CN109088306A - 激光二极管驱动器消光比控制的控制电路及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光二极管驱动器消光比控制的控制电路，包括一电流采样比较器单元，用于对所述光电二极管PD中的输出光电流IMPD进行取样，并且分别与参考电流IREF的峰值IREF+和谷值IREF‑进行比较，分离取样获得光电流IMPD的峰值IMPD+和谷值IMPD‑；一数字控制单元，根据所述峰值IMPD+和谷值IMPD‑之间的关系，确定激光二极管LD的消光比，并且与消光比参数的目标值进行对照，对电流IMOD进行相应的调整，实现对激光二极管LD消光比的控制；还公开了一种激光二极管驱动器消光比控制的控制方法，通过本发明能够直接接取样背光二极管PD光电流信号，实时高精度控制消光比参数，消除环境温度变化对消光比参数的影响。

Description

激光二极管驱动器消光比控制的控制电路及其方法
技术领域
本发明属于激光器消光比控制技术领域，具体涉及一种激光二极管驱动器消光比控制的控制电路及其方法。
背景技术
激光发射机是光纤传输系统中的重要组成部分，其作用是将高速数据信号经过转换处理，输出差分电流信号驱动激光二极管LD发出光信号，用于长距离传输。激光二极管LD驱动器是激光发射机的核心电路。
在高速激光二极管LD驱动器设计中，激光器平均光功率和消光比是两个非常重要的光学参数，这些光学参数来自激光二极管LD的光功率-电流曲线的斜率和阈值电流，其特点就是参数随温度而变化，为了保持系统稳定工作，就必须控制好这两个参数。
现有电路设计中，平均光功率控制方式很多，各有特点，但关于消光比控制的方法并不多，大部分采用数字温度查表和K因子补偿方式来实现，虽然可以实现对激光器全温度范围的消光比控制，但精度很差，参数误差在2dB以上，不同激光器之间的参数误差会更大。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种不受温度变化影响和高精度的激光二极管驱动器消光比控制的控制电路及其方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种激光二极管驱动器消光比控制的控制电路，其包括：
一激光二极管LD，用于在电流IBIAS和电流IMOD的驱动下发出光信号；
一光电二极管PD，用于采样所述激光二极管LD发出的光信号，转换输出光电流IMPD；
一电阻R1和耦合电容C1，用于防止所述激光二极管LD的光信号出现过冲现象，
一电流采样比较器单元，用于对所述光电二极管PD中的输出光电流IMPD进行取样，并且分别与参考电流IREF的峰值IREF+和谷值IREF-进行比较，分离取样获得光电流IMPD的峰值IMPD+和谷值IMPD-；
一数字控制单元，根据所述峰值IMPD+和谷值IMPD-之间的关系，确定激光二极管LD的消光比，并且与消光比参数的目标值进行对照，对电流IMOD进行相应的调整，实现对激光二极管LD消光比的控制。
上述方案中，所述电流采样比较器电路包括第一比较器、第二比较器、递加器、递减器、第一NMOS管、第二NMOS管、第一PMOS管、第二PMOS管、第三NMOS管、第三PMOS管、第四NMOS管；其中，所述第一NMOS管的漏极和栅极相连，同时与光电二极管PD的正极相连，源极接地，采样光电二极管PD的电流；所述第二NMOS管的漏极与第一PMOS管的漏极相连，栅极与第一NMOS管的栅极相连，源极接地，镜像第一NMOS管的电流；所述第一PMOS管的漏极和栅极相连，与第二NMOS管的漏极相连，源极接电源；所述第二PMOS管的漏极与第三NMOS管的漏极相连，栅极与第一PMOS管的栅极相连，源极接电源；所述第三NMOS管的源极接地，栅极接递加器的输出端；所述第三PMOS管的漏极与第四NMOS管的漏极相连，栅极与第一PMOS管的栅极相连，源极接电源；所述第四NMOS管的源极接地，栅极接递减器的输出端；所述第一比较器输入正端与第二PMOS管的漏极与第三NMOS管的公共端相连，输入负端接1.2V电压；所述第二比较器输入正端与第三PMOS管的漏极与第四NMOS管的公共端相连，输入负端接1.2V电压；所述第一比较器、递加器、第三NMOS管组合在一起，获取MPD电流的峰值IMPD+；所述第二比较器、递减器、第四NMOS管组合在一起，获取MPD电流的谷值IMPD-。
