CN106340805B - 一种激光驱动器的双闭环控制电路 - Google Patents

一种激光驱动器的双闭环控制电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供了提供了一种激光驱动器的双闭环控制电路，通过背光二极管和高速电流镜检测激光器的P1和P0信号，并通过2个环路设定调制电流和偏置电流，来得到稳定、准确的激光器发光功率和消光比。

Description

一种激光驱动器的双闭环控制电路
技术领域
本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种激光驱动器的控制方法。
背景技术
光通信中，驱动激光器的电流通常分为偏置电流Ibias,和调制电流Imod.Ibias是一个直流电流分量，提供的是P0功率，调制电流Imod是一个交流分量，提供的是P1-P0功率。
光通信中，激光器在功率上的指标主要有以下4个：
P0，激光器正常发光，调制电流为低，表示传输数据为0时的功率；
P1，激光器正常发光，调制电流为高，表示传输数据为1时的功率；
Pa,激光器正常发光时的平均光功率，Pa＝(P1+P0)/2；
re,消光比，表征眼图张开度的数值，re＝10log(P1/P0).
以上4个量是相关的，只要确定了其中两个，另两个也确定了。在光通信传输过程中，系统要求保持恒定的发射平均光功率和消光比，激光驱动器的双闭环设计也正是要通过两个负反馈结构来保持这两个量的稳定。消光比比较难检测，在双闭环的设计中需要检测Pa,P1,P0中的两个值。而P1,P0在瞬态上是高速的信号，在GPON/EPON系统中是1.25Gbps的高速信号，因此检测电路需要是一个高速的电路。检测激光器的发光情况都是通过激光器的背光二极管的镜像电流来进行。
现有技术中多是通过检测设定平均光功率Pa和P1光功率，来得到消光比和P0，而在实际通信中，P0通常都很小，所以如果Pa和P1的检测有一些误差，得到的P0偏差的比例就会比较大，消光比的偏差也会比较大。
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题是提供一种激光驱动器的控制电路，通过背光二极管和高速电流镜检测激光器的“1”和“0”信号，并通过2个环路设定调制电流和偏置电流，来得到稳定、准确的激光器发光功率和消光比。
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种激光驱动器的双闭环控制电路，包括：
背光二极管PD，其负极与输入电压Vdd连接；
激光器LD，其正极与所述光电二极管PD的负极连接；
开关k1，由数据输入信号DATA控制；所述第一开关K1的一端与所述激光器LD的负极连接；
高速电流镜Icurrent_source，所述高速电流镜Icurrent_source的一端与所述背光二极管PD的正极连接；所述高速电流镜Icurrent_source的另一端接地；所述高速电流镜Icurrent_source的第一输出端与第一比较控制器的正极输入端连接；所述高速电流镜Icurrent_source的第二输出端与第二比较控制器的正极输入端连接；
所述第一比较控制器的负极输入端与设定的P0信号功率I_P0_set连接；所述第一比较控制器的输出端与第一数字处理单元和模数转换器连接；
所述第二比较控制器的负极输入端与设定的P1信号功率I_P1_set连接；所述第二比较控制器的输出端与第二数字处理单元和模数转换器连接；
所述第一数字处理单元和模数转换器的输出为控制偏置电流Ibias的输出信号，第二数字处理单元和模数转换器的输出为控制调制电流Imod的输出信号；所述控制偏置电流Ibias的输出信号、控制调制电流Imod的输出信号分别与所述开关k1的两端连接；
当第一比较控制器的输出始终为高电平时，所述控制偏置电流Ibias的输出信号增加；当第一比较控制器的输出为间隔的高电平时，所述控制偏置电流Ibias的输出信号增加；当第一比较控制器的输出始终为低电平时，所述控制偏置电流Ibias的输出信号减少；
当第二比较控制器的输出始终为高电平时，控制调制电流Imod的输出信号增加；当第二比较控制器的输出为间隔的高电平时，控制调制电流Imod的输出信号减小；当第二比较控制器的输出始终为低电平时，控制调制电流Imod的输出信号减小。
在一较佳实施例中：所述第一数字处理单元和模数转换器具体包括:
第一D锁存器，其与所述输入电压Vdd连接；所述第一D锁存器的时钟输入端与所述第一比较控制器的输出端连接；所述第一D锁存器在每次时钟信号CLK的上升沿到来时，Reset端给出一个负载脉冲信号，使所述D锁存器复位，输出低电平；
或门运算器OR，其第一输入端与所述第一D锁存器的输出端连接；第二输入端与所述第一比较控制器的输出端连接；
第二锁存器，其与所述或门运算器的输出端连接；
第一计算器counter，其输入端与第二锁存器的输出端连接；
第一DAC，其输入端与所述第一计算器counter的输出端连接。
在一较佳实施例中：所述第二数字处理单元和模数转换器具体包括:
