CN117650425A - 一种可调激光器的驱动电路及可调激光器 - Google Patents
一种可调激光器的驱动电路及可调激光器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117650425A CN117650425A CN202311366038.6A CN202311366038A CN117650425A CN 117650425 A CN117650425 A CN 117650425A CN 202311366038 A CN202311366038 A CN 202311366038A CN 117650425 A CN117650425 A CN 117650425A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- module
- resistor
- voltage
- signal
- output
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 40
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 3
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 claims description 2
- 101100067427 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) FUS3 gene Proteins 0.000 description 4
- 101100015484 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) GPA1 gene Proteins 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N (2s)-2-[[4-[2-(2,4-diaminoquinazolin-6-yl)ethyl]benzoyl]amino]-4-methylidenepentanedioic acid Chemical compound C1=CC2=NC(N)=NC(N)=C2C=C1CCC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CC(=C)C(O)=O)C(O)=O)C=C1 NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N 0.000 description 1
- 101100115778 Caenorhabditis elegans dac-1 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 238000013473 artificial intelligence Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
- H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
本发明公开了一种可调激光器的驱动电路及可调激光器，包括信号控制模块、电压跟随模块、开关信号转换模块、信号叠加模块和压控电流源模块；信号控制模块分别与电压跟随模块和开关信号转换模块的输入端相连；信号叠加模块分别与电压跟随模块和开关信号转换模块的输出端相连；信号叠加模块的输出端与压控电流源模块的输入端相连，压控电流源模块输出端作用于可调激光器；电压跟随模块的输出信号和开关信号转换模块的输出信号通过信号叠加模块和压控电流源模块转为可调激光器的工作电流，实现了对多波长阵列激光器提供可控制且稳定的工作电流，以及实现了可调激光器波长的快速稳定切换。
Description
技术领域
本发明属于光电通信的技术领域，具体涉及一种可调激光器的驱动电路及可调激光器。
背景技术
数据中心的需求正经历巨大的变革，云计算、大数据和人工智能等新兴技术的崛起导致了全球数据量的急剧增加。传统电信号交换网络在面对这一挑战时显得有些力不从心，因为它们需要应对带宽和能耗的双重问题。在这个背景下，全光交换技术崭露头角。这种技术无需在交换节点进行光电信号转换，具备高带宽、低功耗和低延迟等诸多优势，因此被视为未来数据中心的主流交换架构。
