CN116111447A - 一种基于连续模式驱动器的激光突发控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于连续模式驱动器的激光突发控制系统，包括激光连续驱动器、突发信号产生单元、激光器反向电压控制单元和激光二极管；激光连续驱动器具有正极端、负极端和Bulk‑Boost输出电路；激光器反向电压控制单元包括单刀双掷开关、导通二极管和三级滤波网络，激光二极管的正极分别与正极端、三级滤波网络和电源输入端连接，负极分别与负极端和导通二极管连接；突发信号产生单元与控制信号输入端相连，用于向激光器反向电压控制单元发送突发控制信号。该控制系统可基于现有连续模式的激光驱动芯片实现25G/50G速率信号下激光器的突发控制，满足现今的市场对于25G/50G PON ONU突发模式下高速开关光的要求。
Description
技术领域
本发明涉及激光控制技术领域，具体地说涉及一种基于连续模式驱动器的激光突发控制系统。
背景技术
随着通信技术的飞速发展，10G PON（Passive Optical Network，无源光网络）网络进入大规模商用阶段，可为用户提供高达1Gbps的宽带，实现千兆网络的覆盖。作为高速PON系统中的重要一环，ONU（Optical Network Unit，光网络单元）光模块的研发意义重大。在10G PON系统中，信号从ONU传输到OLT（optical line terminal，光线路终端）属于多点到单点的传输方式，为防止信号传输过程中会有冲突，采用分时(TDM， Time DivisionMultiplexer)突发方式传输信号，即系统为每一个用户家里的ONU模块分配一个时槽（TimeSlot），当某用户家里的ONU有上行数据需要传输时，系统就控制该ONU的激光器在指定时槽内快速开光，发送信号；当发送完成后，便立即关闭掉激光器，这种实现信号传输的方式即称作突发模式（Burst Mode）。这种利用突发模式实现激光器快速开关光的方式大多数是基于低速应用的芯片集成方案，其通过系统给控制信号到ONU内激光器驱动芯片的某硬件管脚，芯片内部集成了通过该硬件管脚快速开关激光器的功能电路。
然而，随着F5G和中国“双千兆战略”的持续推进，以及随着用户对网络带宽要求的进一步提高和PON网络应用场景进一步丰富，下一代高速PON光模块也亟待研发出来。但高速速率下的激光器驱动芯片方案皆基于连续模式，且因为市场需求较为靠后，高速PON光模块还未普及应用，相应的芯片厂商还未推出可针对25G及以上速率信号实现突发模式快速开关光的产品，这就导致目前高速速率信号下没有对应可实现突发模式快速开关光技术。
为此，有必要利用现有条件下的技术解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于连续模式驱动器的激光突发控制系统，该控制系统可基于现有连续模式的激光驱动芯片实现25G速率信号下激光器的突发控制，不仅节省了开发的时间成本，经济高效，还满足现今的市场对于50G PON ONU突发模式下高速开关光的要求。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于连续模式驱动器的激光突发控制系统，其特征在于：包括激光连续驱动器、突发信号产生单元、激光器反向电压控制单元和激光二极管；其中，
所述激光连续驱动器具有正极端、负极端和Bulk-Boost输出电路；
所述激光器反向电压控制单元包括单刀双掷开关、导通二极管和三级滤波网络，所述单刀双掷开关包括控制信号输入端、电源输入端、第一不动端和第二不动端，电源输入端通过三级滤波网络与Bulk-Boost输出电路连接，第一不动端通过导通二极管与负极端连接，第二不动端旁路接地；
所述激光二极管的正极分别与正极端、三级滤波网络和电源输入端连接，负极分别与负极端和导通二极管连接；
所述突发信号产生单元与激光器反向电压控制单元的控制信号输入端相连，用于向激光器反向电压控制单元发送突发控制信号，所述单刀双掷开关用于根据突发控制信号使第一不动端与电源输入端导通或使第一不动端与第二不动端导通。
所述激光连续驱动器是指支持速率为1Gbps~26.5Gbps的连续模式的激光驱动芯片。
