CN117478228A - 一种大功率高速率突发发射电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大功率高速率突发发射电路。其主要包括高速驱动单元、电流设置单元、发光单元以及突发开关单元，其中：高速驱动单元与发光单元连接，用于驱动发光单元进行工作；电流设置单元分别与发光单元以及突发开关单元连接，用于提供电流；发光单元分别与高速驱动单元、电流设置单元以及突发开关单元连接，用于输出光信号；突发开关单元分别与电流设置单元以及发光单元连接，用于使发光单元产生突发发射光信号。本发明可使连续模式高速驱动器工作在最佳状态，可以使光信号的开启和关断时间达到ns级，使光层开销时间大大缩短，可以使半导体光放大器的出光功率在不同环境条件下能得到补偿，使输出光功率得到提升并在不同工作环境下保持平稳。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，特别是涉及一种大功率高速率突发发射电路。
背景技术
在时分复用的PON(Passive Optical Network，无源光纤网络)系统中，光层最关键的技术是上行突发发射技术和上行突发接收技术。经过近二十多年的发展，上行突发发射速率已从最初的155Mb/s演变到如今使用的10Gb/s的规模，并且继续朝25G PON和50GPON方向演进。
考虑到高速率突发发射技术的难度及市场规模，现在还没有支持25Gb/s及以上速率的突发发射Driver(驱动)面世，部分厂家推荐了采用连续发射技术的Driver加上外搭激光二极管阴极电压突发钳位的方式来解决高速率突发发射的问题。具体实现方式如图1所示。
图1中U1是连续模式的DML(Data Manipulation Language，数据操纵语言)激光驱动器，用来驱动激光器D1产生连续的高速调制光信号。在时分复用PON系统中，由于采用了P2MP(P2MP--point 2multiple point，点对多点主站)方式，一个OLT(Optical LineTerminal，光线路终端)对应着多个ONU(Optical Network Unit，光网络单元)，每个ONU必须在规定的时隙内发光，而在其它时段保持静默，这就需要ONU有突发发射功能。图1中的突发发射功能由L1﹑D2﹑S1来实现。S1作为单刀双掷电子开关，受突发使能信号BEN的控制。当刀开关连接到VCC时，使D1的阴极K电位抬高，激光器D1中无电流流过，激光器无光输出。当刀开关连接到地时，受二极管D2的阻隔作用，激光器D1的阴极K电位不受开关S1控制，激光器能正常发光。从以上工作过程分析可以看出，通过改变BEN信号的高低电平状态，就可以使激光器开启或关断，从而可以产生受控的突发发射光信号。图1中的L1用来阻断高频信号，D2采用快速肖特基二极管，一方面起反向阻隔作用，另一方面起加速作用。
图1中的电路虽可以产生突发发射信号，但开启关断时间在100ns以上，开启关断时间过长，造成所需的Guard time防护时间也相应延长，达不到ITU-9804.3中规定的Guardtime不超过51.4ns的要求，这样会使开销加大，降低传输效率。
图1中的电路还有个弊端是激光驱动电路和突发光产生电路有电气上的联系，这会对驱动电路的APC(automatic power control，自动功率控制电路)产生影响，进而使突发光包的波头产生起伏过冲现象，波尾出现拖尾现象。
为了满足大分光比的要求，高速PON网络光层的光链路预算至少规定了29dB，在高速APD(Avalanche Photo Diode，雪崩光电二极管)灵敏度远比低速APD灵敏度低的情况下，为了弥补接收端灵敏度不足的问题，需要加大发射端的出光功率，如ITU-9804.3中规定的ONU出光功率范围为4-9dBm，消光比最小为6dB。以现有的商用DML激光器来说，要达到如此参数是十分困难的。