在全光交换技术中，可调谐激光器是至关重要的元件。它们的波长精度和切换速度对整个系统性能至关重要，基于多波长串并联DFB半导体激光器阵列的可调谐激光器芯片，通过多路驱动电流源对可调谐激光器芯片不同通道进行轮流点亮/关断以实现波长快度调谐。对于全光交换系统来说，任意波长之间的路由是完全随机的、由用户决定的，也即意味着可调激光器的每个波长通道的激光器开启和关断时间是随机的，必须满足任意通道之间任意工作时间地切换，且波长重构时间期望达到ns量级，另外，虽然可调激光器芯片中的激光器阵列不会在同一时间内同时点亮，但阵列中每个通道的激光器开启时所需的工作电流会有所差异，并且非点亮状态时，仍需提供一定的偏置电流(位于激光器阈值以下)，以在其它与之串联的通道工作时，使工作通道的波长能顺利出射，同时减小弛豫振荡影响，提升调谐速度，因此，这种可调激光芯片的驱动电路需给每个通道提供一路驱动电流源，每路电流源开启和关断状态的电流大小可调，且状态间切换时间在纳秒量级，切换后，在开、关两种状态下，驱动电路均须保持稳定的输出电流值，以保证激光器的工作性能。
然而，目前商用激光器驱动芯片主要面向数据调制应用，电流驱动能力和调谐灵活性有限，电流保持稳定时间范围小，难以满足高速可调激光器波长随机切换、通道工作时间任意可调等需求，使用高速DAC、射频放大器和晶体管等器件可以实现相关功能，但高速控制接口数量要求高，实现成本高、功耗大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种可调激光器的驱动电路及可调激光器，能够对多波长阵列激光器提供可控制且稳定的工作电流，同时实现快速稳定的切换。
本发明提供了如下的技术方案：
第一方面，提供了一种可调激光器的驱动电路，包括信号控制模块、电压跟随模块、开关信号转换模块、信号叠加模块和压控电流源模块；
所述信号控制模块分别与电压跟随模块和开关信号转换模块的输入端相连；所述信号叠加模分别与电压跟随模块和开关信号转换模块的输出端相连；所述信号叠加模块的输出端与压控电流源模块的输入端相连；
所述信号控制模块用于提供偏置电流控制信号、幅值控制信号和高速开关控制信号；所述偏置电流控制信号通过第一低速数模转换器产生，所述幅值控制信号通过第二低速数模转换器产生的幅值控制信号，所述高速开关控制信号通过FPGA单元产生；
所述电压跟随模块用于对所述偏置电流控制信号进行缓冲，生成缓冲偏置电流控制信号；
所述开关信号转换模块用于将所述高速开关控制信号和所述幅值控制信号转换为幅度可控的输出开关控制信号；
所述信号叠加模块用于将所述输出开关控制信号和所述缓冲偏置电流控制信号进行加法处理，并输出叠加电压信号；
所述压控电流源模块用于将所述叠加电压信号转换为电流信号，以便为多波长阵列激光器模块提供工作电流。
优选地，所述第一低速数模转换器和第二低速数模转换器均使用所述信号控制模块中的FPGA单元进行控制；所述开关信号转换模块使用的参考电压通过所述信号控制模块输出。
优选地，所述电压跟随模块包括第一运算放大器、电阻R5和R6、以及电容C1和C2，所述第一运算放大器的同相输入端通过电阻R5与第一低速数模转换器相连，且通过电容C1接地；所述第一运算放大器的反向输入端通过电阻R6与输出端相连，以及通过电容C2并联在电阻R6的两端，所述第一运算放大器的输出端与信号叠加模块相连。
优选地，所述开关信号转换模块包括双栅极N沟道MOS管、VCC直流电压源和电阻R1、R2、R3和R4，所述双栅极N沟道MOS管的第一栅极通过电阻R4与第二低速数模转换器相连，第二栅极通过电阻R3与FPGA单元的输出端相连，通过电阻R2和参考电压输出端相连，双栅极N沟道MOS管的漏极第一路与信号叠加模块相连，且漏极第二路通过电阻R1与VCC直流电压源相连，所述双栅极N沟道MOS管的源极与信号地相连。
优选地，当FPGA单元产生的高速开关控制信号为低电平时，所述开关信号转换模块的输出电压为V幅值开关：
V幅值开关＝VCC
其中，VCC为双栅极N沟道MOS管漏极所接的VCC直流电压源的电压；
当FPGA单元产生的高速开关控制信号为高电平时，所述开关信号转换模块的输出电压为V幅值开关：
V幅值开关＝VCC-k·(V幅值-Vth)·R1