所述单刀双掷开关还包括与电源输入端并联的高电平参考端和与第二不动端并联的低电平参考端；当单刀双掷开关接收到的突发控制信号为高电平时，第一不动端连接到高电平参考端；当单刀双掷开关接收到的突发控制信号为低电平时，第一不动端连接到低电平参考端。
所述三级滤波网络包括电阻、第一滤波磁珠、第二滤波磁珠和第三滤波磁珠，第一滤波磁珠、第二滤波磁珠和第三滤波磁珠串联在激光连续驱动器的Bulk-Boost输出电路与激光器反向电压控制单元的电源输出端之间，电阻与第一滤波磁珠并联。
所述激光二极管与导通二极管之间串联有用于滤波的第四滤波磁珠。
所述单刀双掷开关和导通二极管的开关速率均为纳秒级。
采用本发明的优点在于：
1、本发明所述的激光突发控制系统主要由激光连续驱动器、突发信号产生单元、激光器反向电压控制单元和激光二极管组合而成，其中，激光连续驱动器中Bulk-Boost输出电路通过三级滤波网络滤波后可以调试激光二极管的正向电压的大小，优化眼图质量。同时，该Bulk-Boost输出电路也作为单刀双掷开关的电源输入和高电平参考。综合来说，本发明可基于现有连续模式的激光驱动芯片实现25G速率信号下激光器的突发控制，且无需进行芯片新方案的设计，不仅节省了开发的时间成本，经济高效，还满足现今的市场对于50G PON ONU突发模式下高速开关光的要求，且能拓展到其他类似高速率应用下快速控制激光器开关的应用场景。
2、本发明所选单刀双掷开关和导通二极管的开关速率均为纳秒级，既满足实现50G PON ONU对突发时序的要求，又有利于满足快速开关光的优点。
附图说明
图1为本发明的电路框图；
图2为本发明的电路原理图。
具体实施方式
本发明所述的激光突发控制系统目前已试制成功并准备实际应用，为了更好的保护本技术，申请人对该技术进行了专利申请，下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
本发明提供了一种基于连续模式驱动器的激光突发控制系统，需要说明的是，由于50G PON ONU为非对称光模块，发射端为25G速率，接收端为50G速率，本发明主要针对激光器发射端，故针对的25G速率的连续模式驱动器。如图1、2所示，其包括激光连续驱动器、突发信号产生单元MCU、激光器反向电压控制单元和激光二极管LD（Laser Diode）。其中，
所述激光连续驱动器是指支持速率为1Gbps~26.5Gbps的连续模式的激光驱动芯片Driver，例如，可采用某厂家型号为MALD-37030B的芯片作为激光连续驱动器。该激光驱动芯片Driver具有正极端LD+和负极端LD-，用于为激光二极管LD提供交流调制信号，芯片内部内置Bulk-Boost输出电路，该Bulk-Boost输出电路输出的电压用于为激光二极管LD提供正向电压偏置。
所述激光器反向电压控制单元用于接收突发信号产生单元发送的突发控制信号，并根据突发控制信号控制激光二极管LD快速开关光，该激光器反向电压控制单元具体包括单刀双掷开关SPDT、导通二极管Diode和三级滤波网络。
所述单刀双掷开关SPDT用于突发模式下激光二极管LD的光开关控制，通过控制激光二极管LD的反向电压的电平状态，起到快速开关激光二极管LD的作用。其具体包括控制信号输入端IN、电源输入端V+、第一不动端COM和第二不动端GND，电源输入端V+通过三级滤波网络与Bulk-Boost输出电路连接，第一不动端COM通过导通二极管Diode与负极端LD-连接，第二不动端GND旁路接地。
进一步的，所述单刀双掷开关SPDT还包括与电源输入端V+并联的高电平参考端NO和与第二不动端GND并联的低电平参考端NC。该高电平参考端NO就是激光二极管LD反向接高电平时的电压，低电平参考端NC就是激光二极管LD反向接低电平时的电压。当单刀双掷开关接收到的突发控制信号为高电平时，第一不动端连接到高电平参考端；当单刀双掷开关接收到的突发控制信号为低电平时，第一不动端连接到低电平参考端。
所述三级滤波网络的作用是给输出到激光器反向电压控制单元的电源电压和输出到LD正向的偏置电压进行滤波，其主要由电阻和磁珠组成，其具体包括电阻R1、第一滤波磁珠L1、第二滤波磁珠L2和第三滤波磁珠L3，第一滤波磁珠L1、第二滤波磁珠L2和第三滤波磁珠L3串联在激光连续驱动器的Bulk-Boost输出电路与激光器反向电压控制单元的电源输出端之间，电阻R1与第一滤波磁珠L1并联在激光连续驱动器与第二滤波磁珠L2之间。
