CN110098561B - 一种eml激光器偏置电流控制装置、系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种EML激光器偏置电流控制装置、系统及控制方法，装置包括主控模块、或非门电路、DC‑DC模块、负载开关模块、电流检测电路以及电流镜单元电路，采用外部DC‑DC模块控制偏置电流，可适用于较大偏置电流激光器，同时减少对内部集成大电流IDAC芯片的依赖，降低生产成本，大大提高了对激光器控制的兼容性。
Description
技术领域
本发明涉及光模块技术领域，尤其涉及一种EML激光器偏置电流控制装置、系统及控制方法。
背景技术
电吸收调制(EML)激光器，是光模块重要的器件。通过偏置电流(BIAS)控制EML激光器的工作，偏置电流与光模块的光功率成正比，光功率越大，则所需的偏置电流越大，目前市面上多采用的是在MCU内部集成大电流的IDAC芯片，输出偏置电流对EML激光器进行控制，然而集成IDAC芯片输出电流有限，一般情况下不足100mA，对于无法满足大功率光模块的使用需求，此外，在MCU内部集成IDAC芯片成本较高。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的MCU内部集成IDC芯片输出电流有限，成本高的问题，提出一种EML激光器偏置电流控制装置、系统及控制方法，能够实现光模块偏置电流的有效控制，并能够降低生产成本。
一种EML激光器偏置电流控制装置，包括主控模块、或非门电路、DC-DC模块、负载开关模块、电流检测电路以及电流镜单元电路；
所述主控模块与所述DC-DC模块和或非门电路连接，所述或非门电路与所述负载开关模块连接，所述DC-DC模块依次与所述负载开关模块以及电流检测电路连接，所述电流检测电路还与所述主控模块连接，所述电流镜单元电路与所述主控模块连接；
所述主控模块用于控制所述DC-DC模块输出电压信号；
所述负载开关模块用于控制所述电压信号输入至所述电流检测电路；
所述电流检测电路用于根据所述电压信号生成偏置电流，所述偏置电流用于驱动EML激光器工作；
所述电流镜单元电路用于采集EML激光器的背光二极管的光电流信号发送至所述主控模块；
所述主控模块还用于采集所述电压信号、偏置电流以及光电流信号，并根据所述光电流信号判断所述EML激光器是否稳定工作，如果不是，则通过调节所述电压信号的幅值使得所述EML激光器稳定工作；
所述或非门电路用于接收主控模块或者外部发送的关断信号，根据所述关断信号控制所述负载开关模块关断所述EML激光器的偏置电流。
进一步地，所述主控模块包括ADUC7023单片机。
进一步地，所述DC-DC模块包括TPS63000DRCR芯片及其外围电路，所述TPS63000DRCR芯片包括FB接口和VOUT接口，所述VOUT接口用于输出所述电压信号；
所述ADUC7023单片机包括VDC1接口和ADC0接口，所述FB接口与所述VDC1接口连接，所述VOUT接口与所述ADC0接口连接。
进一步地，所述负载开关模块包括TPS22964CYZP芯片，所述TPS22964CYZP芯片包括VI接口和VO接口，所述VI接口与所述VOUT接口连接，所述VO接口与所述电流检测电路连接。
进一步地，所述或非门电路包括SN74AUP1G02DRYR芯片；
所述SN74AUP1G02DRYR芯片包括A接口、B接口以及Y接口，所述A接口用于接收外部发送的关断信号；
所述TPS22964CYZP芯片还包括ON接口，所述ON接口与所述Y接口连接；
ADUC7023单片机还包括GPIO接口，所述B接口与所述GPIO接口连接。
进一步地，所述电流检测电路包括MAX44284FAWT芯片及其外围电路，所述MAX44284FAWT芯片包括RS+接口、RS-接口以及OUT接口，所述RS+接口与所述VO接口连接，所述RS-接口用于输出偏置电流至EML激光器，所述OUT接口用于将偏置电流反馈至主控模块；
所述ADUC7023单片机还包括ADC1接口，所述ADC1接口与所述OUT接口连接。
进一步地，所述电流镜单元电路包括PMP4501V芯片及其外围电路，所述PMP4501V芯片包括C1接口、B1接口、B2接口和C2接口，所述B1接口、B2接口和C2接口用于与EML激光器的背光二极管连接；
所述ADUC7023单片机还包括ADC2接口，所述C1接口与所述ADC2接口连接。