其中，VCC为双栅极N沟道MOS管漏极所接的VCC直流电压源的电压；k为修正系数，V幅值为第二低速数模转换器输出的幅值控制信号，Vth为双栅极N沟道双栅极N沟道MOS管的阈值开启电压，R1为电阻R1的阻值。
优选地，所述信号叠加模块包括第二运算放大器、电阻R7、R8和R9以及电容C3，所述第二运算放大器的同相输入端通过R7与电压跟随模块相连，输出端与压控电流源模块相连，反向输入端通过电阻R8与第二运算放大器的输出端相连，通过电阻R9与开关信号转换模块相连，电容C3并接在电阻R8的两端。
优选地，所述电阻R8和电阻R9的阻值相等，所述第二运算放大器的输出电压V差分输出为：
V差分输出＝2·V跟随输出-V幅值开关
其中，V幅值开关为开关信号转换模块的输出电压，V跟随输出为电压跟随模块的输出电压。
优选地，所述压控电流源模块包括第三运算放大器、第四运算放大器、NPN型三极管、电阻R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18和R19，以及电容C4；
所述第三运算放大器的同相输入端通过电阻R10与信号叠加模块的输出端相连，所述第三运算放大器的输出端通过电阻R11与NPN型三极管的基极相连；所述第三运算放大器反向输入端的第一路通过电容C4与第三运算放大器的输出端相连，反向输入端第二路与电阻R19相连；
所述NPN型三极管的集电极通过电阻R12与直流电压源相连；所述NPN型三极管的发射极通过电阻R13和电阻R14与多波长激光器阵列模块相连；
所述电阻R14的一端通过R16与第四运算放大器的同相输入端相连，第四运算放大器的同相输入端通过电阻R17接地，所述第三放大器的输出端与电阻R19相连，且通过电阻R18和电阻R15连接在电阻R14的另一端，所述第四运算放大器的反向输入端与电阻R15相连。
优选地，所述电阻R15、电阻R16、电阻R17和电阻R18的阻值相等，所述多波长激光器阵列模块的工作电流为I工作电流：
其中，V差分输出为第二运算放大器的输出电压，R14为电阻R14的阻值。
第二方面，提供一种可调激光器，应用第一方面中任一项所述可调激光器的驱动电路。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明使用FPGA单元产生的高速开关控制信号和第二低速数模转换器DAC2发出的幅值控制信号共同改变双栅极N沟道MOS管漏极电流，进而改变电阻R1两端电压，从而控制开关信号转换模块输出的带有幅值和开关的信号V幅值开关，带有幅值和开关的信号V幅值开关和经过电压跟随模块缓冲的偏置电流控制信号通过信号叠加模块和压控电流源模块转为可调激光器的工作电流I工作电流，以实现对多波长阵列激光器提供可控制且稳定的工作电流，以及实现可调激光器波长的快速稳定的切换。
2.本发明使用第一低速数模转换器DAC1发出的偏置电流控制信号，偏置电流控制信号经过电压跟随模块、信号叠加模块和压控电流源模块为多波长激光器阵列模块提供精准可调控的工作电流；在激光器处于关闭状态时压控电流源模块输出的工作电流为激光器的偏置电流，为激光器模块提供偏置电流的目的是为了确保了激光器处于激发态，且准备好发射激光的光束，从而有效减少激光器输出功率达到稳定状态的所需时间；工作电流的调整可以帮助实现快速切换激光器的波长或频率，减少通道切换的时间。
附图说明
图1是本发明的可调激光器驱动电路的整体结构示意图；
图2是本发明的双栅极N沟道MOS管中主要参数的关系趋势示意图。
图中标记为：100为信号控制模块，200为电压跟随模块，300为开关信号转换模块，400为信号叠加模块，500为压控电流源模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
在一个实施例，如图1所示，提供一种可调激光器的驱动电路，包括信号控制模块100、电压跟随模块200、开关信号转换模块300、信号叠加模块400和压控电流源模块500。
信号控制模块100分别与电压跟随模块200和开关信号转换模块300的输入端相连；所述信号叠加模块400分别与电压跟随模块200和开关信号转换模块300的输出端相连；所述信号叠加模块400的输出端与压控电流源模块500的输入端相连，所述压控电流源模块500的输出端与多波长激光器阵列模块相连。