上述方案中，所述数字控制单元单元包括除法器、MOD调制电流控制器、第五NMOS管；其中，所述第五NMOS管的源极接地，栅极与MOD调制电流控制器的输出端相连，漏极与激光二极管LD的负极相连；所述除法器的输入正端是IMPD+，输入负端是IMPD-，输出端与MOD调制电流控制器的输入端相连。
上述方案中，所述电阻R1和耦合电容C1依次串联并且一端接于激光二极管LD的输出端，一端接地。
本发明实施例还提供一种激光二极管驱动器消光比控制的控制方法，该方法为：电流采样比较器单元对光电二极管PD中的输出光电流IMPD进行取样，并且分别与参考电流IREF的峰值IREF+和谷值IREF-进行比较，分离取样获得光电流IMPD的峰值IMPD+和谷值IMPD-；数字控制单元根据所述峰值IMPD+和谷值IMPD-之间的关系，确定激光二极管LD的消光比，并且与消光比参数的目标值进行对照，对电流IMOD进行相应的调整，实现对激光二极管LD消光比的控制。
上述方案中，所述电流采样比较器单元对光电二极管PD中的输出光电流IMPD进行取样，并且分别与参考电流IREF的峰值IREF+和谷值IREF-进行比较，分离取样获得光电流IMPD的峰值IMPD+和谷值IMPD-，具体为：通过第三NMOS管提供一个可变电流IREF+，与第二PMOS管的采样电流IMPD进行比较，根据第一比较器的输出结果不断调整递加器，增加第三NMOS管的电流IREF+，直到IREF+大于IMPD的任何值，这时最后的IREF+就是需要的IMPD+；同理，通过第四NMOS管提供一个可变电流IREF-，与第三PMOS管的采样电流IMPD进行比较，根据第二比较器的输出结果不断调整递减器，减小第四NMOS管的电流IREF-，直到IREF-小于IMPD的任何值，这时最后的IREF-就是需要的IMPD-。
上述方案中，所述数字控制单元根据所述峰值IMPD+和谷值IMPD-之间的关系，确定激光二极管LD的消光比，具体为：采用除法器对峰值IMPD+和谷值IMPD-进行处理，获得峰值IMPD+和谷值IMPD-相除的比值，也就是激光二极管LD的消光比。
上述方案中，所述消光比与消光比参数的目标值进行对照，对电流IMOD进行相应的调整，具体为：根据所述激光二极管LD的消光比与消光比参数目标值进行对比，如果消光比参数目标值小于消光比，则减小电流IMOD，反之，消光比参数目标值大于消光比，则增加电流IMOD。
与现有技术相比，本发明中的电流采样比较器单元对光电二极管PD中的输出光电流IMPD进行取样，同时从取样MPD电流信号中分离出其中的峰值和谷值；数字控制单元根据IMPD+和IMPD-之间的比例关系，计算激光二极管LD的消光比，与消光比参数的目标值进行对照，对IMOD电流进行相应的调整，这样，本发明能够直接接取样背光二极管PD光电流信号，实时高精度控制消光比参数，消除环境温度变化对消光比参数的影响。
附图说明
图1为本发明实施例提供一种激光二极管驱动器消光比控制的控制电路的电路图；
图2为本发明实施例提供一种激光二极管驱动器消光比控制的控制电路中电流采样比较单元和数字控制单元的电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种激光二极管驱动器消光比控制的控制电路，如图1所示，其包括：
一激光二极管LD，用于在电流IBIAS和电流IMOD的驱动下发出光信号；
一光电二极管PD，用于采样所述激光二极管LD发出的光信号，转换输出光电流IMPD；
一电阻R1和耦合电容C1，用于防止所述激光二极管LD的光信号出现过冲现象，
