CN115832866A - 激光器驱动控制电路、芯片及控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种激光器驱动控制电路、芯片及控制方法，涉及光通信的技术领域，其中激光器驱动控制电路包括：偏置电流源、调制电流源、直流信号产生电路、偏置电流控制电路、交流信号产生电路、调制电流控制电路、数字控制电路，本申请采用了交流信号产生电路与直流信号产生电路相分离的结构，并通过设置用于产生与调制电流信号相位相同的交流电流信号的交流信号产生电路，和对交流电流信号、监控电流信号中交流分量处理后进行相位探测并输出调制电流控制信号的调制电流控制电路的结构，解决了采用峰值监测模块的调制电路在进行峰值检测、峰值比较过程中精准度下降明显的问题，具有精度高、稳定性好、转换时间快、更适用高速光通信的优点。

Description

激光器驱动控制电路、芯片及控制方法

技术领域

本申请涉及光通信的技术领域，特别涉及一种激光器驱动控制电路、芯片及控制方法。

背景技术

在高速光通信中，激光器输出的光信号一般由平均光功率和消光比进行表征。由于平均光功率以及消光比易受到温度等外界因素的影响。为了确保激光器的光信号强度不会受到上述因素的影响，需要设计平均光功率及消光比控制系统，以确保输出光信号强度在各种条件下始终自动维持稳定。

请参考图1，为现有的采用双闭环结构的控制装置。其中，参与平均光功率控制的偏置电路130，通过低通滤波器131提取监控信号的直流分量，再将此直流分量与偏置电流控制模块132中的设置值进行比较，根据比较结果调节偏置电流Ibias的大小使出光功率保持恒定。参与消光比控制的调制电路140，通过峰值监测模块141监控信号中交流分量的峰值，然后跟调制电流控制模块142设定好的目标值进行比较，比较结果送入到数字控制器150，来对调制电流Imod进行补偿，从而保持消光比的恒定。

上述双闭环控制系统，虽然实现了平均光功率以及消光比的自动控制。但由于监控光电二极管MPD具有比较大的寄生电容，造成监控电流信号中交流分量在高信号速率下幅度衰减较多，调制电路140在进行峰值检测、峰值比较过程中精准度下降明显，从而降低了消光比控制环路的稳定性，且受限于峰值监测模块的线性范围较窄、信号幅度偏小导致的低精度问题，导致现有的双闭环系统只适用在低速信号下平均光功率及消光比的自动控制，无法满足光通信高速信号下的应用。

发明内容

本申请的目的在于克服背景技术中的问题，提供了一种激光器驱动控制电路、芯片及控制方法。

第一方面，本申请实施例首先提供了一种激光器驱动控制电路，包括：偏置电流源、调制电流源，分别与激光器相连，为所述激光器提供偏置电流信号、调制电流信号以驱动激光器产生光信号，所述光信号被监控光电二极管检测以产生监控电流信号，还包括：

直流信号产生电路，与所述监控光电二极管一端相连，用于产生直流电流信号，所述直流电流信号具有第一设定值；

偏置电流控制电路，与所述直流信号产生电路相连，用于将由第一电流信号经第一电压转换得到的第一电压信号与参考电压信号进行大小比较，并生成相应偏置电流控制信号，所述第一电流信号为所述监控电流信号的直流分量与所述直流电流信号的差值；

交流信号产生电路，用于在高速信号调制下产生交流电流信号，所述交流电流信号与所述调制电流信号具有相同的相位，所述交流电流信号的大小为第二设定值；

调制电流控制电路，与所述交流信号产生电路相连，用于将第一交流电压信号与第二交流电压信号相减并放大以生成第三交流电压信号，再将所述第二交流电压信号、所述第三交流电压信号进行限幅放大，生成限幅第二电压信号、限幅第三电压信号，最后将所述限幅第二电压信号与所述限幅第三电压信号进行相位比较，根据比较结果输出相应调制电流控制信号，其中，所述第一交流电压信号、所述第二交流电压信号的相位相同，所述第一交流电压信号为所述监控电流信号的交流分量经第一电压转换得到，所述第二交流电压信号为所述交流电流信号经第二电压转换得到，所述第一电压转换与所述第二电压转换具有相同放大倍数；

数字控制电路，分别与所述偏置电流源、所述调制电流源、所述偏置电流控制电路、所述调制电流控制电路相连，用于在时序信号的控制下，先根据所述偏置电流控制信号调节所述偏置电流信号至偏置电流目标值，再根据所述调制电流控制信号调节所述调制电流信号至调制电流目标值。

可选的，所述偏置电流控制电路包括：第一跨阻放大器，输入端与所述直流信号产生电路、所述监控光电二极管相连，输出端与输入端相连，用于将所述监控电流信号、所述直流电流信号的差值进行跨阻放大并输出；第一低通滤波器，输入端与所述第一跨阻放大器输出端相连，接收经所述第一跨阻放大器放大后的信号并滤除其中的交流分量，输出所述第一电压信号；第二跨阻放大器，输出端与输入端相连，所述第二跨阻放大器与所述第一跨阻放大器具有相同参数；第二低通滤波器，输入端与所述第二跨阻放大器输出端相连，输出端输出所述参考电压信号，所述第二低通滤波器与所述第一低通滤波器具有相同参数；第一采样保持积分比较器，第一输入端与所述第一低通滤波器输出端相连，第二输入端与所述第二低通滤波器输出端相连，输出端输出偏置电流控制信号。

可选的，所述调制电流控制电路包括：第三跨阻放大器，输入端与所述交流信号产生电路相连接收所述交流电流信号，输出端输出所述第二交流电压信号，所述第三跨阻放大器与所述第一跨阻放大器、所述第二跨阻放大器具有相同参数；信号放大器，第一输入端与所述第一跨阻放大器输出端相连接收所述第一交流电压信号，第二输入端与所述第三跨阻放大器输出端相连接收所述第二交流电压信号，输出端输出所述第三交流电压信号；第一限幅放大器，输入端与所述信号放大器输出端相连，输出端输出所述限幅第三电压信号；第二限幅放大器，输入端与所述第三跨阻放大器输出端相连，输出端输出所述限幅第二电压信号，所述第一限幅放大器与所述第二限幅放大器具有相同参数；相位探测模块，第一输入端与所述第一限幅放大器输出端相连，第二输入端与所述第二限幅放大器输出端相连，用于探测所述限幅第二电压信号、所述限幅第三电压信号的相位，当探测到所述限幅第二电压信号与所述限幅第三电压信号相位相同时，输出端输出第一调制电流控制信号，当探测到所述限幅第二电压信号与所述限幅第三电压信号相位相反时，输出端输出第二调制电流控制信号。