鉴于以上情况，如何克服现有技术所存在的缺陷，解决上述技术问题，是本技术领域待解决的难题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求：现有的分立突发发射电路无法解决开启和关断时间过长的问题，且无法对光模块输出光功率进行动态补偿。本发明提供一种大功率高速率突发发射电路，包括高速驱动单元、电流设置单元、发光单元、突发开关单元；高速驱动单元可采用常规连续模式高速驱动器，由于突发功能单元与高速驱动单元没有电气上的联系，可使连续模式高速驱动器工作在最佳状态；突发光信号的产生是通过半导体光放大器SOA的光开关作用来实现的，因此光信号的开启和关断时间可达到ns级，使得光层开销时间大大缩短；同时将背光管D2的背光电流输入给电流设置单元，通过背光电流大小来检测激光器D1的出光功率，如激光器D1的出光功率变小，则加大恒流源电流设置值，如激光器D1的出光功率变大，则减小恒流源电流设置值；通过激光器D1的出光功率不同来设置不同的恒流源电流大小，使半导体光放大器SOA的出光功率在不同环境条件下能得到补偿，通过半导体光放大器SOA的光放大作用不仅使输出光功率得到提升，也使得输出光功率能在不同工作条件下保持平稳。
本发明实施例采用如下技术方案：
本发明提供了一种大功率高速率突发发射电路，包括高速驱动单元、电流设置单元、发光单元以及突发开关单元，其中：
所述高速驱动单元与所述发光单元连接，用于驱动所述发光单元进行工作；
所述电流设置单元分别与所述发光单元以及所述突发开关单元连接，用于提供电流；
所述发光单元分别与所述高速驱动单元、所述电流设置单元以及所述突发开关单元连接，用于输出光信号；
所述突发开关单元分别与所述电流设置单元以及所述发光单元连接，用于使所述发光单元产生突发发射光信号。
进一步的，所述高速驱动单元设置有高速数据输入接口TD+和TD-、驱动电流输出接口OUTA和OUTK以及高速驱动电路U1，高速业务数据电信号经所述高速数据输入接口TD+和TD-被送入所述高速驱动电路U1处理，处理后的驱动电流通过所述驱动电流输出接口OUTA和OUTK输出到所述发光单元。
进一步的，所述电流设置单元包括微控制器U2以及电流源产生电路U3，其中：
所述微控制器U2与所述发光单元相连，用于检测所述发光单元的出光功率，所述微控制器U2与所述电流源产生电路U3相连，用于控制所述电流源产生电路U3产生恒流源电流的大小；
所述电流源产生电路U3与所述发光单元、所述突发开关单元分别连接，用于提供恒流源电流。
进一步的，所述发光单元包括背光管D2、激光器D1以及半导体光放大器D3，其中，所述激光器D1与所述高速驱动单元相连，以接收所述高速驱动单元的驱动电流，所述激光器D1发出的光小部分给到所述背光管D2，用于检测所述激光器D1发出的光功率，所述激光器D1发出的光大部分给到所述半导体光放大器D3，以通过所述半导体光放大器D3将发出的光放大后输出。
进一步的，所述驱动电流输出接口OUTA和OUTK分别与所述激光器D1的A电极和K电极连接。
进一步的，所述背光管D2与所述微控制器U2相连，以使所述微控制器U2检测到所述背光管D2的光电流，进而得到所述激光器D1的出光功率。
进一步的，所述微控制器U2通过所述背光管D2检测到所述激光器D1的出光功率时，若所述激光器D1的出光功率变小，则加大恒流源电流设置值，若所述激光器D1的出光功率变大，则减小恒流源电流设置值。
进一步的，所述电流源产生电路U3输出的电流分别连接到所述半导体光放大器D3和所述突发开关单元，所述半导体光放大器D3的阳极和所述电流源产生电路U3相连，所述半导体光放大器D3的阴极和所述突发开关单元相连，所述半导体光放大器D3得到电流时开启，此时所述激光器D1发出的光经过所述半导体光放大器D3放大后输出，所述半导体光放大器D3失去电流时关闭，此时所述半导体光放大器D3对所述激光器D1发出的光产生阻隔作用，使光模块无光输出。
进一步的，所述突发开关单元包括加速电阻R1、第一开关管Q1、第二开关管Q2，所述电流源产生电路U3输出的电流连接到所述半导体光放大器D3和所述加速电阻R1，所述突发开关单元的左侧设置有突发使能信号BEN，以控制所述第一开关管Q1、所述第二开关管Q2的开启和关断，使所述电流源产生电路U3产生的电流在所述半导体光放大器D3和所述加速电阻R1上来回分配。