第三D锁存器，其与所述输入电压Vdd连接；所述第三D锁存器的时钟输入端与所述第二比较控制器的输出端连接；所述第三D锁存器在每次时钟信号CLK的上升沿到来时，Reset端给出一个负载脉冲信号，使所述D锁存器复位，输出低电平；
与门运算器AND，其第一输入端通过一反相器与所述第三D锁存器的输出端连接；第二输入端与所述第二比较控制器的输出端连接；
第四锁存器，其与所述与门运算器的输出端连接；
第二计算器counter，其输入端与第四锁存器的输出端连接；
第二DAC，其输入端与所述第二计算器counter的输出端连接。
相较于现有技术，本发明具备以下有益效果：
本发明提供了提供了一种激光驱动器的双闭环控制电路，通过背光二极管和高速电流镜检测激光器的P1和P0信号，并通过2个环路设定调制电流和偏置电流，来得到稳定、准确的激光器发光功率和消光比。
附图说明
图1为本发明优选实施例整体电路图；
图2为本发明优选实施例中第一数字处理单元和模数转换器的电路图；
图3为本发明优选实施例中第二数字处理单元和模数转换器的电路图。
具体实施方式
下文结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
参考图1-3，本实施例提供一种激光驱动器的双闭环控制电路，包括：
背光二极管PD，其负极与输入电压Vdd连接；
激光器LD，其正极与所述光电二极管PD的负极连接；
开关k1，由数据输入信号DATA控制；所述第一开关K1的一端与所述激光器LD的负极连接；
高速电流镜Icurrent_source，所述高速电流镜Icurrent_source的一端与所述背光二极管PD的正极连接；所述高速电流镜Icurrent_source的另一端接地；所述高速电流镜Icurrent_source的第一输出端与第一比较控制器的正极输入端连接；所述高速电流镜Icurrent_source的第二输出端与第二比较控制器的正极输入端连接；
所述第一比较控制器的负极输入端与设定的P0信号功率I_P0_set连接；所述第一比较控制器的输出端与第一数字处理单元和模数转换器连接；
所述第二比较控制器的负极输入端与设定的P1信号功率I_P1_set连接；所述第二比较控制器的输出端与第二数字处理单元和模数转换器连接；
所述第一数字处理单元和模数转换器的输出为控制偏置电流Ibias的输出信号，第二数字处理单元和模数转换器的输出为控制调制电流Imod的输出信号；所述控制偏置电流Ibias的输出信号、控制调制电流Imod的输出信号分别与所述开关k1的两端连接；
其中，所述第一数字处理单元和模数转换器具体包括:
第一D锁存器，其与所述输入电压Vdd连接；所述第一D锁存器的时钟输入端与所述第一比较控制器的输出端连接；所述第一D锁存器在每次时钟信号CLK的上升沿到来时，Reset端给出一个负载脉冲信号，使所述D锁存器复位，输出低电平；
或门运算器OR，其第一输入端与所述第一D锁存器的输出端连接；第二输入端与所述第一比较控制器的输出端连接；
第二锁存器，其与所述或门运算器的输出端连接；
第一计算器counter，其输入端与第二锁存器的输出端连接；
第一DAC，其输入端与所述第一计算器counter的输出端连接。
所述第二数字处理单元和模数转换器具体包括:
第三D锁存器，其与所述输入电压Vdd连接；所述第三D锁存器的时钟输入端与所述第二比较控制器的输出端连接；所述第三D锁存器在每次时钟信号CLK的上升沿到来时，Reset端给出一个负载脉冲信号，使所述D锁存器复位，输出低电平；
与门运算器AND，其第一输入端通过一反相器与所述第三D锁存器的输出端连接；第二输入端与所述第二比较控制器的输出端连接；
第四锁存器，其与所述与门运算器的输出端连接；
第二计算器counter，其输入端与第四锁存器的输出端连接；
第二DAC，其输入端与所述第二计算器counter的输出端连接。
上述的激光驱动器的双闭环控制电路，其控制原理如下：背光二极管PD用于检测激光器LD发射的“0”信号功率P0和“1”信号功率P1。其中P0的检测会有以下3种情况：
1)背光二极管PD检测到的P1信号比I_P0_set电流低。此时，第一比较控制器输出电平P0_det始终为高，被检测电流低于设定值，因此需要增大偏置电流，第一DAC值需要增加。
2)背光二极管PD检测到的P1信号比I_P0_set电流高，P0信号电流比I_P0_set低。此时，第一比较控制器输出电平P0_det时高时低，但是因为P0信号电流比I_P0_set低，所以需要增大偏置电流，第一DAC值需要增加。
3)背光二极管PD检测到的P0信号比I_P0_set电流高。此时，第一比较器输出电平P0_det始终为低，因为“0”信号电流比I_P0_set高，所以需要减小偏置电流，第一DAC值需要减小。
因为要达到这三种要求，设计了第一数字处理单元和模数转换器电路：
当第一比较控制器的输出电平P0_det始终为高时，或门OR的输出为高电平，则第二锁存器D_LATCH的输出为高电平，第一计数器counter输出增加。
当一个时钟周期内，P0_det信号有高有低时，第一锁存器D_LATCH的输出为高电平，或门OR的输出为高电平，则第二锁存器D_LATCH的输出为高电平，计数器counter输出增加。
当P0_det始终为低时，或门OR的两个输入均为低，或门的输出为低，第二个锁存器D_LATCH的输出为低电平，计数器counter输出减小。