可选的，所述调制电流控制电路还包括：第三低通滤波器，输入端与所述第一限幅放大器输出端相连，输出端与所述相位探测模块的第一输入端相连，用于滤除所述限幅第三电压信号中的高速码型频段；第四低通滤波器，输入端与所述第二限幅放大器输出端相连，输出端与所述相位探测模块的第二输入端相连，用于滤除所述限幅第二电压信号中的高速码型频段，所述第三低通滤波器、所述第四低通滤波器具有相同参数。

可选的，所述相位探测模块包括：相位探测器和第二采样保持积分比较器；所述相位探测器包括：第一开关元件、第二开关元件、反相器、第一电容、第二电容、第一低通滤波模块、第二低通滤波模块，其中，所述第一开关元件的输入端分别与所述反相器的输入端、所述第二限幅放大器输出端相连接收所述限幅第二电压信号，所述第一开关元件的输出端与所述第一电容的第一端相连，所述第二开关元件的输入端与所述反相器的输出端相连，所述第二开关元件的输出端与所述第二电容第一端相连，所述第一开关元件的受控端、所述第二开关元件的受控端与所述第一限幅放大器输出端相连，根据所述限幅第三电压信号同步控制所述第一开关元件、所述第二开关元件的导通或关断，所述第一低通滤波模块输入端与所述第一开关元件的输出端相连，所述第一低通滤波模块的输出端作为相位探测器第一输出端输出第一相位信号，所述第二低通滤波模块的输入端与所述第二开关元件的输出端相连，所述第二低通滤波模块的输出端作为相位探测器第二输出端输出第二相位信号，所述第一电容的第二端、所述第二电容的第二端与地端相连；所述第二采样保持积分比较器，接收所述第一相位信号、所述第二相位信号，当所述第一相位信号大于所述第二相位信号时，输出第一调制电流控制信号；当所述第一相位信号小于所述第二相位信号时，输出第二调制电流控制信号。

可选的，所述交流信号产生电路包括：第一受控电流源，第二受控电流源，所述第一受控电流源的第一端与供电端相连，所述第一受控电流源的第二端与所述调制电流控制电路的输入端相连并输出第一直流电流，所述第二受控电流源的第一端与所述第一受控电流源的第二端相连并在所述高速信号同步调制下输出所述交流电流信号和第二直流电流，所述第一直流电流与所述第二直流电流大小相同，所述第二受控电流源的第二端与地端相连。

可选的，所述交流信号产生电路还包括：电容器，所述电容器的第一端与所述第一受控电流源的第二端相连，所述电容器的第二端与地端相连，所述电容器具有与所述监控光电二极管寄生电容相同的电容值。

可选的，所述第一采样保持积分比较器包括：采样保持积分器、一般比较器、迟滞比较器、锁存器、第三开关元件、第四开关元件、第五开关元件、第六开关元件、第七开关元件、第八开关元件、第九开关元件、第三电容、第四电容、第五电容，所述第三开关元件的第一端作为所述第一采样保持积分比较器的第一输入端，所述第三开关元件的第二端与所述第三电容的第一端、所述第四开关元件的第一端相连，所述第四开关元件的第二端与所述采样保持积分器的反相输入端相连，所述第五开关元件的第一端作为所述第一采样保持积分比较器的第二输入端，所述第五开关元件的第二端与所述第四电容的第一端、所述第六开关元件的第一端相连，所述第六开关元件的第二端与所述采样保持积分器的正相输入端相连，所述第三电容的第二端、所述第四电容的第二端与地端相连，所述第五电容的第一端与所述第七开关元件的第一端、所述采样保持积分器的反相输入端相连，所述第五电容的第二端与所述第七开关元件的第二端、所述采样保持积分器的输出端相连，所述第八开关元件的第一端与共模电压端、所述一般比较器的正相输入端、所述第九开关管的第一端、所述迟滞比较器的反相输入端相连，所述第八开关元件的第二端与所述采样保持积分器的正相输入端相连，所述一般比较器的反相输入端与所述采样保持积分器的输出端相连，所述迟滞比较器的正相输入端与所述第九开关元件、所述一般比较器的输出端相连，所述迟滞比较器的输出端与所述锁存器的输入端相连，所述锁存器的输出端作为所述第一采样保持积分比较器的输出端。

第二方面，本申请实施例还提供了一种激光器驱动控制电路的控制方法，包括以下步骤：

产生直流电流信号，所述直流电流信号具有第一设定值；

将由第一电流信号经第一电压转换得到的第一电压信号与参考电压信号进行大小比较，生成相应偏置电流控制信号，所述第一电流信号为监控电流信号的直流分量与所述直流电流信号的差值；

在时序信号控制下，根据所述偏置电流控制信号调节偏置电流信号以积分模式或突发模式逼近偏置电流目标值；

产生交流电流信号，所述交流电流信号具有与调制电流信号相同的相位，所述交流电流信号的大小为第二设定值；

将第一交流电压信号与第二交流电压信号相减并放大以生成第三交流电压信号，再将所述第二交流电压信号、所述第三交流电压信号进行限幅放大，生成限幅第二电压信号、限幅第三电压信号，最后将所述限幅第二电压信号与所述限幅第三电压信号进行相位比较，根据比较结果输出调制电流控制信号，其中，所述第一交流电压信号、所述第二交流电压信号的相位相同，所述第一交流电压信号为所述监控电流信号的交流分量经第一电压转换得到，所述第二交流电压信号为所述交流电流信号经第二电压转换得到，所述第一电压转换与所述第二电压转换具有相同放大倍数；

