功率模式相应的第一降低电流输入。另一方面，当信号模式具有较小值时（但大于接地电位），晶体管135就部分开启，但电阻或阻抗较高。这样，MCU130暂停分流器，选择第二，低功率模式，且晶体管135将电流减弱的程度小于当MCU130选择高功率模式的时候。因此，在任意情况下（即，晶体管135接收高偏压或低偏压），晶体管145和135可由MCU130配置，而反馈电流分离率（因此所述方法）通过两种方式中任意一种配置I/O端口由MCU130控制。在这样的实施例中，ADC120可用于设置分离反馈电流117和127的范围和/或级别（比如，通过设置由控制信号模式施加的偏压）。因此，尽管LDD150和MCU130都接收反馈电流，但它们各自的反馈电流接收量或比例在第一（比如，高功率或高传输速率）模式和第二（比如，低功率或低传输速率）模式中都是不同的。

图3A根据一个或多个本发明实施例阐明了另一种双速率功率点（比如，目标功率）补偿电路100”。电路100”与图1A和2A中电路100和100”基本相同，除了模数转换器（ADC）电路或模块120与MCU130和MPD114或TOSA110之间的分流器140并联。在此设计中，MPD114同时向LDD150和MCU130发送反馈电流117（比如，通过ADC电路或模块120）。这样的设置使LDD150和MCU130接收的分流电流基本相同。

图3B举例说明了图3A中补偿电路100”的具体实施。MCU130通过向晶体管135施加控制信号模式进行模式选择。当晶体管135为NPN或NMOS晶体管时，且信号模式与高数字逻辑状态对应（比如，达到或接近全轨供电，比如VCC或VDD），晶体管135就会启动，且晶体管135从MPD114输出节点117分流较大分流电流。另一方面，当信号模式对应低数字逻辑状态时（比如，达到或接近接地电势）时，晶体管135就基本不会从MPD114输出节点117分流电流。

但是，在图3A-B的实施例中，不考虑MCU130选择的模式，MCU接收与LLD150接收的反馈电流117相等的数字信号127。这样的设置让查找表（可存储于MCU130上的存储器中）的生成更容易。

本补偿电力适用于所有采用输出光功率闭合环路调节的光模块。只要反馈电流超过激光驱动器的可调节/运行范围，就可选择本电路和/或方法。

使用所述典型电路的典型方法

一种基于本发明实施例的补偿或调整双速率光发射器的功率点（或目标输出功率）的方法适用于采用闭环调节模式的光模块（比如，利用自动功率控制环路调节来自激光驱动电路的驱动电流）。如上所述，图1A所示为具有本发明补偿电路的光模块（比如，光发射器）100 ，包括MCU130和TOSA110。TOSA110包括LD112和MPD114，其中MPD130连接激光驱动器（LDD）150并向其反馈LD输出光功率信息，驱动LD112。因此，在某个实施例中，MPD114，LDD150，和LD112构成闭环自动功率控制（APC），调整回路保持LD112的目标输出光功率。此外，电路100还包括MCU130和MPD114之间的分流器140。MCU130还通过ADC电路或模块120与MPD114连接。

图4为调整或调节双速率光发射器功率点（或目标输出功率）的典型方法的流程图200。在210，确定来自光模块的反馈电流（比如，通过光模块中的监控光电二极管，所述监控光电二极管可安装在TOSA的背面并用于在光模块中接收来自激光二极管的光）。在特定实施例中，MCU通过采用ADC模块并将模拟反馈电流信号转换为数字信号对反馈电流采样，从而获取MPD的反馈电流（比如，具有与反馈电流值对应值的电压）。

在220，MCU判断激光器是否在高输出功率模式（对应第一，较高数据率）中运行。举例来说，MCU可将与反馈电流值对应的数字信号与参考值或阈值电压比较，且当数字信号超过参考值或阈值电压时，确定激光器以高输出功率模式运行。但是，当数字信号未超过参考值或阈值电压时，就认为LD在低输出功率模式运行（与第二，较低数据率对应），且MPD的反馈电流通常在LDD可调节和/或运行范围。因此，与前文中所述类似，在225，本方法直接根据反馈电流的真实值确定来自LDD的驱动电流，提供来自LD的目标输出光功率。

