CN108206449A - 激光器驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光器驱动电路，包括：电源电路，其中，所述电源电路连接有一电压转换电路，用以进行正压到负压的转换；还包括：一与所述电源电路连接的温度控制电路，用以根据环境温度变化对激光器内部的热电制冷器进行控制；激光器偏置电路所述电源电路还连接有一自动功率控制电路，所述自动功率控制电路与一激光器偏置电路连接，用以根据激光器内部集成的监控探测器输出的电压，反馈控制所述激光器偏置电路。本发明通过激光器偏置电路与温度控制电路协同工作，使激光器偏置电流动态调节，确保激光器输出光功率稳定，实现了低噪声、高集成度、高可靠性及宽温度范围工作。

Description

激光器驱动电路

技术领域

本发明涉及一种驱动电路，尤其涉及一种用于光载无线通信的直接调制激光器驱动电路。

背景技术

当前，与无线通信相比，光纤通信具有损耗低、频带宽、抗电磁干扰能力强等特点，提供了海量的带宽和超高速的速率。相比较无线电波在空间和传输线中的损耗，光纤通信损耗非常低。光纤可以提供潜在带宽达到20THz的超宽的带宽窗口，并在长距离内保持低损耗，但是缺乏灵活的接入方式及可移动性。

为了满足通信的大带宽、灵活分配方式，将微波通信技术与光纤通信技术相结合，Radio over Fiber(RoF)技术应运而生。RoF技术既利用了光纤的超宽带宽、超低损耗和不受电磁干扰等优点，又利用了移动接入随时、随地、方便灵活的优势，实现大容量、超高速、低成本的射频信号有线传输和超宽带无线接入通信。RoF技术主要应用领域包括宽带接入网、智能交通系统、射电天文学、军事、国防、航空、航天等。

对于RoF通信链路而言，发射模块的作用是将电信号调制到光载波上，通过光纤传输到接收端，是RoF通信链路中最重要的器件之一。发射模块质量、性能的好坏，除与激光器有关外，稳定可靠的驱动电路是其正常工作的重要保证。激光器受温度等环境因素的影响，其输出光功率、波长稳定性等均易受到影响，因此体积小、高稳定度、高精度、高可靠的驱动电路成为亟待解决的问题。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种小体积、高精度控制、宽温度范围稳定的激光器驱动电路。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种激光器驱动电路，包括：电源电路，其中，所述电源电路连接有一电压转换电路，用以进行正压到负压的转换；还包括：一与所述电源电路连接的温度控制电路，用以根据环境温度变化对激光器内部的热电制冷器进行控制；所述电源电路还连接有一自动功率控制电路，所述自动功率控制电路与一激光器偏置电路连接，用以根据激光器内部集成的监控探测器输出的电压，反馈控制所述激光器偏置电路。

优选的，所述激光器偏置电路采用三极管实现偏置电流输出。

优选的，所述电压转换电路具有一+5V电压输入端、一-5.2V电压输出端。

优选的，所述激光器偏置电路包括：所述三极管的发射极连接有第十九电阻；所述电压转换电路输出的负压端与所述第十九电阻连接。

优选的，所述温度控制电路包括：桥式电路、电压跟随电路、积分电路、热电制冷器电流输出电路。

优选的，所述桥式电路包括：第四电阻、第一电阻、第二电阻串联在一接地端与激光器的负系数热敏电阻与接地端之间；所述第一电阻、所述第二电阻之间接入所述电源电路供电，所述第一电阻与所述第四电阻之间输出桥式电路参考电压。

优选的，所述积分电路对激光器热敏电阻两端的电压在长时间范围内进行积分，防止电压快速变化，所述积分电路输出积分电路输出电压。

优选的，所述热电制冷器电流控制电路包括：由控制芯片组成，所述积分电路输出电压输入所述控制芯片的正输入端，所述桥式电路输出电压输入所述控制芯片的负输入端，所述控制芯片根据正输入端与负输入端的电压差，完成热电制冷器电流的同向或反向输出，控制激光器内部热电制冷器元件制冷或制热，实现激光器在宽温度范围内工作。

优选的，所述激光器偏置电路还包括：所述三极管的基极连接有一第十七电阻；所述三极管的集电极电流为激光器的偏置电流。

优选的，所述自动功率控制电路包括：第十八电阻、反向比例放大电路、加减法混合运算放大电路，光电二极管阴极经过第十八电阻将电流信号转换成为电压监控信号，将电压监控信号通过反向比例放大电路放大，之后通过加减法混合运算放大电路供给所述第十七电阻。

本发明激光器驱动电路较之于现有技术，有效解决了现有技术中存在的体积、精度、稳定性、可靠性等亟待解决的问题，通过与单电源连接的电压转换电路、激光器偏置电路、温度控制电路和自动功率控制电路形成驱动电路，通过激光器偏置电路与温度控制电路协同工作，使得激光器偏置电流动态调节，确保激光器输出光功率稳定，实现了低噪声、高集成度、高可靠性及宽温度范围工作的技术效果。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的电路框图；