一电流采样比较器单元10，用于对所述光电二极管PD中的输出光电流IMPD进行取样，并且分别与参考电流IREF的峰值IREF+和谷值IREF-进行比较，分离取样获得光电流IMPD的峰值IMPD+和谷值IMPD-；
一数字控制单元20，根据所述峰值IMPD+和谷值IMPD-之间的关系，确定激光二极管LD的消光比，并且与消光比参数的目标值进行对照，对电流IMOD进行相应的调整，实现对激光二极管LD消光比的控制。
进一步地，所述电流采样比较器电路10包括第一比较器101、第二比较器103、递加器102、递减器104、第一NMOS管105、第二NMOS管106、第一PMOS管107、第二PMOS管108、第三NMOS管109、第三PMOS管110、第四NMOS管111；其中，所述第一NMOS管105的漏极和栅极相连，同时与光电二极管PD的正极相连，源极接地，采样光电二极管PD的电流；所述第二NMOS管106的漏极与第一PMOS管107的漏极相连，栅极与第一NMOS管105的栅极相连，源极接地，镜像第一NMOS管105的电流；所述第一PMOS管107的漏极和栅极相连，与第二NMOS管106的漏极相连，源极接电源；所述第二PMOS管108的漏极与第三NMOS管109的漏极相连，栅极与第一PMOS管107的栅极相连，源极接电源；第三NMOS管109的源极接地，栅极接递加器102的输出端；所述第三PMOS管110的漏极与第四NMOS管111的漏极相连，栅极与第一PMOS管107的栅极相连，源极接电源；所述第四NMOS管的源极接地，栅极接递减器104的输出端；第一比较器101输入正端与第二PMOS管108的漏极与第三NMOS管109的公共端相连，输入负端接1.2V电压；所述第二比较器103输入正端与第三PMOS管110的漏极与第四NMOS管111的公共端相连，输入负端接1.2V电压；所述第一比较器101、递加器102、第三NMOS管109组合在一起，获取MPD电流的峰值IMPD+；所述第二比较器103、递减器104、第四NMOS管111组合在一起，获取MPD电流的谷值IMPD-。
进一步地，所述数字控制单元单元20包括除法器201、MOD调制电流控制器202、第五NMOS管203；其中，所述第五NMOS管203的源极接地，栅极与MOD调制电流控制器202的输出端相连，漏极与激光二极管LD的负极相连；所述除法器201的输入正端是IMPD+，输入负端是IMPD-，输出端与MOD调制电流控制器202的输入端相连。
进一步地，所述电阻R1和耦合电容C1依次串联并且一端接于激光二极管LD的输出端，一端接地。
本发明的工作原理：
假设光电二极管PD的反馈光电流是IMPD，IREF+初值是0，IREF-初值是最大电流值；
第一NMOS管105和第二NMOS管106是电流镜结构，第二NMOS管106的电流全部流过第一PMOS管107中，
因此，I107＝I106＝I105＝IMPD；
第二PMOS管108和第三PMOS管110工作在饱和区时，第一PMOS管107和第二PMOS管108、第三PMOS管110是电流镜，
因此，I108＝I110＝I107；
而I107＝I106＝I105＝IMPD，
因此，I108＝I110＝IMPD；
第二PMOS管108的电流全部流过第三NMOS管109中，而第三NMOS管109流过的电流大小受递加器控制，因此，第二PMOS管108工作在深线性区，第二PMOS管108的漏极电压很高，第一比较器101输出高电平，递加器102每次读取第一比较器101的输出结果，增加第三NMOS管109的电流值，直到获取到第二PMOS管108的峰值，也就是MPD电流的峰值IMPD+；
第三PMOS管110的电流全部流过第四NMOS管111中，而第四NMOS管111流过的电流大小受递减器控制，因此，第四NMOS管111工作在深线性区，第四NMOS管111的漏极电压很低，第二比较器103输出低电平，递减器104每次读取比较器33的输出结果，减少第四NMOS管111的电流值，直到获取到第三PMOS管110的谷值，也就是MPD电流的峰值IMPD-；