在高输出功率模式中，MPD的反馈电流可能会超过激光驱动器的可调节和/或运行范围，且激光驱动器不能在TOSA中调整激光器的输出光功率。因此，在某个实施例中，本方法可在230判断反馈电流是否超过激光驱动器的可调节和/或运行范围，由于反馈电流在某些情况下，甚至是在激光器（或整个光发射器）处于高功率模式中时仍然在激光驱动器的可调节和/或运行范围内。在这种情况下，对应激光驱动器可调节和/或运行范围上限值的参考值或阈值电压可区别于（且小于）参考值或阈值电压，判断激光器是否处在高输出功率模式。当MPD的反馈电流未超过激光驱动器的可调节和/或运行范围时，本方法在225直接根据反馈电流的真实值确定LDD的驱动电流。但是，所述确定步骤230是备选项，且通常不会在确定激光器是否处于高输出功率模式的参考值或阈值电压还判断反馈电流是否超过激光驱动器可调节和/或运行范围的时候执行。

当MCU判断激光器是否运行在高输出功率模式，或，MPD的反馈电路超过激光驱动器的可调节和/或运行范围，MCU就按预定量在240降低MPD的反馈电流，以便将反馈电流保持在激光驱动器的可调节和/或运行范围内。在某个实施例中，反馈电流为直流电，且MCU打开或启动分流器从反馈信号（比如，图1A-B中的117）中提取或分流预定量的直流电到激光驱动器。

在特定实施例中，分流器包括耦合在微处理I/O端口和MPD之间的旁路电阻器（图中未显示）。MCU和其I/O端口可按不同运行模式设置（比如，高速率vs.低速率模式，或高功率vs.低功率模式）。可配置的I/O端口可起到开关电路作用，而MCU可根据激光器在高输出功率模式运行，或，MPD的反馈电流超过激光驱动器的可调节和/或运行范围的判断结果开启和关闭I/O端口。旁路电阻器用于分流预定量的反馈电流（比如，分流到接地电势或其他电流分流点或电路）。旁路电阻器的电阻值决定LDD的可调节和/或运行范围的外延。如上所述，当LD在高速率（或功率）模式中运行时，耦合到旁路电阻器的MCU的I/O端口可按开漏模式或配置设置（比如，通过在低电平设置I/O端口针脚），而I/O端口针脚的弱上拉模式可禁用。当LD在低速率（或低功率）模式运行时，发射器功率点可直接利用反馈电流进行调节或调整，且分流器不需要分流电流或实施补偿。在低速率（或低功率）模式中，MCU使I/O端口进入高电阻或高阻抗状态，且LDD直接根据真实反馈电流调整或控制光功率，而不是部分通过旁路电阻器的电流。因此，分流器可通过MCU的 I/O端口设置启动或关闭，而从在下限不变的同时提高LDD可调节节控制范围上限。

如上所述，旁路电阻器的阻值可由反馈电流（可通过测试得出）的分布和/或范围确定。之后，在补偿电路中设置TOSA和旁路电阻器。当补偿电路工作时，MCU启用和禁用分流器，以实施反馈电流分流。此外，旁路电阻器的阻值还可通过确定超限量而确定，所述超限量是反馈电流超过LDD可调节和/或运行范围的量。如先前所述，这个步骤可通过分析一系列反馈电流的分布范围完成。所述超限量也是从反馈电流分离的量（比如，预定量的直流电），使反馈电流保持在LDD可调节和/或运行范围中。比如，分流反馈电流量可使降低的反馈电流保持在LDD的可调节和/或运行范围内。旁路电阻器的阻值根据TOSA PD阵脚电压和所述超限量计算得出。在250，LDD根据降低的反馈电流确定激光器的输出光功率。

在本发明中，带提供较高反馈电流的LD和监控光电二极管的TOSA可通过LDD驱动和调节（比如，电流分流），所述LDD在产生高反馈电流的运行模式中通过降低反馈电流得到的较窄可调节范围。如果MPD的实时反馈电流超过LDD的可调节范围，LDD就可调节节LD的目标输出光功率，即便是在MPD具有较高反馈电流时。因此，激光驱动器的可调节范围可用于调节反馈电流较高的目标输出光功率。本方法扩展了激光驱动器的可调节和/或运行范围并使其能够利用较大反馈电流调节LD的目标输出光功率范围。这样，在下线保持不变的同时，激光驱动器的可调节和/或运行范围上限可得到扩展。同样，本发明也适用于对光模块其他参数的类似补偿，比如低发射器功率校准精度，等。