图2是本发明的激光器的电路图；

图3是本发明的激光器偏置电路与自动功率控制电路的电路图；

图4是本发明的电压转换电路的电路图；

图5是本发明的桥式电路的电路图；

图6是本发明的电压跟随电路及积分电路的电路图；

图7是本发明的热电制冷器电流输出电路的电路图。

具体实施方式

如图所示，图1是本发明的电路框图，一种激光器驱动电路，包括：电源电路11，驱动电路采用+5V单电源电路11供电，满足驱动电路供电要求；其中，电源电路11连接有一电压转换电路12，用以进行正压到负压的转换，还包括：一与电源电路11连接的温度控制电路14，用以根据环境温度变化对激光器内部的热电制冷器进行控制；电源电路11还连接有一自动功率控制电路13，自动功率控制电路13与激光器偏置电路15连接，用以根据激光器内部集成的监控探测器输出的电压，反馈控制激光器偏置电路15。

如图所示，图2是本发明的激光器的电路图，本发明应用在的激光器可以包括以下几个引脚：

引脚1：正系数热敏电阻(Thermistor+)，引脚2：负系数热敏电阻(Thermistor-)，引脚3：激光器直流负极(DC Laser Bias-)，引脚4：光电二极管阳极(MPD Anode)，引脚5：光电二极管阴极(MPD Cathode)，引脚6：热电制冷器阳极(TEC+)，引脚7：热电制冷器阴极(TEC-)。

进一步的，电压转换电路12具有一+5V电压输入端、一-5.2V电压输出端。

如图所示，图3是本发明的激光器偏置电路与自动功率控制电路的电路图，进一步的，激光器偏置电路采用三极管实现偏置电流输出。自动功率控制电路13与激光器偏置电路共同工作。

进一步的，激光器偏置电路15包括：一三极管，三极管的发射极连接有第十九电阻(R19)，三极管的基极连接有一第十七电阻(R17)；三极管的集电极电流为激光器的偏置电流。根据激光器特性，设置三极管集电极电流为激光器偏置电流，激光器稳定工作时，基极电阻R17处电压UB为0V。

进一步的，电压转换电路12输出的负压端与第十九电阻(R19)连接。

具体的，可以通过电压转换芯片将输入的正电压转换得到负电压；电压转换芯片可以选用SOT23封装的电压转换芯片，采用+5V电压输入，输出-5V电压。

具体的，如图所示，图4是本发明的电压转换电路的电路图，电压转换电路12可以包括：第一电感(L1)、第二电感(L2)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第四电容(C4)、第五电容(C5)、第三电阻(R3)、第五电阻(R5)、第一二极管(D1)按照图4所示的方式与电压转换芯片连接。

进一步的，自动功率控制电路13包括：第十八电阻(R18)、反向比例放大电路、加减法混合运算放大电路，光电二极管阴极经过第十八电阻将电流信号转换成为电压监控信号，将电压监控信号通过反向比例放大电路放大，之后通过加减法混合运算放大电路供给第十七电阻。

具体的，自动功率控制电路13还可以包括：第十四电阻(R14)、第十三电路(R13)、第二十电阻(R20)、第十五电阻(R15)、地十六电阻(R16)、第二十一电阻(R21)、第三运算放大器(U3C)、第四运算放大器(U3D)按照图3所示的方式连接。激光器内置的PD监控激光器的输出光功率，PD完成光电转换并实现光电流的输出，光电流流过电阻R18将电流信号转换为电压监控信号，电压监控信号输入反向比例放大电路进行放大，经反向放大后经加减法混合运算放大电路，将电压监控信号供给电阻R17处电压UB，通过改变UB电压改变三极管基极电流，从而实现三极管集电极偏置电流的改变，即实现激光器偏置电流的动态调整。

进一步的，温度控制电路14包括：桥式电路、电压跟随电路、积分电路、热电制冷器电流输出电路，构成一个闭环反馈控制系统。

如图所示，图5是本发明的桥式电路的电路图，进一步的，桥式电路包括：第四电阻(R4)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)串联在一接地端与激光器的负系数热敏电阻与接地端之间；第一电阻、第二电阻之间接入电源电路11+5V供电，第一电阻与第四电阻之间电压为2.5V接入TEC控制芯片的7脚；常温下热敏电阻两端电压为2.5V，当温度变化时，热敏电阻两端电压发生变化。从而有效避免因供电电压变化导致参考电压与热敏电阻两端电压不相等的问题。桥式电路利用热敏电阻将温度的变化转换为热敏电阻本身阻抗的变化，阻抗的变化可通过其两端电压的变化反映出来，热敏电阻两端的电压信号输入电压跟随电路，实现高输入阻抗、低输出阻抗，提高带负载能力。光电二极管阴极还通过一第三电容(C3)接地。