同样的，对于P1的检测也会有以下3种情况：
1)背光二极管PD检测到的P1信号始终比I_P1_set电流低。此时，第二比较控制器输出电平P1_det始终为高，因为P1信号比I_P1_set低，所以需要增加调制电流，第二DAC值需要增加。
2)背光二极管PD检测到的P1信号比I_P1_set电流高，P0信号比I_P1_set低。此时，第二比较控制器输出电平P1_det时高时低。因为P1信号比I_P1_set高，所以需要减小调制电流，第二DAC值需要减小。
3)背光二极管PD检测到的P0信号比I_P1_set电流高。此时，第二比较控制器输出电平P1_det始终为低。因为P1信号比I_P1_set高，所以需要减小调制电流，第二DAC值需要减小。
因为要达到这三种要求，设计了第二数字处理单元和模数转换器电路：
当P1_det始终为高时，第三锁存器D_LATCH输出保持为低电平，经反相器后为高电平，所以与门的两个输入均为高电平，与门的输出为高电平，则第四锁存器D_LATCH的输出为高电平，第二计数器counter输出增加。
当一个时钟周期内，P1_det信号有高有低时，第三锁存器D_LATCH的输出为高电平，经反相器输出为低，与门的输出为低，则第四锁存器D_LATCH的输出为低电平，第二计数器counter输出减小。
当P1_det始终为低时，与门输出为低，第四锁存器D_LATCH的输出为低电平，第二计数器counter输出减小。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实例所作的任何细微修改，等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种激光驱动器的双闭环控制电路，其特征在于包括：
光电二极管PD，其负极与输入电压Vdd连接；
激光器LD，其正极与所述光电二极管PD的负极连接；
开关k1，由数据输入信号DATA控制；所述开关k1的一端与所述激光器LD的负极连接；
高速电流镜Icurrent_source，所述高速电流镜Icurrent_source的一端与所述光电二极管PD的正极连接；所述高速电流镜Icurrent_source的另一端接地；所述高速电流镜Icurrent_source的第一输出端与第一比较控制器的正极输入端连接；所述高速电流镜Icurrent_source的第二输出端与第二比较控制器的正极输入端连接；
所述第一比较控制器的负极输入端与设定的P0信号功率I_P0_set连接；所述第一比较控制器的输出端与第一数字处理单元和模数转换器连接；
所述第二比较控制器的负极输入端与设定的P1信号功率I_P1_set连接；所述第二比较控制器的输出端与第二数字处理单元和模数转换器连接；
所述第一数字处理单元和模数转换器的输出为控制偏置电流Ibias的输出信号，第二数字处理单元和模数转换器的输出为控制调制电流Imod的输出信号；所述控制偏置电流Ibias的输出信号、控制调制电流Imod的输出信号分别与所述开关k1的两端连接；
当第一比较控制器的输出始终为高电平时，所述控制偏置电流Ibias的输出信号增加；当第一比较控制器的输出为间隔的高电平时，所述控制偏置电流Ibias的输出信号增加；当第一比较控制器的输出始终为低电平时，所述控制偏置电流Ibias的输出信号减少；
当第二比较控制器的输出始终为高电平时，控制调制电流Imod的输出信号增加；当第二比较控制器的输出为间隔的高电平时，控制调制电流Imod的输出信号减小；当第二比较控制器的输出始终为低电平时，控制调制电流Imod的输出信号减小。
2.根据权利要求1所述的一种激光驱动器的双闭环控制电路，其特征在于：所述第一数字处理单元和模数转换器具体包括:
第一D锁存器，其与所述输入电压Vdd连接；所述第一D锁存器的时钟输入端与所述第一比较控制器的输出端连接；所述第一D锁存器在每次时钟信号CLK的上升沿到来时，Reset端给出一个负载脉冲信号，使所述D锁存器复位，输出低电平；
或门运算器OR，其第一输入端与所述第一D锁存器的输出端连接；第二输入端与所述第一比较控制器的输出端连接；
第二锁存器，其与所述或门运算器的输出端连接；
第一计算器counter，其输入端与第二锁存器的输出端连接；
第一DAC，其输入端与所述第一计算器counter的输出端连接。
3.根据权利要求2所述的一种激光驱动器的双闭环控制电路，其特征在于：所述第二数字处理单元和模数转换器具体包括:
第三D锁存器，其与所述输入电压Vdd连接；所述第三D锁存器的时钟输入端与所述第二比较控制器的输出端连接；所述第三D锁存器在每次时钟信号CLK的上升沿到来时，Reset端给出一个负载脉冲信号，使所述D锁存器复位，输出低电平；
与门运算器AND，其第一输入端通过一反相器与所述第三D锁存器的输出端连接；第二输入端与所述第二比较控制器的输出端连接；
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第二计算器counter，其输入端与第四锁存器的输出端连接；
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