在时序信号控制下，根据所述调制电流控制信号调节所述调制电流信号以积分模式或突发模式逼近调制电流目标值。

第三方面，本申请实施例还提供了一种用于光通信激光器的驱动芯片，包括上述的激光器驱动控制电路。

综上所述，本申请实施例的有益效果在于：

本申请实施例提供的一种激光器驱动控制电路、芯片及控制方法，采用了交流信号产生电路与直流信号产生电路相分离的结构，相比传统双闭环控制系统，大大减少监控光电二极管的寄生电容带来的影响，提升了信号转换速度、减少了节点信号损失，同时通过交流信号产生电路产生与调制电流信号具有相同相位的交流电流信号，调制电流控制电路将由监控电流信号中交流分量转换的第一交流电压信号与由交流电流信号转换的第二交流电压信号相减放大以生成第三交流电压信号，再将限幅后的第二交流电压信号与限幅后的第三交流电压信号进行相位比较，输出相应调制电流控制信号，数字控制电路最终根据相应调制电流控制信号调节调制电流信号至目标值，解决了现有采用峰值监测模块的调制电路在进行峰值检测、峰值比较过程中精准度下降明显，从而导致消光比控制环路稳定性和精度降低的问题，具有精度高、稳定性好、转换时间快、更适用高速光通信的优点。

为让本申请的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为现有技术中一种双闭环的结构示意图；

图2为本申请一实施例的激光器驱动控制电路的结构框图；

图3为图2所示激光器驱动控制电路中部分结构的电路示意图；

图4为本申请一实施例的激光器驱动控制电路中的相位探测器的电路示意图；

图5为图4所示相位探测器对限幅第二电压信号、限幅第三电压信号进行处理的波形图，其中，A、B分别为限幅第二电压信号与限幅第三电压信号相位相同时第一相位信号、第二相位信号的波形图，C、D分别为限幅第二电压信号与限幅第三电压信号相位相反时第一相位信号、第二相位信号的波形图；

图6为本申请一实施例的激光器驱动控制电路中采样保持积分比较器的电路示意图；

图7为本申请一实施例中处于采样重置期的采样保持积分比较器的电路示意图；

图8为本申请一实施例中处于保持比较期的采样保持积分比较器的电路示意图；

图9为本申请一实施例的激光器驱动控制方法的流程框图；

图10为本申请一实施例的平均光功率控制积分模式下的波形示意图；

图11为本申请一实施例的平均光功率控制突发模式下的波形示意图；

图12为本申请一实施例中平均光功率及消光比控制系统调节偏置电流信号、调制电流信号的波形图，其中，（a）为偏置电流信号、调制电流信号的波形图，（b）为平均光功率提示信号的波形图。

附图标记：

100-现有的采用双闭环结构的控制装置，110-光源驱动器，120-RLC网络，130-偏置电路，131-低通滤波器，132-偏置电流控制模块，133-第一放大器，140-调制电路，141-峰值监测模块，142-调制电流控制模块，143-第二放大器，150-数字控制器，160-时钟模块，170-偏置电流数模转换器，180-调制电流数模转换器，200-激光器驱动控制电路，210-偏置电流源，220-调制电流源，230-直流信号产生电路，240-偏置电流控制电路，250-交流信号产生电路，260-调制电流控制电路，270-数字控制电路。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面将结合具体实施例对本申请作进一步详细描述。

本申请实施例首先提供了一种激光器驱动控制电路，为采用双闭环结构的平均光功率及消光比控制系统。

请参考图2，为本申请一实施例的激光器驱动控制电路的结构示意图，激光器驱动控制电路200包括：偏置电流源210、调制电流源220、直流信号产生电路230、偏置电流控制电路240、交流信号产生电路250、调制电流控制电路260、数字控制电路270。

其中，偏置电流源210、调制电流源220，分别与激光器相连，为所述激光器提供偏置电流信号Ibias、调制电流信号Imod以驱动激光器产生光信号，所述光信号被监控光电二极管检测以产生监控电流信号Impd。

直流信号产生电路230，与监控光电二极管一端相连，用于产生直流电流信号Iref_apcset，直流电流信号Iref_apcset具有第一设定值。

偏置电流控制电路240，与直流信号产生电路230相连，用于将由第一电流信号经第一电压转换得到的第一电压信号与参考电压信号进行大小比较，并生成相应偏置电流控制信号，第一电流信号为监控电流信号Impd中直流分量与直流电流信号Iref_apcset的差值。

交流信号产生电路250，用于在高速信号调制下产生具有第二设定值的交流电流信号Iref_aerset，另一方面，交流电流信号Iref_aerset、调制电流信号Imod被激光驱动器中传输的高速信号同步调制，故交流电流信号Iref_aerset具有与调制电流信号Imod相同的相位。

调制电流控制电路260，与交流信号产生电路250相连，用于将监控电流信号Impd中交流分量经第一电压转换得到的第一交流电压信号与交流电流信号Iref_aerset经第二电压转换得到的第二交流电压信号相减放大以生成第三交流电压信号，由于交流电流信号Iref_aerset与调制电流信号Imod、监控电流信号Impd中的交流分量，具有相同相位，且第一电压转换与第二电压转换具有相同放大倍数，故相减放大后得到的第三交流电压信号与上述信号也具有相同的相位；再将第二交流电压信号、第三交流电压信号进行限幅放大，生成限幅第二电压信号、限幅第三电压信号，最后将限幅第二电压信号与限幅第三电压信号进行相位比较，根据比较结果输出相应调制电流控制信号。

数字控制电路270，分别与偏置电流源210、调制电流源220、偏置电流控制电路240、调制电流控制电路260相连，用于在时序信号的控制下，先根据偏置电流控制信号调节偏置电流信号Ibias至偏置电流目标值，再根据调制电流控制信号调节调制电流信号Imod至调制电流目标值。具体如何根据偏置电流控制信号调节偏置电流信号Ibias至偏置电流目标值以及如何根据调制电流控制信号调节调制电流信号Imod至调制电流目标值的方法将在下文详细描述。