所述激光二极管LD为发光光源，具有正极和负极，其正极分别与正极端LD+、三级滤波网络和电源输入端V+连接，负极分别与负极端LD-和导通二极管Diode连接。
所述突发信号产生单元MCU可采用某厂家型号为GD32E501REL7的芯片。其信号输出端IO与激光器反向电压控制单元的控制信号输入端IN相连，用于向激光器反向电压控制单元发送突发控制信号，该突发控制信号主要是脉冲电信号。所述单刀双掷开关SPDT用于根据突发控制信号使电源输入端V+与第一不动端COM导通或使第一不动端COM与第二不动端导通GND。
需要说明的是，所述突发信号产生单元根据系统单板信号控制产生突发控制信号，由系统单板信号来控制在规定的时间窗口内发光，实现突发功能。
优选的，本发明在激光二极管LD与导通二极管Diode之间设置有用于滤波的第四滤波磁珠L4，以便于进一步提高系统的滤波效果。
优选的，本发明中单刀双掷开关和导通二极管的开关速率均为纳秒级别，以满足快速开关光，达到突发控制激光二级管LD的目的。
本发明在接收到突发信号产生单元发送的突发控制信号时，通过控制单刀双掷开关SPDT的开关，进而控制激光二极管LD的快速开关光。当接收到的突发信号为高电平时，快速控制单刀双掷开关SPDT的输出（COM管脚，即第一不动端）为低电平的状态，此时开关二极管为断开状态，激光二极管LD的驱动电流经由激光器驱动芯片的LD+到LD-端形成回路，激光二极管LD正常发光；当接收到的突发信号为低电平时，快速控制单刀双掷开关SPDT的输出COM管脚为高电平的状态，此时开关二极管为导通状态，激光二极管LD正极和负极之间电压相等，几乎没有压降，激光二极管LD快速关光。
综合来说，本发明无需重新进行针对突发模式的高速激光驱动芯片的研发设计且可利用市场上现有成熟应用的高速连续芯片方案搭配简单的外围电路来实现高速光模块突发模式的应用，不仅结构简单、便于实现，还节省了开发的时间成本，更加经济高效。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。
Claims (6)
1.一种基于连续模式驱动器的激光突发控制系统，其特征在于：包括激光连续驱动器、突发信号产生单元、激光器反向电压控制单元和激光二极管；其中，
所述激光连续驱动器具有正极端、负极端和Bulk-Boost输出电路；
所述激光器反向电压控制单元包括单刀双掷开关、导通二极管和三级滤波网络，所述单刀双掷开关包括控制信号输入端、电源输入端、第一不动端和第二不动端，电源输入端通过三级滤波网络与Bulk-Boost输出电路连接，第一不动端通过导通二极管与负极端连接，第二不动端旁路接地；
所述激光二极管的正极分别与正极端、三级滤波网络和电源输入端连接，负极分别与负极端和导通二极管连接；
所述突发信号产生单元与激光器反向电压控制单元的控制信号输入端相连，用于向激光器反向电压控制单元发送突发控制信号，所述单刀双掷开关用于根据突发控制信号使第一不动端与电源输入端导通或使第一不动端与第二不动端导通。
2.根据权利要求1所述的一种基于连续模式驱动器的激光突发控制系统，其特征在于：所述激光连续驱动器是指支持速率为1Gbps~26.5Gbps的连续模式的激光驱动芯片。
3.根据权利要求1所述的一种基于连续模式驱动器的激光突发控制系统，其特征在于：所述单刀双掷开关还包括与电源输入端并联的高电平参考端和与第二不动端并联的低电平参考端；当单刀双掷开关接收到的突发控制信号为高电平时，第一不动端连接到高电平参考端；当单刀双掷开关接收到的突发控制信号为低电平时，第一不动端连接到低电平参考端。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种基于连续模式驱动器的激光突发控制系统，其特征在于：所述三级滤波网络包括电阻、第一滤波磁珠、第二滤波磁珠和第三滤波磁珠，第一滤波磁珠、第二滤波磁珠和第三滤波磁珠串联在激光连续驱动器的Bulk-Boost输出电路与激光器反向电压控制单元的电源输出端之间，电阻与第一滤波磁珠并联。
5.根据权利要求1所述的一种基于连续模式驱动器的激光突发控制系统，其特征在于：所述激光二极管与导通二极管之间串联有用于滤波的第四滤波磁珠。
6.根据权利要求1所述的一种基于连续模式驱动器的激光突发控制系统，其特征在于：所述单刀双掷开关和导通二极管的开关速率均为纳秒级。
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