信号控制模块100用于提供偏置电流控制信号、幅值控制信号和高速开关控制信号；所述偏置电流控制信号通过第一低速数模转换器DAC1产生，所述幅值控制信号通过第二低速数模转换器DAC2产生的幅值控制信号，所述高速开关控制信号通过FPGA单元产生；所述信号控制模块100还输出参考电压，以便所述开关信号转换模块300使用。
通过第一低速数模转换器DAC1的设置，为多波长激光器提供了偏置电流，从而确保了多波长激光器处于激发态，并准备好发射激光的光束，减少了多波长激光器输出功率达到稳定状态的时间，偏置电流的调整可以帮助实现快速切换激光器的波长或者频率，减少通道切换的时间。
电压跟随模块200用于对所述偏置电流控制信号进行缓冲，生成缓冲偏置电流控制信号。
具体地，所述电压跟随模块200包括第一运算放大器、电阻R5和R6、以及电容C1和C2；所述电阻R5一端与第一低速数模转换器DAC1连接，另一端与电容C1和第一运算放大器A1同相输入端相连；所述电阻R6一端与运算放大器A1的反相输入端相连，另一端与信号叠加模块400中的电阻R7和第一运算放大器A1输出端相连；所述电容C1两端分别与第一运算放大器A1的正相输入端和信号地(GND)相连；所述电阻C2一端与运算放大器A1的反相输入端相连，另一端与信号叠加模块400中的电阻R7和第一运算放大器A1输出端相连。
在电压跟随模块200中，所述第一运算放大器A1的输出电压为V跟随输出，
V跟随输出＝V偏置电流(1)
其中，V偏置电流为第一低速数模转换器DAC1产生的偏置电流控制信号。
开关信号转换模块300用于将所述高速开关控制信号和所述幅值控制信号转换为幅度可控的输出开关控制信号。
开关信号转换模块300包括双栅极N沟道MOS管Q1、VCC直流电压源和电阻R1、R2、R3和R4，所述电阻R1一端与直流电压源VCC相连，另一端与信号叠加模块400中电阻R9和双栅极N沟道MOS管Q1的漏极(D)相连；所述电阻R2一端与信号控制模块100中的参考电压连接，另一端与电阻R3和双栅极N沟道MOS管Q1的第二栅极(G2)相连；所述电阻R3一端与信号控制模块100中的FPGA单元连接，另一端与电阻R2和双栅极N沟道MOS管Q1的第二栅极(G2)相连；所述电阻R4两端分别与信号控制模块100中的第二低速数模转换器DAC2和双栅极N沟道MOS管Q1的第一栅极(G1)相连；所述双栅极N沟道MOS管Q1的源极(S)和信号地(GND)相连。
在开关信号转换模块300中，当FPGA单元产生的高速开关控制信号为低电平V开关(闭)时，所述开关信号转换模块300的输出电压为V幅值开关：
V幅值开关＝VCC (2)
其中，VCC为双栅极N沟道MOS管漏极所接的直流电压源的电压；
当FPGA单元产生的高速开关控制信号为高电平V开关(开)时，所述开关信号转换模块300的输出电压为V幅值开关：
V幅值开关＝VCC-k·(V幅值-Vth)·R1 (3)
其中，VCC为双栅极N沟道MOS管漏极所接的直流电压源的电压；k为修正系数，V幅值为第二低速数模转换器DAC2输出的幅值控制信号，Vth为双栅极N沟道双栅极N沟道MOS管的阈值开启电压，R1为电阻R1的阻值。
具体地，如图2所示，双栅极N沟道MOS管Q1中Vgs1、Vgs2、Vth和ID的关系示意图；其中，Vgs1为双栅极N沟道MOS管Q1第一栅极(G1)电压，Vgs2为双栅极N沟道MOS管Q1第二栅极(G2)电压，Vth表示双栅极N沟道MOS管Q1的阈值开启电压，ID为双栅极N沟道MOS管中Q1的漏电流；
具体地，V开关、V参考和Vgs2由基尔霍夫定律、叠加定律，可得到下面的相关公式：
其中，V开关为FPGA控制高速开关信号输出电平，V参考为信号控制模块100中的参考电压，R2和R3为电阻R2和R3的阻值；
Vgs1和V幅值由基尔霍夫定律得到下面的相关公式：
Vgs1＝V幅值 (5)
其中，V幅值为第二低速数模转换器输出的幅值控制信号；
ID、VCC和V幅值开关由基尔霍夫定律得到下面的相关公式：
V幅值开关＝VCC-ID·R1 (6)
图2中D的表示为大于双栅极N沟道的阈值开启电压，且小于双栅极N沟道MOS管中Q1能承受的最大电压；如图2当高速开关控制信号为V开关(闭)，Vgs2<Vth，代表激光器关闭状态，当高速开关控制信号为V开关(开)时，代表激光器打开状态，Vgs2固定，ID随着Vgs1的增大而增大，进而可以近似的将ID看成是关于Vgs1的正比例函数，表达式为：