本实施例提供的一种激光器驱动控制电路200，采用了交流信号产生电路250与直流信号产生电路230相分离的结构，相比传统双闭环控制系统，大大减少监控光电二极管MPD的寄生电容带来的影响，提升了信号转换速度、减少了节点信号损失，同时通过设置用于产生与调制电流信号相位相同的交流电流信号的交流信号产生电路250，和对交流电流信号Iref_aerset、监控电流信号Impd中交流分量处理后进行相位探测并输出调制电流控制信号的调制电流控制电路260，解决了现有技术中采用峰值监测模块的调制电路在进行峰值检测、峰值比较过程中精准度下降明显，从而导致消光比控制环路的稳定性、精度降低的问题，具有精度高、稳定性好、转换时间快、更适用高速光通信的优点。

图3为图2所示激光器驱动控制电路中部分结构的电路示意图。

请参考图3，直流信号产生电路230由一受控电流源组成，该受控电流源一端与监控光电二极管的正极相连于A1节点，并在输出具有第一设定值的直流电流信号Iref_apcset，可通过设置数字控制电路270中的寄存器来对第一设定值进行配置，在此不再赘述。

请参考图3，偏置电流控制电路240包括：第一跨阻放大器TIA1、第一低通滤波器LPF1、第二跨阻放大器TIA2、第二低通滤波器LPF2、第一采样保持积分比较器。

第一跨阻放大器TIA1，输入端与监控光电二极管、直流信号产生电路230相连，用于将监控电流信号Impd、直流电流信号Iref_apcset的差值进行跨阻放大并输出。

第一低通滤波器LPF1，输入端与第一跨阻放大器TIA1的输出端相连，接收经第一跨阻放大器TIA1放大后的信号并滤除其中的交流分量，输出第一电压信号。

第二跨阻放大器TIA2，输出端与输入端相连，第二跨阻放大器TIA2与第一跨阻放大器TIA1具有相同参数；

第二低通滤波器LPF2，输入端与第二跨阻放大器TIA2输出端相连，输出端输出参考电压信号，第二低通滤波器LPF2与第一低通滤波器LPF1具有相同参数。

其中，参考电压信号的大小为第二跨阻放大器TIA2的输出电压信号与第二低通滤波器LPF2自身电压移位形成的电压信号之和，通过采用完全相同的跨阻放大器和低通滤波器的结构，在监控电流信号Impd为零时，第一跨阻放大器TIA1与第一低通滤波器LPF1结构的输出电压信号与参考电压信号完全一致，从而使在最终动态平衡后，第一跨阻放大器TIA1与第一低通滤波器LPF1结构的输出电压信号恢复到参考电压信号的大小。

第一采样保持积分比较器，第一输入端与第一低通滤波器LPF1输出端相连，第二输入端与参考电压模块相连，输出端输出偏置电流控制信号。

在本实施例中，通过将第二跨阻放大器TIA2作为参考跨阻放大器单独设计，避免采用第一跨阻放大器TIA1输入节点作为参考电压信号，导致寄生电容降低带宽的问题，同时输出的参考电压信号也具有避免信号干扰的优点。

请参考图3，交流信号产生电路250，可以由两个上下串联且电流方向相同的受控电流源组成，受控电流源可以是数控电流源，通过设置数字控制电路270中的寄存器来对第二设定值进行配置，在此不再赘述。

其中，第一受控电流源第一端与供电端VCC相连，第二端与调制电流控制电路的输入端相连并输出第一直流电流。第二受控电流源第一端与第一受控电流源第二端相连并在高速信号调制下输出交流电流信号和第二直流电流，第二端接地。

由于，第一直流电流和第二直流电流大小相同方向相反在C1点互相抵消，因此并没有直流电流流入或流出调制电流控制电路260，仅有交流电流信号输出至调制电流控制电路260。

一实施例中，交流信号产生电路250还包括：电容器CAP1，电容器CAP1的第一端与第一受控电流源的第二端相连，电容器CAP1的第二端与地端相连，电容器CAP1具有与监控光电二极管寄生电容相同的电容值，起到模拟监控光电二极管寄生电容的作用，使C1节点的带宽大幅接近A1节点，且大大降低两节点间的信号相位延迟。

请参考图3，调制电流控制电路260包括：第三跨阻放大器TIA3、信号放大器AMP1、第一限幅放大器AMP2、第二限幅放大器AMP3、相位探测模块。

第三跨阻放大器TIA3，输入端与交流信号产生电路250相连接收交流电流信号，输出端输出第二交流电压信号，第三跨阻放大器与第一跨阻放大器、第二跨阻放大器具有相同参数。

信号放大器AMP1，第一输入端与第一跨阻放大器TIA1输出端相连接收第一交流电压信号，第二输入端与第三跨阻放大器TIA3输出端相连接收第二交流电压信号，输出端输出第三交流电压信号。

第一限幅放大器AMP2，输入端与信号放大器AMP1输出端相连，输出端输出限幅第三电压信号。

第二限幅放大器AMP3，输入端与第三跨阻放大器TIA3输出端相连，输出端输出限幅第二电压信号，第一限幅放大器AMP2与第二限幅放大器AMP3具有相同参数。

相位探测模块，第一输入端与第一限幅放大器AMP2输出端相连，第二输入端与第二限幅放大器AMP3输出端相连，用于探测限幅第二电压信号、限幅第三电压信号的相位，当探测到限幅第二电压信号与限幅第三电压信号相位相同时，输出端输出第一调制电流控制信号，当探测到限幅第二电压信号与限幅第三电压信号相位相反时，输出端输出第二调制电流控制信号。

一实施例中，调制电流控制电路260还包括：第三低通滤波器LPF3以及第四低通滤波器LPF4，第三低通滤波器LPF3、第四低通滤波器LPF4具有相同参数。

第三低通滤波器LPF3，输入端与第一限幅放大器AMP2输出端相连，输出端与相位探测模块的第一输入端相连，用于滤除限幅第三电压信号中的高速码型频段。第四低通滤波器LPF4，输入端与第二限幅放大器AMP3输出端相连，输出端与相位探测模块的第二输入端相连，用于滤除限幅第二电压信号中的高速码型频段。