如图所示，图6是本发明的电压跟随电路及积分电路的电路图，进一步的，积分电路对激光器热敏电阻两端的电压在长时间范围内进行积分，防止电压快速变化；有效防止因电压快速变化导致电路电流波动较大，积分电路输出电压信号输入TEC控制芯片的6脚。

具体的，电压跟随电路及积分电路包括：第一运算放大器(U3A)、第二运算放大器(U3B)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第九电阻(R9)、第十电阻(R10)、第十电容(C10)按照图6所示的方式连接。

如图所示，图7是本发明的热电制冷器电流输出电路的电路图，进一步的，热电制冷器电流控制电路包括：由控制芯片(TEC控制芯片)组成，积分电路输出电压输入控制芯片的正输入端(TEC控制芯片的6脚)，桥式电路输出电压输入所述控制芯片的负输入端(TEC控制芯片的7脚)，控制芯片根据正输入端与负输入端的电压差，完成热电制冷器电流的同向或反向输出，控制激光器内部热电制冷器元件制冷或制热，实现激光器在宽温度范围内工作。具体的，热电制冷器电流控制电路包括：控制芯片(DVR591)、第六电容(C6)、第七电容(C7)、第八电容(C8)、第九电容(C9)、第十一电容(C11)、第十二电容(C12)、第十三电容(C13)、第十四电容(C14)、第三电感(L3)、第四电感(L4)、第十一电阻(R11)按照图7的方式连接。

具体的，桥式电路参考电压及积分电路输出电压在TEC控制芯片中进行比较，对得到的偏差进行分析比较，当6脚和7脚压差为正时，电流由TEC控制芯片的TEC+流向TEC-，当6脚和7脚压差为负时，电流由TEC控制芯片的TEC-流向TEC+，输出电流的大小与6脚和7脚压差成正比，输出电流流入激光器中TEC元件，TEC元件根据电流的流向制热或者制冷，从而实现对温度的自动控制功能。

进一步的，自动功率控制电路13可以连接激光器偏置电路15，用以提供激光器正常工作所需的偏置电流。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种激光器驱动电路，包括：电源电路，其特征在于，所述电源电路连接有一电压转换电路，用以进行正压到负压的转换；还包括：一与所述电源电路连接的温度控制电路，用以根据环境温度变化对激光器内部的热电制冷器进行控制；所述电源电路还连接有一自动功率控制电路，所述自动功率控制电路与一激光器偏置电路连接，用以根据激光器内部集成的监控探测器输出的电压，反馈控制所述激光器偏置电路。

2.如权利要求1所述的激光器驱动电路，其特征在于，所述激光器偏置电路采用三极管实现偏置电流输出。

3.如权利要求1所述的激光器驱动电路，其特征在于，所述电压转换电路具有一+5V电压输入端、一-5.2V电压输出端。

4.如权利要求2所述的激光器驱动电路，其特征在于，所述激光器偏置电路包括：所述三极管的发射极连接有第十九电阻；所述电压转换电路输出的负压端与所述第十九电阻连接。

5.如权利要求1所述的激光器驱动电路，其特征在于，所述温度控制电路包括：桥式电路、电压跟随电路、积分电路、热电制冷器电流输出电路。

6.如权利要求5述的激光器驱动电路，其特征在于，所述桥式电路包括：第四电阻、第一电阻、第二电阻串联在一接地端与激光器的负系数热敏电阻与接地端之间；所述第一电阻、所述第二电阻之间接入所述电源电路供电，所述第一电阻与所述第四电阻之间输出桥式电路参考电压。

7.如权利要求6所述的激光器驱动电路，其特征在于，所述积分电路对激光器热敏电阻两端的电压在长时间范围内进行积分，防止电压快速变化，所述积分电路输出积分电路输出电压。

8.如权利要求7所述的激光器驱动电路，其特征在于，所述热电制冷器电流控制电路包括：由控制芯片组成，所述积分电路输出电压输入所述控制芯片的正输入端，所述桥式电路输出电压输入所述控制芯片的负输入端，所述控制芯片根据正输入端与负输入端的电压差，完成热电制冷器电流的同向或反向输出，控制激光器内部热电制冷器元件制冷或制热，实现激光器在宽温度范围内工作。

9.如权利要求4所述的激光器驱动电路，其特征在于，所述激光器偏置电路还包括：所述三极管的基极连接有一第十七电阻；所述三极管的集电极电流为激光器的偏置电流。

10.如权利要求9所述的激光器驱动电路，其特征在于，所述自动功率控制电路包括：第十八电阻、反向比例放大电路、加减法混合运算放大电路，光电二极管阴极经过第十八电阻将电流信号转换成为电压监控信号，将电压监控信号通过反向比例放大电路放大，之后通过加减法混合运算放大电路供给所述第十七电阻。