一种EML激光器偏置电流控制系统，包括上述的EML激光器偏置电流控制装置，还包括EML激光器，所述EML激光器与所述控制装置的电流检测电路连接；
所述EML激光器还包括背光二极管，所述背光二极管与所述电流镜单元电路连接。
一种EML激光器偏置电流控制方法，应用于上述的EML激光器偏置电流控制系统，所述方法包括：
主控模块控制所述DC-DC模块输出电压信号，所述电压信号经所述负载开关模块输入至所述电流检测电路，用于生成偏置电流；
主控模块控制所述电流镜单元电路采集EML激光器的背光二极管的光电流信号；
主控模块采集所述电压信号、偏置电流以及光电流信号，并根据所述光电流信号判断所述EML激光器是否稳定工作，如果不是，则通过调节所述电压信号的幅值使得所述EML激光器稳定工作。
进一步地，根据所述光电流信号判断所述EML激光器是否稳定工作，包括：
将所述光电流值与预设偏置电流值进行比较，如果所述光电流值与所述预设偏置电流值相等，则确定所述EML激光器稳定工作；如果所述光电流值与所述预设偏置电流值不相等，则确定所述EML激光器非稳定工作。
本发明提供的种EML激光器偏置电流控制装置、系统及控制方法，至少包括如下有益效果：
(1)采用外部DC-DC模块控制偏置电流，可适用于较大偏置电流激光器，同时减少对内部集成大电流IDAC芯片的依赖，降低生产成本，大大提高了对激光器控制的兼容性；
(2)采用或非门电路兼容外部硬件和控制器控制激光器的开启和关断，可以快速关断激光器，解决了软件控制IDAC芯片控制激光器速度慢的问题；
(3)采用闭环反馈控制，有效解决了光模块领域中激光器因温度变化导致的光功率偏移问题；
(4)可应用于不同的激光器控制，大大缩短了开发周期，降低产品升级换代的成本开销。
附图说明
图1为本发明提供的EML激光器偏置电流控制装置一种实施例的结构示意图。
图2为本发明提供的EML激光器偏置电流控制装置中主控模块一种实施例的结构示意图。
图3为本发明提供的EML激光器偏置电流控制装置中DC-DC模块一种实施例的结构示意图。
图4为本发明提供的EML激光器偏置电流控制装置中负载开关模块一种实施例的结构示意图。
图5为本发明提供的EML激光器偏置电流控制装置中或非门电路一种实施例的结构示意图。
图6为本发明提供的EML激光器偏置电流控制装置中电流检测电路一种实施例的结构示意图。
图7为本发明提供的EML激光器偏置电流控制装置中电流镜单元电路一种实施例的结构示意图。
图8为本发明提供的EML激光器偏置电流控制系统一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
参考图1，本实施例提供一种EML激光器偏置电流控制装置，包括主控模块101、或非门电路102、DC-DC模块103、负载开关模块104、电流检测电路105以及电流镜单元电路106；
主控模块101与DC-DC模块103和或非门电路102连接，或非门电路102与负载开关模块104连接，DC-DC模块103依次与负载开关模块104以及电流检测电路105连接，电流检测电路105还与主控模块101连接，电流镜单元电路106与主控模块101连接；
主控模块101用于控制DC-DC模块103输出电压信号；
负载开关模块104用于控制所述电压信号输入至电流检测电路105；
电流检测电流105用于根据所述电压信号生成偏置电流，所述偏置电流用于驱动EML激光器100工作；
电流镜单元电路106用于采集EML激光器100的背光二极管的光电流信号发送至主控模块101；
主控模块101还用于采集所述电压信号、偏置电流以及光电流信号，并根据所述光电流信号判断所述EML激光器是否稳定工作，如果不是，则通过调节所述电压信号的幅值使得所述EML激光器稳定工作；
或非门电路102用于接收主控模块101或者外部发送的关断信号，根据所述关断信号控制负载开关模块104关断所述EML激光器的偏置电流。
本实施例提供的EML激光器偏置电流控制装置工作原理如下：
