CN112436378B - 一种激光器驱动电流扩流系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光器驱动电流扩流系统，包括激光器、偏置电流产生电路、驱动器、比较模块、扩流控制模块、扩流处理模块和电流镜，所述激光器用于探测光照并产生光电流；所述偏置电流产生电路用于调节所述激光器的输出光功率；所述驱动器用于驱动所述激光器工作；所述比较模块用于生成调制电流以通过扩流控制模块控制所述扩流处理模块开启或关断；所述扩流处理模块用于产生输出电流，所述电流镜用于对该输出电流进行复制、放大以得到扩展电流；以对偏置电流进行补偿，确保补偿后的偏置电流能够驱动激光器正常作用，稳定激光器的输出光功率。

Description

一种激光器驱动电流扩流系统
技术领域
本发明涉及电流扩流技术领域，特别是涉及一种激光器驱动电流扩流系统。
背景技术
光模块作为现代光通信的核心器件之一，必须能在较宽的温度变化范围内保持性能的稳定性。针对环境温度超过85℃等特殊应用，光模块内部驱动器无法提供激光器组件所需的偏置电流，则将导致光模块的输出光功率发生剧烈跳变，迫使光发射部分眼图变差，光接收部分灵敏度恶化，最终引起通信误码率的增加。因此，为激光器提供足够的驱动电流，对驱动电流进行扩流是具有非常重要的意义。
在以往的光模块设计研究中，基本考虑的是温度低于85℃等常规应用环境，如温度超过85℃则采用固定偏置电流驱动，随着温度的变化偏置电流无对应的调整机制，输出光功率则会出现跳变现象；同时，随着温度的增加，输出光功率也将大幅度变弱。因此，采用固定偏置电流驱动机制的光模块，已经不能满足温度越来越高的应用环境需求，故而需对超过85℃后激光器的驱动技术进行专门的研究。
发明内容
本发明要解决的技术问题是一种能够自动调节驱动激光器所需的扩展电流的激光器驱动电流扩流系统。
为解决上述问题，本发明提供一种激光器驱动电流扩流系统，包括激光器、偏置电流产生电路、驱动器、比较模块、扩流控制模块、扩流处理模块和电流镜，所述激光器上连接有电源，所述激光器用于探测光照并产生光电流；所述偏置电流产生电路用于产生偏置电流调节激光器的输出光功率，并将偏置电流传输给驱动器；所述驱动器用于接收偏置电流以驱动所述激光器工作，并将偏置电流继续传输给比较模块；所述比较模块用于接收偏置电流，并根据该偏置电流生成对应的调制电流传输给扩流控制模块；所述扩流控制模块用于根据调制电流生成对应的开关信号以控制所述扩流处理模块开启或关断；所述扩流处理模块用于根据调制电流产生输出电流，所述电流镜用于对该输出电流进行复制、放大以得到扩展电流。
进一步的，所述激光器包括激光发生器和激光接收器，所述激光发生器的正极与所述激光接收器的负极连接，所述电源连接在所述激光发生器的正极与所述激光接收器的负极之间，所述激光发生器的负极和所述激光接收器的正极均与所述偏置电流产生电路耦合。
进一步的，所述比较模块包括电流监控单元和判决单元，所述判决单元具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述电流监控单元的输入端与所述驱动器的输出端连接，用于根据偏置电流输出监控电流；所述电流监控单元的输出端与所述判决单元的第一输入端连接，所述判决单元的第二输入端连接有参考电流，所述输出端与所述扩流控制模块的输入端连接，所述判决单元用于根据所述监控电流和参考电流计算得到调制电流并传输给所述扩流控制模块。
进一步的，所述扩流处理模块包括依次连接的扩流算法单元和扩流输出单元，所述扩流算法单元的输入端与所述扩流控制模块的输出端连接，所述扩流算法单元用于采集当前环境温度，并根据环境温度对调制电流进行补偿后转换成对应的数字信号传输给扩流输出单元，所述扩流输出单元用于根据该数字信号生成对应的输出电流。
进一步的，所述电流镜包括第一PMOS管和第二PMOS管，所述第一PMOS管的漏极与所述扩流输出单元的输出端连接，所述第一PMOS管的栅极与其漏极和所述第二PMOS管的栅极均连接，所述第二PMOS管的漏极与所述偏置电流产生电路连接，所述第一PMOS管和第二PMOS管的源极均接地。
进一步的，所述激光发生器为发光二极管，所述激光接收器为光电二极管。
进一步的，所述参考电流为与所述激光器的偏置电流阈值相对应的电流。
本发明的有益效果：通过设置比较模块来对偏置电流进行监控，将该偏置电流与参考电流进行比较得出偏置电流与激光器的驱动电流之间调制电流，扩流控制模块根据调制电流确定是否开启扩流处理模块，使得在扩流处理模块开启时，扩流处理模块可以根据该调制电流对偏置电流进行补偿，以确保补偿后的偏置电流能够驱动激光器正常作用，以稳定激光器的输出光功率；同时在计算扩展电流时，通过扩流计算单元对环境温度进行采集，根据实时温度对调制电流进行补偿，以降低温度对输出的扩展电流的影响，进一步稳定激光器输出光功率的同时还能保持消光比的稳定。
附图说明