本实施例中，通过设置第三低通滤波器LPF3、第四低通滤波器LPF4，滤除了幅度衰减较多的高速码型信号，采用一致性较好的中低频码型进行后续相位比较，在满足高速光通信应用的前提下，提高了消光比控制系统的精度。

一实施例中，相位探测模块包括：相位探测器、第二采样保持积分比较器。下面对相位探测模块的具体电路结构、相位探测模块对限幅第二电压信号、限幅第三电压信号进行相位比较的作用机制进行详细描述。

图4为本申请一实施例的相位探测器的电路示意图。

请参考图4，该相位探测器，包括：第一开关元件SWX、第二开关元件SWY、反相器、第一电容CX、第二电容CY、第一低通滤波模块LPF_X、第二低通滤波模块LPF_Y。

其中，第一开关元件SWX的输入端分别与反相器的输入端、第二限幅放大器AMP3输出端相连接收限幅第二电压信号，第一开关元件SWX的输出端与第一电容CX的第一端相连，第二开关元件SWY的输入端与反相器的输出端相连，第二开关元件SWY的输出端与第二电容CY第一端相连，第一开关元件SWX的受控端、第二开关元件SWY的受控端与第一限幅放大器AMP2输出端相连，根据限幅第三电压信号同步控制第一开关元件SWX、第二开关元件SWY的导通或关断，第一电容CX的第二端、第二电容CY的第二端与地端相连。

第一低通滤波模块LPF_X输入端与第一开关元件SWX的输出端相连，第一低通滤波模块LPF_X的输出端作为相位探测器第一输出端输出第一相位信号Voutp，第二低通滤波模块LPF_Y的输入端与第二开关元件SWY的输出端相连，第二低通滤波模块LPF_Y的输出端作为相位探测器第二输出端输出第二相位信号Voutn。

Vin1信号、Vin2p信号分别表示限幅第二电压信号、限幅第三电压信号，Vin1信号同时控制第一开关元件SWX和第二开关元件SWY，Vin2p信号经反向器转换为差分信号Vin2n，Vin2p信号和Vin2n信号被Vin1信号采样到第一电容CX和第二电容CY以后，再由第一低通滤波模块LPF_X以及第二低通滤波模块LPF_Y上过滤毛刺输出。

请参考图5，为相位探测器为对限幅第二电压信号、限幅第三电压信号进行处理的波形图。

虚线箭头表示采样点，如图5中A、B所示，当Vin1信号的相位与Vin2p信号相位相同时，Vin1高位采样期间只能采到Vin2p信号的高电压和Vin2n信号的低电压，第一相位信号Voutp为高电平，第二相位信号Voutn为低电平；如图5中C、D所示，当Vin1信号的相位与Vin2p信号的相位相反时候，采样期间只能采到Vin2p的低电压和Vin2n的高电压，第一相位信号Voutp为低电平，第二相位信号Voutn为高电平。

相位探测器中进行相位探测后，输出的第一相位信号Voutp、第二相位信号Voutn被传入第二采样保持积分比较器进行后续处理生成调整电流控制信号。

请参考图6，为本申请一实施例的采样保持积分比较器的电路示意图。本申请实施例中的第一采样保持积分比较器和第二采样保持积分比较器都采用该结构。

该采样保持积分比较器为四级结构，第一级包括采样保持积分器OP1、第三电容CE、第四电容CF、第五电容CG，第二级为一般比较器CMP1，第三级为带高低阈值窗口的迟滞比较器CMP2，第四级为锁存器。

此外，该采样保持积分比较器还包括：第三开关元件SW1、第四开关元件SW2、第五开关元件SW3、第六开关元件SW4、第七开关元件SW5、第八开关元件SW6、第九开关元件SW7，且采用两个互补的相位P1、P2信号对上述开关元件进行控制。

其中，第三开关元件SW1的第一端作为第一采样保持积分比较器的第一输入端，第三开关元件SW1的第二端与第三电容CE的第一端、第四开关元件SW2的第一端相连，第四开关元件SW2的第二端与采样保持积分器OP1的反相输入端相连，第五开关元件SW3的第一端作为第一采样保持积分比较器的第二输入端，第五开关元件SW3的第二端与第四电容CF的第一端、第六开关元件SW4的第一端相连，第六开关元件SW4的第二端与采样保持积分器OP1的正相输入端相连，第三电容CE的第二端、第四电容CF的第二端与地端相连，第五电容CG的第一端与第七开关元件SW5的第一端、采样保持积分器OP1的反相输入端相连，第五电容CG的第二端与第七开关元件SW5的第二端、采样保持积分器OP1的输出端相连，第八开关元件SW6的第一端与共模电压端Vcm、一般比较器CMP1的正相输入端、第九开关管SW7的第一端、迟滞比较器CMP2的反相输入端相连，第八开关元件SW6的第二端与采样保持积分器OP1的正相输入端相连，一般比较器CMP1的反相输入端与采样保持积分器OP1的输出端相连，迟滞比较器CMP2的正相输入端与第九开关元件SW7、一般比较器CMP1的输出端相连，迟滞比较器CMP2的输出端与锁存器的输入端相连，锁存器的输出端作为第一采样保持积分比较器的输出端。

请参考图7，为处于采样重置期的采样保持积分比较器的电路示意图。其中，P1信号控制第三开关元件SW1、第五开关元件SW3、第七开关元件SW5、第八开关元件SW6、第九开关元件SW7闭合，时钟采样输入信号Vin、Vref被储存在第三电容CE、第四电容CF里。第三电容CE、第四电容CF大小相同，同时采样保持积分器OP1以共模电压Vcm为参考接成单位负反馈，一般比较器CMP1正端输入，输出与迟滞比较器CMP2正负端输入都短接为共模电压Vcm，保持积分器OP1和一般比较器CMP1输出为共模电压，迟滞比较器CMP2输出为上一个状态逻辑电平，共模电压的取值为高低逻辑电平的中间值。