ID＝k·(Vgs1-Vth) (7)
由于Vgs1和V幅值相等，所以可以得到ID和V幅值的表达式为：
ID＝k·(V幅值-Vth) (8)
将公式(4)、公式(5)、公式(6)、公式(7)和公式(8)整理为关于V幅值开关、V幅值、V开关、Vth和VCC的公式，当FPGA单元产生的高速开关控制信号为低电平V开关(闭)时，所述开关信号转换模块300的输出电压为V幅值开关：
V幅值开关＝VCC (2)
当FPGA单元产生的高速开关控制信号为高电平V开关(开)时，所述开关信号转换模块300的输出电压为V幅值开关：
V幅值开关＝VCC-k·(V幅值-Vth)·R1 (3)。
信号叠加模块400用于将所述输出开关控制信号和所述缓冲偏置电流控制信号进行加法处理，并输出叠加电压信号。
具体地，所述信号叠加模块400包括第二运算放大器A2、电阻R7、R8和R9以及电容C3，所述电阻R7一端和电压跟随模块200中运算放大器A1的输出端相连，另一端和运算放大器A2的同相输入端相连；所述电阻R9一端和开关信号转换模块300中的双栅极N沟道MOS管Q1的漏极(D)相连，另一端和运算放大器A2的反相输入端、电阻R8、电容C3相连；所述电阻R8另一端和运算放大器A2的输出端、电阻R10、电容C3的另一端相连；所述电阻R10的另一端与压控电流源模块500中的运算放大器A3的同相端相连。
在所述信号叠加模块400中，所述电阻R8和电阻R9的阻值相等，根据基尔霍夫定律，所述第二运算放大器的输出电压V差分输出为：
V差分输出＝2·V跟随输出-V幅值开关 (9)
其中，V幅值开关为开关信号转换模块300的输出电压，V跟随输出为电压跟随模块200的输出电压。
压控电流源模块500用于将所述叠加电压信号转换为电流信号，以便为多波长阵列激光器模块提供工作电流。
具体地，所述压控电流源模块500包括第三运算放大器A3、第四运算放大器A4、NPN型三极管Q2、电阻R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18和R19，以及电容C4；
所述电阻R11的另一端和NPN型三极管Q2的基极连接；
所述电阻R12两端分别连接直流电压源VCC和NPN型三极管Q2的集电极；
所述电阻R13一端连接NPN型三极管Q2的发射极，另一端连接电阻R14、R16；
所述电阻R14另一端连接电阻R15和多波长激光器阵列模块；
所述电阻R15另一端连接运算放大器A4的反相端和电阻R18；
所述电阻R16另一端连接运算放大器A4的同相端和电阻R17；
所述电阻R17另一端连接信号地(GND)；
所述电阻R18另一端连接运算放大器A4的输出端和电阻R19；
所述电阻R19另一端连接电容C4、运算放大器A3的反相输入端；
所述电容C4另一端连接运算放大器A3的输出端。
在所述压控电流源模块500中，所述电阻R15、电阻R16、电阻R17和电阻R18的阻值相等，所述多波长激光器阵列模块的工作电流I工作电流为：
其中，V差分输出为第二运算放大器的输出电压，R14为电阻R14的阻值。
具体地，将上述公式(2)、公式(3)和公式(9)带入公式(10)中，当FPGA单元产生的高速开关控制信号为低电平V开关(闭)时，多波长激光器阵列模块的工作电流I工作电流为：
在此状态下激光器处于关闭状态，此状态的I工作电流表示为激光器的偏置电流，由于不同激光器的偏置电流不同，可以针对不同激光器改变V偏置电流从而提供合适的偏置电流，使工作通道的波长能顺利出射，同时减小弛豫振荡影响，提升调谐速度。
当FPGA单元产生的高速开关控制信号为高电平V开关(开)时，多波长激光器阵列模块的工作电流I工作电流为：
在此状态下激光器处于打开状态，此状态的I工作电流表示为激光器的工作电流，通过V幅值可以稳定的调控I工作电流。
本发明不需要使用高速数模转换器作为激光器驱动电流源，仅通过低速数模转换器和FPGA单元进行控制，即可实现波长之间的高速切换，保证波长切换后的稳定性，且切换速度可达到纳米秒级别。
在另一实施例，提供了一种可调激光器，应用上述可调激光器的驱动电路。
关于上述驱动电路更加具体的过程可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。
在另一实施例，提供了一种可调激光器的驱动电路，使用其中一路驱动电流源作为分析实例。