图1为本发明一种激光器驱动电流扩流系统的较佳的实施方式的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1所示，为本发明一种激光器驱动电流扩流系统的较佳的实施方式的电路图。本发明一种激光器驱动电流扩流系统包括包括激光器1、偏置电流产生电路2、驱动器3、比较模块4、扩流控制模块5、扩流处理模块6和电流镜7，所述激光器1上连接有电源VCC，以为整个激光器驱动电流扩流系统提供工作电源。所述激光器1探测光照并通过光电感应将光信号转换成电流信号。所述偏置电流产生电路2与所述激光器1的耦合，以监测流过激光器1的电流信号，并产生对应的偏置电流Ibias来控制激光器1的输出光功率，同时，将该偏置电流Ibias传输给驱动器3。所述驱动器3的输入端与所述偏置电流产生电路2连接，用于接收偏置电流Ibias以驱动所述激光器1工作，同时，还将将该偏置电流Ibias传输给比较模块4。所述比较模块4接收所述驱动器3传输的偏置电流Ibias，并将计算根据该偏置电流Ibias生成对应的的调制电流Id传输给扩流控制模块5。所述扩流控制模块5用于根据调制电流Id生成对应的开关信号以控制所述扩流处理模块6开启或关断。所述扩流处理模块6用于根据所述开关信号和调制电流产生输出电流Ii，同时，将该输出电流Ii传输给电流镜。所述电流镜复制该输出电流Ii并按照设定的比例对该输出电流Ii进行放大以得到扩展电流Io。
所述激光器1包括激光发生器LD和激光接收器PD，所述激光发生器LD的正极与所述激光接收器PD的负极连接，所述激光发生器为发光二极管，所述激光接收器为光电二极管，工作时，驱动器3驱动所述激光发生器LD发光，所述激光接收器PD探测所述激光发生器LD发出的光信号并输出电流信号。所述电源VCC连接在所述激光发生器LD的正极与所述激光接收器PD的负极之间，所述激光发生器LD的负极和激光接收器PD的正极均与所述偏置电流产生电路2耦合，以便偏置电流产生电路2可以对流过激光器1的电流进行监测，进而产生对应的偏置电流Ibias。
所述比较模块4包括电流监控单元41和判决单元42，所述判决单元具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述电流监控单元41的输入端与所述驱动器3的输出端连接，用于根据偏置电流Ibias输出监控电流Imonitor，该监控电流Imonitor与偏置电流Ibias相等。所述电流监控单元41的输出端与所述判决单元42的第一输入端连接，所述判决单元42的第二输入端连接有参考电流Iref，所述判决单元42用于计算监控电流Imonitor与参考电流Iref之间的调制电流Id，即Id＝Imonitor-Iref。所述输出端与所述扩流控制模块5的输入端连接，以将该调制电流Id传输给至扩流控制模块，所述判决单元为比较器。所述参考电流Iref为与所述激光器1的的偏置电流Ibias阈值相对应的电流，即驱动所述激光器1工作的阈值电流。
所述扩流控制模块5接收判决单元42传输的调制电流Id后判断该调制电流Id是否小于零，若Id≥0时，即偏置电流产生电路2能够提供的偏置电流Ibias(也即监控电流Imonitor)能够满足驱动激光器1工作所需的电流，此时，激光器1的驱动电流为偏置电流Ibias，无需对该偏置电流Ibias进行扩流处理，则扩流处理模块6关断；若Id＜0时，即偏置电流产生电路2能够提供的偏置电流Ibias不能满足驱动激光器1工作所需的电流，此时，扩流控制模块5控制扩流处理模块6打开，并调制电流Id传输给扩流处理模块6，所述扩流处理模块6将对Id进行扩流处理，以稳定激光器1的输出光功率。
所述扩流处理模块6包括依次连接的扩流算法单元61和扩流输出单元62，所述扩流算法单元61的输入端与所述扩流控制模块52的输出端连接。当扩流处理模块6开启时，所述扩流算法单元61接收扩流控制模块5传输的调制电流Id，并对该调制电流Id进行补偿，并将补偿后的电流转换成对应的数字信号传输给扩流输出单元62，扩流输出单元62将接收的数字信号进行数模转换生成对应的输出电流Ii。具体的，所述扩流算法单元61采集当前环境温度，并通过查表法来对调制电流Id进行补偿，即在扩流算法单元61中存储有受温度控制的电阻值表，电阻值表设置成电阻值随温度的升高而减小的函数，将其接入调制电流Id上，在温度升高的过程，扩流算法单元61即可根据采集到的温度进行查表，以对调制电流Id进行补偿，减小温度对输出电流Ii的影响。
所述电流镜7包括第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2，所述第一PMOS管MP1的漏极与所述扩流输出单元62的输出端连接，以接收所述扩流输出单元62传输的输出电流Ii。所述第一PMOS管MP1的栅极与其漏极和所述第二PMOS管MP2的栅极均连接，所述第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2的源极均接地，所述第二PMOS管MP2的漏极与所述偏置电流产生电路2连接，以在第二PMOS管MP2的漏极产生放大后的扩展电流Io。