进一步的，所述突发开关单元还包括反向器U4，所述突发使能信号BEN分成两路，一路输入给所述第一开关管Q1的基极b，另一路通过所述反向器U4输入给所述第二开关管Q2的基极b，所述第一开关管Q1和所述第二开关管Q2组成差分开关对，当所述突发使能信号BEN为高电平时，所述第一开关管Q1导通，所述第二开关管Q2关闭，此时所述半导体光放大器D3中有电流通过而开启，光模块有光输出；当所述突发使能信号BEN为低电平时，所述第一开关管Q1关闭，所述第二开关管Q2开启，此时所述半导体光放大器D3中因无电流通过而关闭，光模块无光输出。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提供一种大功率高速率突发发射电路，包括高速驱动单元、电流设置单元、发光单元、突发开关单元；高速驱动单元可采用常规连续模式高速驱动器，由于突发开关单元与高速驱动单元没有电气上的联系，可使连续模式高速驱动器工作在最佳状态；突发光信号的产生是通过半导体光放大器SOA的光开关作用来实现的，因此光信号的开启和关断时间可达到ns级，使得光层开销时间大大缩短；同时将背光管D2的背光电流输入给电流设置单元，通过背光电流大小来检测激光器D1的出光功率，如激光器D1的出光功率变小，则加大恒流源电流设置值，如激光器D1的出光功率变大，则减小恒流源电流设置值；通过激光器D1的出光功率不同来设置不同的恒流源电流大小，使半导体光放大器SOA的出光功率在不同环境条件下能得到补偿，通过半导体光放大器SOA的光放大作用不仅使输出光功率得到提升，也使得输出光功率能在不同工作条件下保持平稳。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明背景技术提供的突发发射电路示意图；
图2为本发明实施例提供的一种大功率高速率突发发射电路示意图。
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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本发明。
实施例1：
如图2所示，本发明实施例1提供一种大功率高速率突发发射电路，包括高速驱动单元1、电流设置单元2、发光单元3以及突发开关单元4，其中：所述高速驱动单元1与所述发光单元3连接，用于驱动所述发光单元3进行工作；所述电流设置单元2分别与所述发光单元3以及所述突发开关单元4连接，用于提供电流；所述发光单元3分别与所述高速驱动单元1、所述电流设置单元2以及所述突发开关单元4连接，用于输出光信号；所述突发开关单元4分别与所述电流设置单元2以及所述发光单元3连接，用于使所述发光单元3产生突发发射光信号。
具体的，在本优选实施例中，所述高速驱动单元1设置有高速数据输入接口TD+和TD-、驱动电流输出接口OUTA和OUTK以及高速驱动电路U1，高速业务数据电信号经所述高速数据输入接口TD+和TD-被送入所述高速驱动电路U1处理，处理后的驱动电流通过所述驱动电流输出接口OUTA和OUTK输出到所述发光单元3。另外，本实施例中的高速驱动单元1可采用常规连续模式高速驱动器，由于突发开关单元4与高速驱动单元1没有电气上的联系，可使连续模式高速驱动器工作在最佳状态。
在本优选实施例中，所述电流设置单元2包括微控制器U2(图中标号为201)以及电流源产生电路U3(图中标号为202)，其中，所述微控制器U2与所述发光单元3相连，用于检测所述发光单元3的出光功率，所述微控制器U2与所述电流源产生电路U3相连，用于控制所述电流源产生电路U3产生恒流源电流的大小；所述电流源产生电路U3与所述发光单元3、所述突发开关单元4分别连接，用于提供恒流源电流。由于电流源产生电路U3产生剧烈变化的电流需要us级的过渡时间，不适宜通过电流源产生电路U3来输出一个突发的开关电流，因此突发电流产生功能必须交由突发开关单元4完成。
在本优选实施例中，所述发光单元3包括背光管D2(图中标号为301)、激光器D1(图中标号为302)以及半导体光放大器D3(也即SOA，图中标号为303)，其中，所述激光器D1与所述高速驱动单元1相连，以接收所述高速驱动单元1的驱动电流，所述激光器D1发出的光小部分给到所述背光管D2，用于检测所述激光器D1发出的光功率，所述激光器D1发出的光大部分给到所述半导体光放大器D3，以通过所述半导体光放大器D3将发出的光放大后输出。在本实施例中，突发光信号的产生是通过半导体光放大器SOA的光开关作用来实现的，因此光信号的开启和关断时间可达到ns级，使得光层开销时间大大缩短。另外，本实施例中的激光器D1为直调激光器。
在本优选实施例中，所述驱动电流输出接口OUTA和OUTK分别与所述激光器D1的A电极和K电极连接。具体的，驱动电流输出接口的OUTA接口和激光器D1的A电极相连，驱动电流输出接口的OUTK接口和激光器D1的K电极相连。