设置信号控制模块100参考电压V参考为2.5v，R2的阻值为1KΩ，R3的阻值为650Ω，FPGA控制的高速开关信号V开关为高电平时输出电压为3.3V，FPGA控制的高速开关信号V开关为低电平时输出电压为0V，根据以下公式：
在本实施例中开关信号转换模块300的中双栅极N沟道MOS管Q1使用东芝公司生产型号为3SK195的双栅极N沟道MOS管，根据该芯片的芯片手册可以得知双栅极N沟道MOS管Q1的阈值开启电压Vth为1V，可以得出当高速开关控制信号为V开关(闭)时，Vgs2等于0.98V，激光器处于关闭状态，当高速开关控制信号为V开关(开)时，Vgs2等于2.98V，激光器处于打开状态。
当高速开关控制信号为V开关(闭)时I工作电流、V幅值、V开关、Vth、V偏置电流和VCC的表达式为：
在本实施例中设置V偏置电流为3.1V，R14的阻值为10Ω，VCC电压为6V，则可以求出该通道的透明电流为20mA。
当高速开关控制信号为V开关(开)时I工作电流、V幅值、V开关、Vth、V偏置电流和VCC的表达式为：
由于开关信号转换模块300中有公式：
ID＝k·(V幅值-Vth)
所以I工作电流可以表示为：
在本实施例中设置V偏置电流为3.1V，R14的阻值为10Ω，R1的阻值为40Ω，VCC电压为6V，双栅极N沟道MOS管的漏电流ID的控制范围为0—20mA，则可以求出该通道的工作电流范围为20mA—100mA。
本实施例电路的切换速度受到双栅极N沟道MOS管的上升时间和下降时间的限制，这些时间通常在纳秒级别，使用FPGA单元控制双栅极N沟道MOS管的开关频率，以满足不同通道的激光器在纳秒级别的切换要求。
在本实施例中提供了一种偏置电流为20mA，工作电流范围为20mA—100mA，切换时间在纳秒量级的多波长快速可调激光器的驱动电路，符合多波长快速可调激光器在光交换系统中的应用。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明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发明的保护范围。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，应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种可调激光器的驱动电路，其特征在于，包括信号控制模块、电压跟随模块、开关信号转换模块、信号叠加模块和压控电流源模块；
所述信号控制模块分别与电压跟随模块和开关信号转换模块的输入端相连；所述信号叠加模分别与电压跟随模块和开关信号转换模块的输出端相连；所述信号叠加模块的输出端与压控电流源模块的输入端相连；
所述信号控制模块用于提供偏置电流控制信号、幅值控制信号和高速开关控制信号；所述偏置电流控制信号通过第一低速数模转换器产生，所述幅值控制信号通过第二低速数模转换器产生的幅值控制信号，所述高速开关控制信号通过FPGA单元产生；
所述电压跟随模块用于对所述偏置电流控制信号进行缓冲，生成缓冲偏置电流控制信号；
所述开关信号转换模块用于将所述高速开关控制信号和所述幅值控制信号转换为幅度可控的输出开关控制信号；
所述信号叠加模块用于将所述输出开关控制信号和所述缓冲偏置电流控制信号进行加法处理，并输出叠加电压信号；
所述压控电流源模块用于将所述叠加电压信号转换为电流信号，以便为多波长阵列激光器模块提供工作电流。
2.根据权利要求1所述的可调激光器的驱动电路，其特征在于，所述第一低速数模转换器和第二低速数模转换器均使用所述信号控制模块中的FPGA单元进行控制；所述开关信号转换模块使用的参考电压通过所述信号控制模块输出。
3.根据权利要求1所述的可调激光器的驱动电路，其特征在于，所述电压跟随模块包括第一运算放大器、电阻R5和R6、以及电容C1和C2，所述第一运算放大器的同相输入端通过电阻R5与第一低速数模转换器相连，且通过电容C1接地；所述第一运算放大器的反向输入端通过电阻R6与输出端相连，以及通过电容C2并联在电阻R6的两端，所述第一运算放大器的输出端与信号叠加模块相连。