本发明的工作原理：
本发明基于闭环控制、电流复制等理论实现。在工作时，偏置电流产生电路2产生偏置电流Ibias传输给驱动器3，驱动器3接收该偏置电流Ibias，并将该偏置电流Ibias传输给电流监控单元41，电流监控单元41生成对应的监控电流Imonitor传输给判决单元42，判决单元42将监控电流Imonitor和参考电流Iref进行比较生成调制电流Id。
当调制电流Id≥0，即偏置电流Ibias大于等于驱动激光器1工作的阈值电流，说明驱动器3能够正常驱动激光器1工作，无需对偏置电流Ibias进行扩流处理，此时扩流控制模块5控制后续电路全部关断，偏置电流产生电路2产生的偏置电流Ibias即为激光器1的驱动电流，即通过偏置电流产生电路2自动调节偏置电流Ibias，以稳定激光器的输出光功率。
当调制电流Id＜0，即偏置电流Ibias小于驱动激光器1工作的阈值电流，说明驱动器3无法正常驱动激光器1工作，需对偏置电流Ibias进行扩流处理，此时扩流控制模块5控制扩流算法单元61打开，并将该调制电流Id传输给扩流算法单元61，扩流算法单元61采集实时温度，通过查表法对该调制电流Id进行补偿，并将补偿后的调制电流Id转换成对应的数字信号传输给扩流输出单元62，所述扩流输出单元62接收该数字信号后将其转换成对应的输出电流Ii接入电流镜7中，电流镜7将该输出电流Ii复制后按照设定比例进行放大，即可得到扩展电流Io，将扩展电流Io和偏置电流Ibias叠加即为该激光器1的驱动电流，以此达到扩展驱动电流、稳定输出光功率的目的。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明的专利保护范围之内。

Claims (7)

1.一种激光器驱动电流扩流系统，其特征在于：包括激光器、偏置电流产生电路、驱动器、比较模块、扩流控制模块、扩流处理模块和电流镜，所述激光器上连接有电源，所述激光器用于探测光照并产生光电流；所述偏置电流产生电路用于产生偏置电流调节激光器的输出光功率，并将偏置电流传输给驱动器；所述驱动器用于接收偏置电流以驱动所述激光器工作，并将偏置电流继续传输给比较模块；所述比较模块用于接收偏置电流，并根据该偏置电流生成对应的调制电流传输给扩流控制模块；所述扩流控制模块用于根据调制电流生成对应的开关信号以控制所述扩流处理模块开启或关断；所述扩流处理模块用于根据调制电流产生输出电流，所述电流镜用于对该输出电流进行复制、放大以得到扩展电流；
所述比较模块包括电流监控单元和判决单元，所述判决单元具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述电流监控单元的输入端与所述驱动器的输出端连接，用于根据偏置电流输出监控电流；所述电流监控单元的输出端与所述判决单元的第一输入端连接，所述判决单元的第二输入端连接有参考电流，所述输出端与所述扩流控制模块的输入端连接，所述判决单元用于根据所述监控电流和参考电流计算得到调制电流并传输给所述扩流控制模块。
2.根据权利要求1所述的一种激光器驱动电流扩流系统，其特征在于：所述激光器包括激光发生器和激光接收器，所述激光发生器的正极与所述激光接收器的负极连接，所述电源连接在所述激光发生器的正极与所述激光接收器的负极之间，所述激光发生器的负极和所激光接收器的正极均与所述偏置电流产生电路耦合。
3.根据权利要求1所述的一种激光器驱动电流扩流系统，其特征在于：所述扩流处理模块包括依次连接的扩流算法单元和扩流输出单元，所述扩流算法单元的输入端与所述扩流控制模块的输出端连接，所述扩流算法单元用于采集当前环境温度，并根据环境温度对调制电流进行补偿后转换成对应的数字信号传输给扩流输出单元，所述扩流输出单元用于根据该数字信号生成对应的输出电流。
4.根据权利要求3所述的一种激光器驱动电流扩流系统，其特征在于：所述电流镜包括第一PMOS管和第二PMOS管，所述第一PMOS管的漏极与所述扩流输出单元的输出端连接，所述第一PMOS管的栅极与其漏极和所述第二PMOS管的栅极均连接，所述第二PMOS管的漏极与所述偏置电流产生电路连接，所述第一PMOS管和第二PMOS管的源极均接地。
5.根据权利要求2所述的一种激光器驱动电流扩流系统，其特征在于：所述激光发生器为发光二极管，所述激光接收器为光电二极管。
6.根据权利要求1所述的一种激光器驱动电流扩流系统，其特征在于：所述参考电流为与所述激光器的偏置电流阈值相对应的电流。
7.根据权利要求1所述的一种激光器驱动电流扩流系统，其特征在于：所述判决单元为比较器。
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