主控模块101发送控制信号至DC-DC模块103，DC-DC模块103根据该控制信号输出电压信号，所述电压信号经负载开关模块104发送至电流检测电路105，负载开关模块104为一个开关电路，低电平时开关打开允许输出电压信号，反之，高电平则关断，使得EML激光器停止工作。电流检测电路105根据该电压信号生成偏置电流，电压信号的幅值大小决定偏置电流的大小，生成的偏置电流发送至EML激光器，驱动EML激光器工作，同时偏置电流也反馈至主控模块101。EML激光器工作时，电流镜单元电路106采集EML激光器的背光二极管的光电流信号发送至主控模块101，主控模块101将所述光电流值与预设偏置电流值进行比较，如果所述光电流值与所述预设偏置电流值相等，则确定所述EML激光器稳定工作；如果所述光电流值与所述预设偏置电流值不相等，则确定所述EML激光器非稳定工作，非稳定工作时，主控模块101调节DC-DC模块103输出的电压信号的幅值，直到光电流值与所述预设偏置电流值相等，同时主控模块101采集DC-DC模块103输出的电压信号和电流检测电路105输出的偏置电流大小，作为负反馈的判别。
或非门电路102可以连接外部硬件，接收外部的关断信号，也可以接收主控模块101发送的关断信号，根据该关断信号控制负载开关模块104停止输出电压信号，从而关断EML激光器的偏置电流，控制EML激光器的状态。
作为一种优选的实施方式，参考图2，主控模块101包括ADUC7023单片机U1。ADUC7023单片机U1包括GPIO接口、VDAC1接口、ADC0接口、ADC1接口以及ADC2接口。
作为一种优选的实施方式，参考图3，DC-DC模块103包括TPS63000DRCR芯片U2及其外围电路，所述TPS63000DRCR芯片U2包括L1接口、L2接口、VIN接口、VINA接口、PS/SYNC接口、FB接口、VOUT接口、EN接口、TPAD接口、PGND接口以及GND接口；外围电路包括电感L、第一电容C1、第二电容C2、第三电容、第四电容、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4，其中，电感L的一端与LI接口连接，另一端与L2接口连接；VIN接口、VINA接口、PS/SYNC接口并联后连接3.3V电压；第一电容C1和第二电容C2的一端连接3.3V电压，另一端接地；第一电阻R1的一端连接3.3V电压，另一端连接EN接口；第三电容的一端连接EN接口，另一端接地；第二电阻R2和第四电容C4的一端连接VOUT接口，另一端连接FB接口；第三电阻R3的一端连接FB接口，另一端接地；第四电阻R4连接FB接口。
VOUT接口用于输出所述电压信号；所述FB接口与ADUC7023单片机的VDC1接口连接，所述VOUT接口与ADUC7023单片机的ADC0接口连接，控制信号通过ADUC7023单片机的VDC1接口发送至FB接口。
进一步地，参考图4，作为一种优选的实施方式，负载开关模块104包括TPS22964CYZP芯片U3，所述TPS22964CYZP芯片U3包括VI接口、VO接口和ON接口，VI接口与DC-DC模块103的TPS63000DRCR芯片U2的VOUT接口连接，VO接口与所述电流检测电路连接，电压信号经VI接口输入，经VO接口输出。
参考图5，作为一种优选的实施方式，或非门电路102包括SN74AUP1G02DRYR芯片U4；SN74AUP1G02DRYR芯片U4包括A接口、B接口以及Y接口，所述A接口用于接收外部发送的开启信号或关断信号；负载开关模块104的PS22964CYZP芯片的ON接口与所述Y接口连接；ADUC7023单片机的GPIO接口与所述B接口，B接口用于接收单片机发送的开启信号或关断信号。Y接口用于输出信号控制负载开关模块104开启输出或关断输出电压信号。
进一步地，参考图6，作为一优选的实施方式，电流检测电路105包括MAX44284FAWT芯片U5及其外围电路，所述MAX44284FAWT芯片U5包括RS+接口、RS-接口、OUT接口，VDD接口以及SHDN接口，外围电路包括第五电阻R5、第六电阻R6、第五电容C5和第六电容C6。
第五电阻R5的两端分别连接所述RS+接口和RS-接口，VDD接口和SHDN接口并联后连接电源，第五电容C5的一端连接电源，另一端接地；第六电阻R6、第六电容C6与OUT接口连接。
RS+接口与负载开关模块104的TPS22964CYZP芯片的VO接口连接，负载开关模块104输出的电压信号经RS+接口进入MAX44284FAWT芯片，偏置电流经所述RS-接口输出至EML激光器。所述OUT接口与ADUC7023单片机的ADC1接口连接，OUT接口用于将偏置电流反馈至主控模块101.