在本优选实施例中，所述背光管D2与所述微控制器U2相连，以使所述微控制器U2检测到所述背光管D2的光电流，进而得到所述激光器D1的出光功率。微控制器U2检测到激光器D1的出光功率后，通过和光功率设定值对比，输出一个电流设置参数给电流源产生电路U3，使电流源产生电路U3输出一个合适的电流值。在本优选实施例中，所述微控制器U2通过所述背光管D2检测到所述激光器D1的出光功率时，若所述激光器D1的出光功率变小，则加大恒流源电流设置值，若所述激光器D1的出光功率变大，则减小恒流源电流设置值。通过激光器D1的出光功率不同来设置不同的恒流源电流大小，使半导体光放大器SOA的出光功率在不同环境条件下能得到补偿，通过半导体光放大器SOA的光放大作用不仅使输出光功率得到提升，也使得输出光功率能在不同工作条件下保持平稳。
在本优选实施例中，所述电流源产生电路U3输出的电流分别连接到所述半导体光放大器D3和所述突发开关单元4，所述半导体光放大器D3的阳极和所述电流源产生电路U3相连，所述半导体光放大器D3的阴极和所述突发开关单元4相连，所述半导体光放大器D3得到电流时开启，此时所述激光器D1发出的光经过所述半导体光放大器D3放大后输出，所述半导体光放大器D3失去电流时关闭，此时所述半导体光放大器D3对所述激光器D1发出的光产生阻隔作用，使光模块无光输出。
在本优选实施例中，所述突发开关单元4包括加速电阻R1(图中标号为401)、第一开关管Q1(图中标号为402)、第二开关管Q2(图中标号为403)，所述电流源产生电路U3输出的电流连接到所述半导体光放大器D3和所述加速电阻R1，所述突发开关单元4的左侧设置有突发使能信号BEN，以控制所述第一开关管Q1、所述第二开关管Q2的开启和关断，使所述电流源产生电路U3产生的电流在所述半导体光放大器D3和所述加速电阻R1上来回分配。
在本优选实施例中，所述突发开关单元4还包括反向器U4(图中标号为404)，所述突发使能信号BEN分成两路，一路输入给所述第一开关管Q1的基极b，另一路通过所述反向器U4输入给所述第二开关管Q2的基极b，所述第一开关管Q1和所述第二开关管Q2组成差分开关对，当所述突发使能信号BEN为高电平时，所述第一开关管Q1导通，所述第二开关管Q2关闭，此时所述半导体光放大器D3中有电流通过而开启，光模块有光输出；当所述突发使能信号BEN为低电平时，所述第一开关管Q1关闭，所述第二开关管Q2开启，此时所述半导体光放大器D3中因无电流通过而关闭，光模块无光输出。上述第一开关管Q1和第二开关管Q2组成差分开关对主要是为了提升开关管切换速度，加速电阻R1主要起到匹配作用；有别于单管开关电路，采用差分开关对后，流过第一开关管Q1和第二开关管Q2的电流之和恒等于电流源电流，不仅可避免单管开关电路在开关切换时带来的恒流源电流波动，而且可以通过恒定的电流加快差分开关对管的切换速度，从而使突发光包的开启和关断时间大大缩短，达到ns级水平。
综上所述，本发明提供一种大功率高速率突发发射电路，包括高速驱动单元1、电流设置单元2、发光单元3、突发开关单元4；高速驱动单元1可采用常规连续模式高速驱动器，由于突发开关单元4与高速驱动单元1没有电气上的联系，可使连续模式高速驱动器工作在最佳状态；突发光信号的产生是通过半导体光放大器SOA的光开关作用来实现的，因此光信号的开启和关断时间可达到ns级，使得光层开销时间大大缩短；同时将背光管D2的背光电流输入给电流设置单元，通过背光电流大小来检测激光器D1的出光功率，如激光器D1的出光功率变小，则加大恒流源电流设置值，如激光器D1的出光功率变大，则减小恒流源电流设置值；通过激光器D1的出光功率不同来设置不同的恒流源电流大小，使半导体光放大器SOA的出光功率在不同环境条件下能得到补偿，通过半导体光放大器SOA的光放大作用不仅使输出光功率得到提升，也使得输出光功率能在不同工作条件下保持平稳。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种大功率高速率突发发射电路，其特征在于，包括高速驱动单元(1)、电流设置单元(2)、发光单元(3)以及突发开关单元(4)，其中：
所述高速驱动单元(1)与所述发光单元(3)连接，用于驱动所述发光单元(3)进行工作；