IMPD+和IMPD-进入到除法器201，输出得到IMPD+和IMPD-的比例关系，也就是激光二极管LD的消光比大小。
MOD调制电流控制器202对照激光器消光比目标值，判断激光二极管LD发光消光比是否需要调整，如果消光比偏小，增加IMOD电流值，如果消光比偏大，减小IMOD电流值，调整IMOD电流值后，激光二极管LD输出的光强度峰值和谷值也会随之改变；电流采样比较器及数字控制单元模块则开始下一次的反馈控制，保证消光比控制的实时性和精确性。
本发明实施例还提供一种激光二极管驱动器消光比控制的控制方法，该方法为：电流采样比较器单元10对光电二极管PD中的输出光电流IMPD进行取样，并且分别与参考电流IREF的峰值IREF+和谷值IREF-进行比较，分离取样获得光电流IMPD的峰值IMPD+和谷值IMPD-；数字控制单元20根据所述峰值IMPD+和谷值IMPD-之间的关系，确定激光二极管LD的消光比，并且与消光比参数的目标值进行对照，对电流IMOD进行相应的调整，实现对激光二极管LD消光比的控制。
所述电流采样比较器单元对光电二极管PD中的输出光电流IMPD进行取样，并且分别与参考电流IREF的峰值IREF+和谷值IREF-进行比较，分离取样获得光电流IMPD的峰值IMPD+和谷值IMPD-，具体为：通过第三NMOS管109提供一个可变电流IREF+，与第二PMOS管108的采样电流IMPD进行比较，根据第一比较器101的输出结果不断调整递加器102，增加第三NMOS管109的电流IREF+，直到IREF+大于IMPD的任何值，这时最后的IREF+就是需要的IMPD+；同理，通过第四NMOS管111提供一个可变电流IREF-，与第三PMOS管110的采样电流IMPD进行比较，根据第二比较器103的输出结果不断调整递减器104，减小第四NMOS管111的电流IREF-，直到IREF-小于IMPD的任何值，这时最后的IREF-就是需要的IMPD-。
所述数字控制单元根据所述峰值IMPD+和谷值IMPD-之间的关系，确定激光二极管LD的消光比，具体为：峰值IMPD+和谷值IMPD-就是激光二极管LD电流峰值的反映，而消光比就是电流峰峰值得比值；采用除法器201，对峰值IMPD+和谷值IMPD-进行处理，得到峰值IMPD+和谷值IMPD-相除的比值。也就是激光二极管LD的消光比。
所述消光比与消光比参数的目标值进行对照，对电流IMOD进行相应的调整，具体为：根据权利要求7中得到的激光二极管LD消光比，与消光比参数目标值进行对比，如果消光比参数目标值偏小，则减小电流IMOD，如果消光比参数目标值偏大，则增加电流IMOD。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种激光二极管驱动器消光比控制的控制电路，其特征在于，其包括：
一激光二极管LD，用于在电流IBIAS和电流IMOD的驱动下发出光信号；
一光电二极管PD，用于采样所述激光二极管LD发出的光信号，转换输出光电流IMPD；
一电阻R1和耦合电容C1，用于防止所述激光二极管LD的光信号出现过冲现象，
一电流采样比较器单元，用于对所述光电二极管PD中的输出光电流IMPD进行取样，并且分别与参考电流IREF的峰值IREF+和谷值IREF-进行比较，分离取样获得光电流IMPD的峰值IMPD+和谷值IMPD-；
一数字控制单元，根据所述峰值IMPD+和谷值IMPD-之间的关系，确定激光二极管LD的消光比，并且与消光比参数的目标值进行对照，对电流IMOD进行相应的调整，实现对激光二极管LD消光比的控制。