请参考图8，为处于保持比较期的采样保持积分比较器的电路示意图，P2信号控制第四开关元件SW2、第六开关元件SW4闭合，第三电容CE、第四电容CF的电压首先保持并传递给采样保持积分器OP1进行放大，采样保持积分器OP1放大的差值继续在一般比较器CMP1中和共模电压比较产生更大的电压逼近逻辑电平，最后再由带高低阈值的迟滞比较器CMP2做迟滞过滤毛刺以及P1期间产生的共模电压得到最终的输出，迟滞比较器CMP2在P2期间完成比较输出当前逻辑电平，在P1期间输出前一个P2期间保存的逻辑电平。

请参考图3，数字控制电路270，包括：APC控制逻辑、AER控制逻辑、寄存器、采样保持时间控制模块。APC控制逻辑用于根据偏置电流控制电路240输出的偏置电流控制信号，调节偏置电流信号Ibias至偏置电流目标值；AER控制逻辑用于根据调制电流控制电路260输出的调制电流控制信号，调节调制电流信号Imod至调制电流目标值。

本申请实施例还提供了一种用于光通信激光器的驱动芯片，包括上述激光器驱动控制电路。

请参考图3和图9，本申请还提供一种激光器驱动控制方法，用于控制上述的激光器驱动控制电路，包括步骤S410~S460。

步骤S410，产生直流电流信号Iref_apcset，直流电流信号Iref_apcset具有第一设定值，具体可通过上位机MCU对寄存器的直流电流控制字Ctrl_Iref_apcset进行配置来设定第一设定值的大小。

步骤S420，将由第一电流信号经第一电压转换得到的第一电压信号与参考电压信号进行大小比较，生成相应偏置电流控制信号。

在本步骤中，激光器驱动控制电路启动后，偏置电流源、调制电流源分别根据偏置电流控制字Ctrl_Ibias和调制电流控制字Ctrl_Imod赋以的初值生成偏置电流信号Ibias、调制电流信号Imod，并通过激光器产生光信号输出，监控电流信号Impd的直流分量与直流电流信号Iref_apcset在节点A1相减，差值电流通过第一跨阻放大器TIA1转换，在第一跨阻放大器TIA1的共模电压上叠加一个正向或反向的差值电压在节点A2输出，再经过第一低通滤波器LPF1滤除交流分量的干扰后输出到节点A3；与此同时与第一跨阻放大器TIA1和第一低通滤波器LPF1相同的第二跨阻放大器TIA2和第二低通滤波器LPF2在节点B2输出参考电压信号，节点B2与节点A3的电压信号在第一采样保持积分比较器中相减并比较。

第一采样保持积分比较器接收第一电压信号以及参考电压信号，通过采样积分器放大两者误差，并在节点A4由比较器输出0或1的逻辑状态代表偏置电流控制信号。当节点A4输出逻辑1时，监控电流信号Impd的直流分量小于直流电流信号Iref_apcset；当节点A4输出逻辑0时，监控电流信号Impd的直流分量大于直流电流信号Iref_apcset，可以理解上述逻辑状态仅是示例，不是对本申请的限定。

步骤S430，在时序信号控制下，根据所述偏置电流控制信号调节偏置电流信号以积分模式或突发模式逼近偏置电流目标值。

在本步骤中，节点A4的偏置电流控制信号转递到数字控制电路中，APC控制逻辑根据偏置电流控制信号的数字逻辑电平，改变偏置电流控制字Ctrl_Ibias的值，反馈调节偏置电流信号Ibias来实现对激光器平均光功率的改变和调整。

本实施例中，平均光功率控制以及消光比控制的数字控制逻辑，运行模式均为两种，一种为积分模式，另一种为突发模式。下面以平均光功率控制为例，分别对两种运行模式进行介绍，消光比控制同理在此就不再赘述。

请参考图10，为平均光功率控制中积分模式下的波形示意图，当处于积分模式启动阶段且当前采样比较周期内A4点的数字逻辑代表监控电流Impd的直流分量小于直流电流信号Iref_apcset时，数字控制电路中APC控制逻辑生成偏置电流控制字Ctrl_Ibias的值会首先以最小步长爬升，偏置电流信号Ibias和监控电流Impd电流同时增加，直到监控电流Impd直流分量第一次越过直流电流信号Iref_apcset后，偏置电流控制字Ctrl_Ibias改变方向且仍然会以最小步长减少，如果下一个采样比较周期的监控电流Impd直流分量小于直流电流信号Iref_apcset后，偏置电流控制字Ctrl_Ibias会再次调转方向以最小步长增加，从而控制偏置电流信号Ibias以极少的步长数量来回在目标值上下改变，平均光功率控制系统稳定工作，并维持动态平衡。

请参考图11，为平均光功率控制中突发模式下的波形示意图。当处于突发模式下时，偏置电流控制字Ctrl_Ibias的值会以较大的步长爬升，在第一次监控电流Impd直流分量越过直流电流信号Iref_apcset并调转方向后会以逐次逼近法收敛，例如在二分法下，在每一个采样比较周期内步长都会减少为之前的一半，直到逐次逼近逻辑结束后，偏置电流控制字Ctrl_Ibias控制偏置电流信号Ibias以极少的步长数量来回在目标值上下改变，平均光功率控制系统稳定工作，并维持动态平衡。

步骤S440，产生交流电流信号Iref_aerset，交流电流信号Iref_aerset具有与调制电流信号Imod相同的相位，交流电流信号Iref_aerset的大小为第二设定值，具体可通过上位机MCU对寄存器中的交流电流控制字Ctrl_Iref_aerset进行配置来设定第二设定值的大小。

步骤S450，将第一交流电压信号与第二交流电压信号相减放大以生成第三交流电压信号，再将第二交流电压信号、第三交流电压信号进行限幅放大，生成限幅第二电压信号、限幅第三电压信号，最后将限幅第二电压信号与限幅第三电压信号进行相位比较，根据比较结果输出调制电流控制信号。