进一步地，参考图7，作为一优选的实施方式，电流镜单元电路106包括PMP4501V芯片U6及其外围电路，所述PMP4501V芯片U6包括C1接口、B1接口、B2接口和C2接口，外围电路包括第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9以及第七电容C7，第七电阻R7与C1接口以及B1接口连接，第八电阻R8与B2接口以及C2接口连接，第九电阻R9与C1接口连接，第七电容C7与B1接口、B2接口以及C2接口连接。
B1接口、B2接口和C2接口用于与EML激光器的背光二极管连接，采集光电流信号；C1接口与ADUC7023单片机的ADC2接口连接，用于将光电流信号反馈至ADUC7023单片机。
本实施例提供的EML激光器偏置电流控制装置，至少包括如下有益效果：
(1)采用外部DC-DC模块控制偏置电流，可适用于较大偏置电流激光器，同时减少对内部集成大电流IDAC芯片的依赖，降低生产成本，大大提高了对激光器控制的兼容性；
(2)采用或非门电路兼容外部硬件和控制器控制激光器的开启和关断，可以快速关断激光器，解决了软件控制IDAC芯片控制激光器速度慢的问题；
(3)采用闭环反馈控制，有效解决了光模块领域中激光器因温度变化导致的光功率偏移问题；
(4)可应用于不同的激光器控制，大大缩短了开发周期，降低产品升级换代的成本开销。
实施例二
参考图8，本实施例提供一种EML激光器偏置电流控制系统，包括EML激光器偏置电流控制装置201，还包括EML激光器202，EML激光器201与激光器偏置电流控制装置201的电流检测电路连接；
EML激光器202还包括背光二极管，背光二极管与所述电流镜单元电路连接。
EML激光器偏置电流控制装置201的结构和工作原理请参考实施例一，在此不再赘述。
实施例三
本实施例提供一种EML激光器偏置电流控制方法，应用于如实施例二所述的EML激光器偏置电流控制系统，所述方法包括：
主控模块控制所述DC-DC模块输出电压信号，所述电压信号经所述负载开关模块输入至所述电流检测电路，用于生成偏置电流；
主控模块控制所述电流镜单元电路采集EML激光器的背光二极管的光电流信号；
主控模块采集所述电压信号、偏置电流以及光电流信号，并根据所述光电流信号判断所述EML激光器是否稳定工作，如果不是，则通过调节所述电压信号的幅值使得所述EML激光器稳定工作。
进一步地，根据所述光电流信号判断所述EML激光器是否稳定工作，包括：
将所述光电流值与预设偏置电流值进行比较，如果所述光电流值与所述预设偏置电流值相等，则确定所述EML激光器稳定工作；如果所述光电流值与所述预设偏置电流值不相等，则确定所述EML激光器非稳定工作。
此外，本实施例提供的EML激光器偏置电流控制方法，还包括
或非门电路接收主控模块或者外部发送的关断信号，根据所述关断信号控制负载开关模块关断所述EML激光器的偏置电流。
具体原理请参考实施例一，在此不再赘述。
本实施例提供的EML激光器偏置电流控制方法，方法简单，可实现EML激光器的偏置电流的精确和可靠的控制。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种EML激光器偏置电流控制装置，其特征在于，包括主控模块、或非门电路、DC-DC模块、负载开关模块、电流检测电路以及电流镜单元电路；
所述主控模块与所述DC-DC模块和或非门电路连接，所述或非门电路与所述负载开关模块连接，所述DC-DC模块依次与所述负载开关模块以及电流检测电路连接，所述电流检测电路还与所述主控模块连接，所述电流镜单元电路与所述主控模块连接；
所述主控模块用于控制所述DC-DC模块输出电压信号；
所述负载开关模块用于控制所述电压信号输入至所述电流检测电路；
所述电流检测电路用于根据所述电压信号生成偏置电流，所述偏置电流用于驱动EML激光器工作；
所述电流镜单元电路用于采集EML激光器的背光二极管的光电流信号发送至所述主控模块；