2.根据权利要求1所述的一种激光二极管驱动器消光比控制的控制电路，其特征在于，所述电流采样比较器电路包括第一比较器、第二比较器、递加器、递减器、第一NMOS管、第二NMOS管、第一PMOS管、第二PMOS管、第三NMOS管、第三PMOS管、第四NMOS管；其中，所述第一NMOS管的漏极和栅极相连，同时与光电二极管PD的正极相连，源极接地，采样光电二极管PD的电流；所述第二NMOS管的漏极与第一PMOS管的漏极相连，栅极与第一NMOS管的栅极相连，源极接地，镜像第一NMOS管的电流；所述第一PMOS管的漏极和栅极相连，与第二NMOS管的漏极相连，源极接电源；所述第二PMOS管的漏极与第三NMOS管的漏极相连，栅极与第一PMOS管的栅极相连，源极接电源；所述第三NMOS管的源极接地，栅极接递加器的输出端；所述第三PMOS管的漏极与第四NMOS管的漏极相连，栅极与第一PMOS管的栅极相连，源极接电源；所述第四NMOS管的源极接地，栅极接递减器的输出端；所述第一比较器输入正端与第二PMOS管的漏极与第三NMOS管的公共端相连，输入负端接1.2V电压；所述第二比较器输入正端与第三PMOS管的漏极与第四NMOS管的公共端相连，输入负端接1.2V电压；所述第一比较器、递加器、第三NMOS管组合在一起，获取MPD电流的峰值IMPD+；所述第二比较器、递减器、第四NMOS管组合在一起，获取MPD电流的谷值IMPD-。
3.根据权利要求1或2所述的一种激光二极管驱动器消光比控制的控制电路，其特征在于，所述数字控制单元单元包括除法器、MOD调制电流控制器、第五NMOS管；其中，所述第五NMOS管的源极接地，栅极与MOD调制电流控制器的输出端相连，漏极与激光二极管LD的负极相连；所述除法器的输入正端是IMPD+，输入负端是IMPD-，输出端与MOD调制电流控制器的输入端相连。
4.根据权利要求3所述的一种激光二极管驱动器消光比控制的控制电路，其特征在于：所述电阻R1和耦合电容C1依次串联并且一端接于激光二极管LD的输出端，一端接地。
5.一种激光二极管驱动器消光比控制的控制方法，其特征在于，该方法为：电流采样比较器单元对光电二极管PD中的输出光电流IMPD进行取样，并且分别与参考电流IREF的峰值IREF+和谷值IREF-进行比较，分离取样获得光电流IMPD的峰值IMPD+和谷值IMPD-；数字控制单元根据所述峰值IMPD+和谷值IMPD-之间的关系，确定激光二极管LD的消光比，并且与消光比参数的目标值进行对照，对电流IMOD进行相应的调整，实现对激光二极管LD消光比的控制。
6.根据权利要求5所述的一种激光二极管驱动器消光比控制的控制方法，其特征在于，所述电流采样比较器单元对光电二极管PD中的输出光电流IMPD进行取样，并且分别与参考电流IREF的峰值IREF+和谷值IREF-进行比较，分离取样获得光电流IMPD的峰值IMPD+和谷值IMPD-，具体为：通过第三NMOS管提供一个可变电流IREF+，与第二PMOS管的采样电流IMPD进行比较，根据第一比较器的输出结果不断调整递加器，增加第三NMOS管的电流IREF+，直到IREF+大于IMPD的任何值，这时最后的IREF+就是需要的IMPD+；同理，通过第四NMOS管提供一个可变电流IREF-，与第三PMOS管的采样电流IMPD进行比较，根据第二比较器的输出结果不断调整递减器，减小第四NMOS管的电流IREF-，直到IREF-小于IMPD的任何值，这时最后的IREF-就是需要的IMPD-。
7.根据权利要求5或6所述的一种激光二极管驱动器消光比控制的控制方法，其特征在于，所述数字控制单元根据所述峰值IMPD+和谷值IMPD-之间的关系，确定激光二极管LD的消光比，具体为：采用除法器对峰值IMPD+和谷值IMPD-进行处理，获得峰值IMPD+和谷值IMPD-相除的比值，也就是激光二极管LD的消光比。
8.根据权利要求7所述的一种激光二极管驱动器消光比控制的控制方法，其特征在于，所述消光比与消光比参数的目标值进行对照，对电流IMOD进行相应的调整，具体为：根据所述激光二极管LD的消光比与消光比参数目标值进行对比，如果消光比参数目标值小于消光比，则减小电流IMOD，反之，消光比参数目标值大于消光比，则增加电流IMOD。
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