具体的，平均光功率控制系统稳定工作后，监控电流信号Impd的直流分量与直流电流信号Iref_apcset大小一致，这两路电流在A1点完全抵消，因此只剩下监控电流信号Impd的交流分量，监控电流信号Impd的交流分量大小和调制电流信号Imod成正比，能反映激光器的消光比，监控电流信号Impd的交流分量在第一跨阻放大器TIA1经过转换输出第一交流电压信号与交流电流信号Iref_aerset通过第三跨阻放大器TIA3转换的第二交流电压信号相减放大得到第三交流电压信号。该第三交流电压信号幅度被继续放大到限幅后再和经过限幅的第二交流电压信号进行相位比较，根据比较结果输出调制电流控制信号。

步骤S460，在时序信号控制下，根据所述调制电流控制信号调节所述调制电流信号以积分模式或突发模式逼近调制电流目标值。

图12为本申请一实施例中平均光功率及消光比控制系统调节偏置电流信号、调制电流信号的波形图。

请参考图12（b），为平均光功率提示信号的波形图。当APC稳定工作信号保持逻辑0时，平均光功率控制系统处于启动状态，当APC稳定工作信号转换为逻辑1时，平均光功率控制系统已经完成启动并稳定工作，同时消光比控制系统开始启动。

请参考图12（a），为激光器驱动控制电路中偏置电流信号Ibias、调制电流信号Imod的波形图，粗实线代表偏置电流信号Ibias，交流分量代表调制电流信号Imod，调制电流信号Imod叠加在偏置电流信号Ibias上一起输出至激光器中，平均光功率控制系统以及消光比控制系统的启动方式均为突发模式。

APC稳定工作信号为逻辑0时，偏置电流控制电路240调节偏置电流信号Ibias按照逐次逼近法逼近目标值，调制电流信号Imod的幅度保持不变。APC稳定工作信号为逻辑1时，偏置电流控制电路240调节偏置电流信号Ibias维持动态平衡状态，调制电流控制电路260调节调制电流信号Imod开始按照逐次逼近法逼近目标值，最终实现调制电流信号Imod以及偏置电流信号Ibias均实现了动态稳定。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，本申请的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本申请的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种激光器驱动控制电路，包括：偏置电流源、调制电流源，分别与激光器相连，为所述激光器提供偏置电流信号、调制电流信号以驱动激光器产生光信号，所述光信号被监控光电二极管检测以产生监控电流信号，其特征在于，还包括：

直流信号产生电路，与所述监控光电二极管一端相连，用于产生直流电流信号，所述直流电流信号具有第一设定值；

偏置电流控制电路，与所述直流信号产生电路相连，用于将由第一电流信号经第一电压转换得到的第一电压信号与参考电压信号进行大小比较，并生成相应偏置电流控制信号，所述第一电流信号为所述监控电流信号的直流分量与所述直流电流信号的差值；

交流信号产生电路，用于在高速信号调制下产生交流电流信号，所述交流电流信号与所述调制电流信号具有相同的相位，所述交流电流信号的大小为第二设定值；

调制电流控制电路，与所述交流信号产生电路相连，用于将第一交流电压信号与第二交流电压信号相减并放大以生成第三交流电压信号，再将所述第二交流电压信号、所述第三交流电压信号进行限幅放大，生成限幅第二电压信号、限幅第三电压信号，最后将所述限幅第二电压信号与所述限幅第三电压信号进行相位比较，根据比较结果输出相应调制电流控制信号，其中，所述第一交流电压信号、所述第二交流电压信号的相位相同，所述第一交流电压信号为所述监控电流信号的交流分量经第一电压转换得到，所述第二交流电压信号为所述交流电流信号经第二电压转换得到，所述第一电压转换与所述第二电压转换具有相同放大倍数；

数字控制电路，分别与所述偏置电流源、所述调制电流源、所述偏置电流控制电路、所述调制电流控制电路相连，用于在时序信号的控制下，先根据所述偏置电流控制信号调节所述偏置电流信号至偏置电流目标值，再根据所述调制电流控制信号调节所述调制电流信号至调制电流目标值。

2.根据权利要求1所述的激光器驱动控制电路，其特征在于，所述偏置电流控制电路包括：

第一跨阻放大器，输入端与所述直流信号产生电路、所述监控光电二极管相连，输出端与输入端相连，用于将所述监控电流信号、所述直流电流信号的差值进行跨阻放大并输出；

第一低通滤波器，输入端与所述第一跨阻放大器的输出端相连，接收经所述第一跨阻放大器放大后的信号并滤除其中的交流分量，输出所述第一电压信号；

第二跨阻放大器，输出端与输入端相连，所述第二跨阻放大器与所述第一跨阻放大器具有相同参数；

第二低通滤波器，输入端与所述第二跨阻放大器的输出端相连，输出端输出所述参考电压信号，所述第二低通滤波器与所述第一低通滤波器具有相同参数；

第一采样保持积分比较器，第一输入端与所述第一低通滤波器的输出端相连，第二输入端与所述第二低通滤波器的输出端相连，输出端输出偏置电流控制信号。

3.根据权利要求2所述的激光器驱动控制电路，其特征在于，所述调制电流控制电路包括：

第三跨阻放大器，输入端与所述交流信号产生电路相连接收所述交流电流信号，输出端输出所述第二交流电压信号，所述第三跨阻放大器与所述第一跨阻放大器、所述第二跨阻放大器具有相同参数；

信号放大器，第一输入端与所述第一跨阻放大器的输出端相连接收所述第一交流电压信号，第二输入端与所述第三跨阻放大器的输出端相连接收所述第二交流电压信号，输出端输出所述第三交流电压信号；

第一限幅放大器，输入端与所述信号放大器的输出端相连，输出端输出所述限幅第三电压信号；

第二限幅放大器，输入端与所述第三跨阻放大器的输出端相连，输出端输出所述限幅第二电压信号，所述第一限幅放大器与所述第二限幅放大器具有相同参数；

相位探测模块，第一输入端与所述第一限幅放大器的输出端相连，第二输入端与所述第二限幅放大器的输出端相连，用于探测所述限幅第二电压信号、所述限幅第三电压信号的相位，当探测到所述限幅第二电压信号与所述限幅第三电压信号相位相同时，输出端输出第一调制电流控制信号，当探测到所述限幅第二电压信号与所述限幅第三电压信号相位相反时，输出端输出第二调制电流控制信号。