典型光模块

回到图5A，根据本发明实施例的一种典型光模块（比如，包括光收发器）300包括依次耦合的ROSA360和限幅放大器370，和MCU330和TOSA310，TOSA310包括LD312和MPD314。ROSA360通常包括一个或多个光电二极管，用于接收来自网络的光信号（比如，通过光纤发送）并将光信号转换为电信号，和备选的一个或多个跨组放大器，用于放大电信号。限幅放大器370用于放大从ROSA360接收的信号。在典型光模块300中，ROSA360中接收光电二极管可连接到发送分流器（由MCU330控制），在接受光电二极管输出电流超过输入电流限幅放大器370的运行范围时减小流向限幅放大器370的电流。

MPD314连接到激光驱动器（LDD）350并向其提供反馈电流，而LDD350则连接到LD312并向其提供驱动电流。MPD314，LDD350，和LD312构成闭环自动功率控制（APC）调节环路，用于维持LD112的目标输出光功率。光模块300还包括MCU330和MPD314之间的分流器340。在MPD的输出端或靠近输出端的位置，MPD314可通过TOSA中模数转换器（ADC）电路或模块320和电流镜连接到MCU330。因此，MCU330可接收与反馈电流317”对应的数字信号（比如，电压），可用于与代表LDD350可调节和/或运行范围最大值的一个或多个阈值或电压比较。MCU330，LDD350和限幅放大器370分别与电气接口380连接（例如可包括金手指），实现电信号输入和输出，比如，主机装置上（具有插槽或开口，用于接收光模块300）。此外，MPD314还实时提供反馈电流。LDD350用于根据反馈电流317的值以目标输出光功率驱动LD312。

当LD312以第一模式运行（比如，高输出功率），MCU330通过ADC320（比如，通过采样）从MPD314获取反馈电流317。在某个实施例中，高输出功率模式中的反馈电流317可以是1000μA或1000μA左右。如果反馈电流317超过LDD的可调节和/或运行范围（比如，300 ~ 700 μA），且LDD350不能调节TOSA310中输出光功率，MCU330使分流器340从MPD314分流预定量的反馈电流。如果反馈电流超过LDD的可调节和/或运行范围（比如，300~700 μA），MCU330就启动分流器340从MPD314分流预定量（比如，300μA ，1000 μA- 700 μA）的反馈电流，比如减小到LDD350（从，比如，MPD314的1000 μA电流）的可调节和/或运行范围内的峰值。这样反馈电流可保持在LDD350的可调节和/或运行范围。LDD350根据此模式中降低的反馈电流值确定或控制激光器312的输出光功率。因此，LDD350（及其他激光驱动器的类似部件）的运行上限可有效得到提升。

当LD312以第二模式运行时（比如，低输出功率），MPD314的反馈电流通常都在LDD350的可调节和/或运行范围内。MCU330在第二运行模式中禁用分流器340，而LDD350直接根据MPD314反馈电流值（比如，反馈电流中的直流电或直流分量）确定LD312的输出光功率。因此，LDD350的可调节下限保持不变。

在本发明中，反馈电流较高的TOSA可通过LDD驱动和调整，所述LDD具有通过减小电流得到较窄可调节和/或运行范围。如果MPD314的实时反馈电流超过LDD350的可调节和/或运行范围，MCU330就可调节节或调整反馈电流，这样LDD350可利用较高的反馈电流（比如，在LDD350标准运行范围之外）调节或控制LD312的目标输出光功率。因此，激光驱动器的可调节和/或运行范围可扩展，用于调节具有较高反馈电流的TOSA目标输出光功率。

在某个实施例中，分流器340包括耦合在微处理器330的I/O端口和MPD314之间的旁路电阻器（图5A-C未显示）。更具体地说，MCU330和其I/O端口可按不痛运行模式设置。可配置的I/O端口可用作开关电路。旁路电阻器可用于将预定量反馈电流分流到MCU350，从而减小流向LDD350的反馈电流量。LDD350可调节范围可扩展的量与旁路电阻器的阻值相对应。

当LD312在高速率（或高功率）模式工作时，MCU上耦合至旁路电阻器的I/O针脚可设置在高电平上。在这种配置中，I/O针脚会处在开漏模式，且弱上拉模式会被禁用，在这种情况下MPD314的反馈电流能被分流，从而补偿高输出光功率点或值。当LD314在低速率（或低功率）模式工作时，发射器输出功率点或值不需要电流补偿，所以MCU330将I/O端口设置到高电阻或高阻抗状态（比如，通过关闭图1B，2B和3B中晶体管135）。在没有电流通过旁路电阻器的情况下，LDD350随后直接根据反馈电流调节光功率。在本发明中，分流器340可通过配置（比如，MCU的I/O端口配置）启动或关闭，以便提高LDD350的可调节和/或运行范围上限同时保持下限不变。