所述主控模块还用于采集所述电压信号、偏置电流以及光电流信号，并根据所述光电流信号判断所述EML激光器是否稳定工作，如果不是，则通过调节所述电压信号的幅值使得所述EML激光器稳定工作；
所述或非门电路用于接收主控模块或者外部发送的关断信号，根据所述关断信号控制所述负载开关模块关断所述EML激光器的偏置电流。
2.根据权利要求1所述的EML激光器偏置电流控制装置，其特征在于，所述主控模块包括ADUC7023单片机。
3.根据权利要求2所述的EML激光器偏置电流控制装置，其特征在于，所述DC-DC模块包括TPS63000DRCR芯片及其外围电路，所述TPS63000DRCR芯片包括FB接口和VOUT接口，所述VOUT接口用于输出所述电压信号；
所述ADUC7023单片机包括VDC1接口和ADC0接口，所述FB接口与所述VDC1接口连接，所述VOUT接口与所述ADC0接口连接。
4.根据权利要求3所述的EML激光器偏置电流控制装置，其特征在于，所述负载开关模块包括TPS22964CYZP芯片，所述TPS22964CYZP芯片包括VI接口和VO接口，所述VI接口与所述VOUT接口连接，所述VO接口与所述电流检测电路连接。
5.根据权利要求4所述的EML激光器偏置电流控制装置，其特征在于，所述或非门电路包括SN74AUP1G02DRYR芯片；
所述SN74AUP1G02DRYR芯片包括A接口、B接口以及Y接口，所述A接口用于接收外部发送的关断信号；
所述TPS22964CYZP芯片还包括ON接口，所述ON接口与所述Y接口连接；
ADUC7023单片机还包括GPIO接口，所述B接口与所述GPIO接口连接。
6.根据权利要求4所述的EML激光器偏置电流控制装置，其特征在于，所述电流检测电路包括MAX44284FAWT芯片及其外围电路，所述MAX44284FAWT芯片包括RS+接口、RS-接口以及OUT接口，所述RS+接口与所述VO接口连接，所述RS-接口用于输出偏置电流至EML激光器，所述OUT接口用于将偏置电流反馈至主控模块；
所述ADUC7023单片机还包括ADC1接口，所述ADC1接口与所述OUT接口连接。
7.根据权利要求2所述的EML激光器偏置电流控制装置，其特征在于，所述电流镜单元电路包括PMP4501V芯片及其外围电路，所述PMP4501V芯片包括C1接口、B1接口、B2接口和C2接口，所述B1接口、B2接口和C2接口用于与EML激光器的背光二极管连接；
所述ADUC7023单片机还包括ADC2接口，所述C1接口与所述ADC2接口连接。
8.一种EML激光器偏置电流控制系统，其特征在于，包括如权利要求1-7任一所述的EML激光器偏置电流控制装置，还包括EML激光器，所述EML激光器与所述控制装置的电流检测电路连接；
所述EML激光器还包括背光二极管，所述背光二极管与所述电流镜单元电路连接。
9.一种EML激光器偏置电流控制方法，其特征在于，应用于如权利要求8所述的EML激光器偏置电流控制系统，所述方法包括：
主控模块控制所述DC-DC模块输出电压信号，所述电压信号经所述负载开关模块输入至所述电流检测电路，用于生成偏置电流；
主控模块控制所述电流镜单元电路采集EML激光器的背光二极管的光电流信号；
主控模块采集所述电压信号、偏置电流以及光电流信号，并根据所述光电流信号判断所述EML激光器是否稳定工作，如果不是，则通过调节所述电压信号的幅值使得所述EML激光器稳定工作。
10.根据权利要求9所述的EML激光器偏置电流控制方法，其特征在于，根据所述光电流信号判断所述EML激光器是否稳定工作，包括：
将所述光电流信号的光电流值与预设偏置电流值进行比较，如果所述光电流值与所述预设偏置电流值相等，则确定所述EML激光器稳定工作；如果所述光电流值与所述预设偏置电流值不相等，则确定所述EML激光器非稳定工作。
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