4.根据权利要求3所述的激光器驱动控制电路，其特征在于，所述调制电流控制电路还包括：

第三低通滤波器，输入端与所述第一限幅放大器的输出端相连，输出端与所述相位探测模块的第一输入端相连，用于滤除所述限幅第三电压信号中的高速码型频段；

第四低通滤波器，输入端与所述第二限幅放大器的输出端相连，输出端与所述相位探测模块的第二输入端相连，用于滤除所述限幅第二电压信号中的高速码型频段，所述第三低通滤波器、所述第四低通滤波器具有相同参数。

5.根据权利要求3所述的激光器驱动控制电路，其特征在于，所述相位探测模块包括：相位探测器和第二采样保持积分比较器；

所述相位探测器包括：第一开关元件、第二开关元件、反相器、第一电容、第二电容、第一低通滤波模块、第二低通滤波模块，其中，所述第一开关元件的输入端分别与所述反相器的输入端、所述第二限幅放大器的输出端相连接收所述限幅第二电压信号，所述第一开关元件的输出端与所述第一电容的第一端相连，所述第二开关元件的输入端与所述反相器的输出端相连，所述第二开关元件的输出端与所述第二电容第一端相连，所述第一开关元件的受控端、所述第二开关元件的受控端与所述第一限幅放大器的输出端相连，根据所述限幅第三电压信号同步控制所述第一开关元件、所述第二开关元件的导通或关断，所述第一低通滤波模块的输入端与所述第一开关元件的输出端相连，所述第一低通滤波模块的输出端作为相位探测器第一输出端输出第一相位信号，所述第二低通滤波模块的输入端与所述第二开关元件的输出端相连，所述第二低通滤波模块的输出端作为相位探测器第二输出端输出第二相位信号，所述第一电容的第二端、所述第二电容的第二端与地端相连；

所述第二采样保持积分比较器，接收所述第一相位信号、所述第二相位信号，当所述第一相位信号大于所述第二相位信号时，输出第一调制电流控制信号；当所述第一相位信号小于所述第二相位信号时，输出第二调制电流控制信号。

6.根据权利要求1所述的激光器驱动控制电路，其特征在于，所述交流信号产生电路包括：第一受控电流源，第二受控电流源，所述第一受控电流源的第一端与供电端相连，所述第一受控电流源的第二端与所述调制电流控制电路的输入端相连并输出第一直流电流，所述第二受控电流源的第一端与所述第一受控电流源的第二端相连并在所述高速信号的同步调制下输出所述交流电流信号和第二直流电流，所述第一直流电流与所述第二直流电流大小相同，所述第二受控电流源的第二端与地端相连。

7.根据权利要求6所述的激光器驱动控制电路，其特征在于，所述交流信号产生电路还包括：电容器，所述电容器的第一端与所述第一受控电流源的第二端相连，所述电容器的第二端与地端相连，所述电容器具有与所述监控光电二极管寄生电容相同的电容值。

8.根据权利要求2所述的激光器驱动控制电路，其特征在于，所述第一采样保持积分比较器包括：采样保持积分器、一般比较器、迟滞比较器、锁存器、第三开关元件、第四开关元件、第五开关元件、第六开关元件、第七开关元件、第八开关元件、第九开关元件、第三电容、第四电容、第五电容，所述第三开关元件的第一端作为所述第一采样保持积分比较器的第一输入端，所述第三开关元件的第二端与所述第三电容的第一端、所述第四开关元件的第一端相连，所述第四开关元件的第二端与所述采样保持积分器的反相输入端相连，所述第五开关元件的第一端作为所述第一采样保持积分比较器的第二输入端，所述第五开关元件的第二端与所述第四电容的第一端、所述第六开关元件的第一端相连，所述第六开关元件的第二端与所述采样保持积分器的正相输入端相连，所述第三电容的第二端、所述第四电容的第二端与地端相连，所述第五电容的第一端与所述第七开关元件的第一端、所述采样保持积分器的反相输入端相连，所述第五电容的第二端与所述第七开关元件的第二端、所述采样保持积分器的输出端相连，所述第八开关元件的第一端与共模电压端、所述一般比较器的正相输入端、所述第九开关元件的第一端、所述迟滞比较器的反相输入端相连，所述第八开关元件的第二端与所述采样保持积分器的正相输入端相连，所述一般比较器的反相输入端与所述采样保持积分器的输出端相连，所述迟滞比较器的正相输入端与所述第九开关元件、所述一般比较器的输出端相连，所述迟滞比较器的输出端与所述锁存器的输入端相连，所述锁存器的输出端作为所述第一采样保持积分比较器的输出端。

9.一种激光器驱动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

产生直流电流信号，所述直流电流信号具有第一设定值；

将由第一电流信号经第一电压转换得到的第一电压信号与参考电压信号进行大小比较，生成相应偏置电流控制信号，所述第一电流信号为监控电流信号的直流分量与所述直流电流信号的差值；

在时序信号控制下，根据所述偏置电流控制信号调节偏置电流信号以积分模式或突发模式逼近偏置电流目标值；

产生交流电流信号，所述交流电流信号具有与调制电流信号相同的相位，所述交流电流信号的大小为第二设定值；

将第一交流电压信号与第二交流电压信号相减并放大以生成第三交流电压信号，再将所述第二交流电压信号、所述第三交流电压信号进行限幅放大，生成限幅第二电压信号、限幅第三电压信号，最后将所述限幅第二电压信号与所述限幅第三电压信号进行相位比较，根据比较结果输出调制电流控制信号，其中，所述第一交流电压信号、所述第二交流电压信号的相位相同，所述第一交流电压信号为所述监控电流信号的交流分量经第一电压转换得到，所述第二交流电压信号为所述交流电流信号经第二电压转换得到，所述第一电压转换与所述第二电压转换具有相同放大倍数；

在时序信号控制下，根据所述调制电流控制信号调节所述调制电流信号以积分模式或突发模式逼近调制电流目标值。

10.一种用于光通信激光器的驱动芯片，其特征在于，包括根据权利要求1~8任意一项所述的激光器驱动控制电路。

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