旁路电阻器的阻值可根据反馈电流的分布和/或范围（比如，由测试确定）确定。之后，将TOSA310和旁路电阻器设置在补偿电路中。当补偿电路工作时，MCU330启动和关闭分流器340执行反馈电流降低/分流。

旁路电阻器的电阻值可通过确定超限量而得出，其中所述超限量是指所述反馈电流超过LDD可调节和/或运行范围的量。这可以通过分析一系列反馈电流的分布完成。所述超限量是需要从MPD314反馈电流分流（比如，预定量的直流电）的反馈电流量（比如，使所述反馈电流进入LDD350的可调节或运行范围，比如LDD350可调节或运行范围的最大值），然后所述旁路电阻器的电阻值根据TOSA PD针脚电压和所述超量限计算得出。

当补偿电路工作时，且来自光模块的MPD314实时反馈电路超过激光驱动器350的可调节和/或运行范围，以致激光驱动器350不能调整TOSA310（比如，LD312）的输出光功率，光模块中的微处理器330就启动分流器340从反馈电流317分流预定量的直流电，从而将反馈电流保持在激光驱动器350的可调节和/或运行范围中。激光驱动器350根据MPD314的直流电值确定激光器312的输出光功率。因此，当MPD314实时反馈电流317超过激光驱动器可调节和/或运行范围时，激光驱动器就利用较高反馈电流317调节LD312的目标输出光功率。这种解决方案扩展了激光驱动器350的可调节范围并使其更够利用较宽测试范围和高精度根据较高反馈电流调节目标输出光功率。

图5B为本发明另一个典型光模块或收发器300”。除了ADC320与分流器340串联外这一设置不同，光模块或收发器300”基本与图5A的光模块或收发器300相同。光模块或收发器300”中ADC320，分流器340，和MCU330的运行与图2A-B中典型电路的描述一致。

图5C为本发明另一个典型光模块或收发器300”。除从MPD314到MCU330的反馈电流节点317间并联的ADC320和分流器340这一设置不同外，光模块或收发器300”与图5A-B中光模块或收发器300和300”。

本补偿电路使用于所有采用闭环调节输出光功率的光模块。只要反馈电流超过激光驱动器的可调节/运行范围，就可选择本电路和/或方法。

一种典型光通信系统

图6为典型光通信系统400，包括一个或多个光通信装置420和至少一个光模块410。为简便起见，图6只显示了光模块410和一个光通信装置420。各光模块410都至少与一个光通信装置420相连。光模块410和光通信装置420可通过总线驱动器通信系统或其他通信系统（比如，利用光纤和光中继器和/或光学开关）链接。图5A-5C举例说明了光模块410。

光通信装置420可以是光纤，光网络单元（ONU），数据通信装置，电信装置，光线路终端（OLT）或无源光网络（PON），或者其他光通信装置。本发明不会将光通信装置420限制在某一类型。

结论

本发明的实施例有益地提供了补偿，控制或调节爽速率光发射器的功率点或目标输出功率的电路和方法。当发射器中监控光电二极管提供的反馈电流超过激光驱动器（用于驱动发射器中的激光器）的可调节和/或运行范围（比如，当发射器在高速或高功率模式工作时），可减小反馈电流（比如，通过连接在监控光电二极管和微控制器之间的分流器，其中所述微控制器用于控制分流器的）。当发射器在低速或低功率模式工作时，激光驱动器可直接根据真实反馈电流控制或调节激光器功率点或目标输出功率。因此，本发明有效地扩展了光发射器中激光驱动器的可调和/或运行范围。

图解和说明已经详细展示了前述的本发明的特殊实施例。本公开并不限于前述实施例，并且很明显，也可以鉴于以上所述的技术，对本发明进行修改和变更。本文选定实施例并对其进行描述，以便最精确地阐述本发明的原理及它的实际应用，从而使所属专业技术领域的其他人员能最大程度的利用本发明及带有各种修改的实施例，以适用于预期的特殊用途。即，由添加至此的权利要求和它们的等效叙述所定义的发明范围。