所述电流设置单元(2)分别与所述发光单元(3)以及所述突发开关单元(4)连接，用于提供电流；
所述发光单元(3)分别与所述高速驱动单元(1)、所述电流设置单元(2)以及所述突发开关单元(4)连接，用于输出光信号；
所述突发开关单元(4)分别与所述电流设置单元(2)以及所述发光单元(3)连接，用于使所述发光单元(3)产生突发发射光信号。
2.根据权利要求1所述的大功率高速率突发发射电路，其特征在于，所述高速驱动单元(1)设置有高速数据输入接口TD+和TD-、驱动电流输出接口OUTA和OUTK以及高速驱动电路U1，高速业务数据电信号经所述高速数据输入接口TD+和TD-被送入所述高速驱动电路U1处理，处理后的驱动电流通过所述驱动电流输出接口OUTA和OUTK输出到所述发光单元(3)。
3.根据权利要求2所述的大功率高速率突发发射电路，其特征在于，所述电流设置单元(2)包括微控制器U2以及电流源产生电路U3，其中：
所述微控制器U2与所述发光单元(3)相连，用于检测所述发光单元(3)的出光功率，所述微控制器U2与所述电流源产生电路U3相连，用于控制所述电流源产生电路U3产生恒流源电流的大小；
所述电流源产生电路U3与所述发光单元(3)、所述突发开关单元(4)分别连接，用于提供恒流源电流。
4.根据权利要求3所述的大功率高速率突发发射电路，其特征在于，所述发光单元(3)包括背光管D2、激光器D1以及半导体光放大器D3，其中，所述激光器D1与所述高速驱动单元(1)相连，以接收所述高速驱动单元(1)的驱动电流，所述激光器D1发出的光小部分给到所述背光管D2，用于检测所述激光器D1发出的光功率，所述激光器D1发出的光大部分给到所述半导体光放大器D3，以通过所述半导体光放大器D3将发出的光放大后输出。
5.根据权利要求4所述的大功率高速率突发发射电路，其特征在于，所述驱动电流输出接口OUTA和OUTK分别与所述激光器D1的A电极和K电极连接。
6.根据权利要求4所述的大功率高速率突发发射电路，其特征在于，所述背光管D2与所述微控制器U2相连，以使所述微控制器U2检测到所述背光管D2的光电流，进而得到所述激光器D1的出光功率。
7.根据权利要求6所述的大功率高速率突发发射电路，其特征在于，所述微控制器U2通过所述背光管D2检测到所述激光器D1的出光功率时，若所述激光器D1的出光功率变小，则加大恒流源电流设置值，若所述激光器D1的出光功率变大，则减小恒流源电流设置值。
8.根据权利要求4所述的大功率高速率突发发射电路，其特征在于，所述电流源产生电路U3输出的电流分别连接到所述半导体光放大器D3和所述突发开关单元(4)，所述半导体光放大器D3的阳极和所述电流源产生电路U3相连，所述半导体光放大器D3的阴极和所述突发开关单元(4)相连，所述半导体光放大器D3得到电流时开启，此时所述激光器D1发出的光经过所述半导体光放大器D3放大后输出，所述半导体光放大器D3失去电流时关闭，此时所述半导体光放大器D3对所述激光器D1发出的光产生阻隔作用，使光模块无光输出。
9.根据权利要求8所述的大功率高速率突发发射电路，其特征在于，所述突发开关单元(4)包括加速电阻R1、第一开关管Q1、第二开关管Q2，所述电流源产生电路U3输出的电流连接到所述半导体光放大器D3和所述加速电阻R1，所述突发开关单元(4)的左侧设置有突发使能信号BEN，以控制所述第一开关管Q1、所述第二开关管Q2的开启和关断，使所述电流源产生电路U3产生的电流在所述半导体光放大器D3和所述加速电阻R1上来回分配。
10.根据权利要求9所述的大功率高速率突发发射电路，其特征在于，所述突发开关单元(4)还包括反向器U4，所述突发使能信号BEN分成两路，一路输入给所述第一开关管Q1的基极b，另一路通过所述反向器U4输入给所述第二开关管Q2的基极b，所述第一开关管Q1和所述第二开关管Q2组成差分开关对，当所述突发使能信号BEN为高电平时，所述第一开关管Q1导通，所述第二开关管Q2关闭，此时所述半导体光放大器D3中有电流通过而开启，光模块有光输出；当所述突发使能信号BEN为低电平时，所述第一开关管Q1关闭，所述第二开关管Q2开启，此时所述半导体光放大器D3中因无电流通过而关闭，光模块无光输出。
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