Claims

1.一种光发射器，包括：

激光驱动器：

光发射器（TOSA），包括连接到激光驱动器的激光器，和监控光电二极管（MPD），用于接收来自所述激光器的光并向所述激光驱动器提供反馈电路，其中所述激光驱动器和激光器以第一和第二模式运行；

与所述MPD连接的分流器，用于在所述激光器以第一模式运行时减小来自所述MPD的反馈电流；

微处理器，用于在所述第一模式开启所述分流器并在第二模式关闭所述分流器；

其特征在于：通过在第一模式下的所述电流分流器降低所述反馈电流和直接通过在第二模式下的所述反馈电流，所述激光驱动器用于确定所述激光器的输出功率。

2.如权利要求1所述的光发射器，其特征在于，所述第一模式为高输出光功率模式或高传输速率模式，而所述第二模式为低输出光功率模式或低传输速率模式。

3.如权利要求1所述的光发射器，其特征在于，所述激光驱动器具有所述反馈电流的可调节和/或运行范围，而所述分流器从所述反馈电流减少预定量的直流电流，将所述反馈电流保持在所述激光驱动器的可调节和/或运行范围。

4.如权利要求3所述的光发射器，其特征在于，所述反馈电流在第一模式中超过所述激光驱动器的可调节和/或运行范围，那么所述激光驱动器就不能再调整所述激光器的输出光功率。

5.如权利要求2所述的光发射器，其特征在于，当所述激光器以低输出功率或低传输速率模式运行时，所述微处理器就关闭所述分流器。

6.如权利要求5所述的光发射器，其特征在于，在低输出功率或低传输速率模式中来自所述MPD的反馈电流在所述激光驱动器的可调节和/或运行范围内。

7.如权利要求1所述的光发射器，其特征在于，所述分流器包括耦合到所述微处理器和MPD的I/O端口的旁路电阻器。

8.如权利要求6所述的光发射器，其特征在于，所述分流器包括耦合到所述微处理器和MPD的I/O端口的旁路电阻器。

9.如权利要求1所述的光发射器，其特征在于，所述激光驱动器为驱动芯片。

10.如权利要求8所述的光发射器，其特征在于，所述激光驱动器为驱动芯片。

11.一种光收发器，包括如权利要求1所述的光发射器，和光接收器包括(i)光接收子器件（ROSA），配备接收光电二极管，用于从所述接收光电二极管接收的光信号生成电流，和(ii)限幅放大器，接收来自所述接收光电二极管的电流。

12.一种光模块，包括如权利要求6所述的光发射器，和光接收器包括(i)光接收子器件（ROSA），配备接收光电二极管，用于从所述接收光电二极管接收的光信号生成电流，和(ii)限幅放大器，接收来自所述接收光电二极管的电流。

13.一种光通信系统，包括至少一个如权利要求11所述的光收发器，与至少一个光通信器件相连接。

14.一种光通信系统，包括至少一个如权利要求12所述的光收发器，与至少一个光通信器件相连接。

15.如权利要求13所述的光通信系统，其特征在于，所述至少一个光通信器件为光纤开关，光网络单元，数据终端，光线路终端，或无源光网络。

16.一种控制双模光发射器输出功率的方法，包括：从监控光电二极管（MPD）生成反馈电流，所述MPD用于探测来自光发射器光发射子器件（TOSA）中激光的光；当所述激光器以高输出光功率或高传输速率模式运行时，利用耦合到所述MPD的分流器降低来自所述MPD的反馈电流，将降低的反馈电流保持在激光驱动器的可调节和/或运行范围内，根据所述降低反馈电流确定所述激光器的输出光功率；和当所述激光器以低输出功率模式或低传输速率模式运行时，关闭所述分流器并直接根据所述反馈电流确定所述激光器的输出光功率。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，确定所述激光器的输出光功率包括将来自激光驱动器的驱动电流提供给所述激光器。

18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，当所述激光器以高输出光功率模式或高传输速率模式运行时，来自所述MPD的反馈电流会超过激光驱动器的可调节和/或运行范围。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述激光驱动器在高输出光功率模式或高传输速率模式中不能调整所述激光器的光输出功率，那么来自所述MPD的反馈电流值就会降低到所述激光驱动器的可调节和/或运行范围内。

20.如权利要求16所述的方法，其特征在于，降低来自所述MPD的反馈电流包括利用与所述分流器连接的微处理器启动所述分流器，从所述反馈电流减少预定量的直流电流。