4.根据权利要求1所述的可调激光器的驱动电路，其特征在于，所述开关信号转换模块包括双栅极N沟道MOS管、VCC直流电压源和电阻R1、R2、R3和R4，所述双栅极N沟道MOS管的第一栅极通过电阻R4与第二低速数模转换器相连，第二栅极通过电阻R3与FPGA单元的输出端相连，通过电阻R2和参考电压输出端相连，双栅极N沟道MOS管的漏极第一路与信号叠加模块相连，且漏极第二路通过电阻R1与VCC直流电压源相连，所述双栅极N沟道MOS管的源极与信号地相连。
5.根据权利要求4所述的可调激光器的驱动电路，其特征在于，当FPGA单元产生的高速开关控制信号为低电平时，所述开关信号转换模块的输出电压为V幅值开关：
V幅值开关＝VCC
其中，VCC为双栅极N沟道MOS管漏极所接的VCC直流电压源的电压；
当FPGA单元产生的高速开关控制信号为高电平时，所述开关信号转换模块的输出电压为V幅值开关：
V幅值开关＝VCC-k·(V幅值-Vth)·R1
其中，VCC为双栅极N沟道MOS管漏极所接的VCC直流电压源的电压；k为修正系数，V幅值为第二低速数模转换器输出的幅值控制信号，Vth为双栅极N沟道双栅极N沟道MOS管的阈值开启电压，R1为电阻R1的阻值。
6.根据权利要求1所述的可调激光器的驱动电路，其特征在于，所述信号叠加模块包括第二运算放大器、电阻R7、R8和R9以及电容C3，所述第二运算放大器的同相输入端通过R7与电压跟随模块相连，输出端与压控电流源模块相连，反向输入端通过电阻R8与第二运算放大器的输出端相连，通过电阻R9与开关信号转换模块相连，电容C3并接在电阻R8的两端。
7.根据权利要求6所述的可调激光器的驱动电路，其特征在于，所述电阻R8和电阻R9的阻值相等，所述第二运算放大器的输出电压V差分输出为：
V差分输出＝2·V跟随输出-V幅值开关
其中，V幅值开关为开关信号转换模块的输出电压，V跟随输出为电压跟随模块的输出电压。
8.根据权利要求1所述的可调激光器的驱动电路，其特征在于，所述压控电流源模块包括第三运算放大器、第四运算放大器、NPN型三极管、电阻R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18和R19，以及电容C4；
所述第三运算放大器的同相输入端通过电阻R10与信号叠加模块的输出端相连，所述第三运算放大器的输出端通过电阻R11与NPN型三极管的基极相连；所述第三运算放大器反向输入端的第一路通过电容C4与第三运算放大器的输出端相连，反向输入端第二路与电阻R19相连；
所述NPN型三极管的集电极通过电阻R12与直流电压源相连；所述NPN型三极管的发射极通过电阻R13和电阻R14与多波长激光器阵列模块相连；
所述电阻R14的一端通过R16与第四运算放大器的同相输入端相连，第四运算放大器的同相输入端通过电阻R17接地，所述第三放大器的输出端与电阻R19相连，且通过电阻R18和电阻R15连接在电阻R14的另一端，所述第四运算放大器的反向输入端与电阻R15相连。
9.根据权利要求8所述的可调激光器的驱动电路，其特征在于，所述电阻R15、电阻R16、电阻R17和电阻R18的阻值相等，所述多波长激光器阵列模块的工作电流为I工作电流：
其中，V差分输出为第二运算放大器的输出电压，R14为电阻R14的阻值。
10.一种可调激光器，其特征在于，应用权利要求1-9中任一项所述可调激光器的驱动电路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311366038.6A CN117650425A (zh) | 2023-10-19 | 2023-10-19 | 一种可调激光器的驱动电路及可调激光器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311366038.6A CN117650425A (zh) | 2023-10-19 | 2023-10-19 | 一种可调激光器的驱动电路及可调激光器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117650425A true CN117650425A (zh) | 2024-03-05 |
Family
ID=90044032
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311366038.6A Pending CN117650425A (zh) | 2023-10-19 | 2023-10-19 | 一种可调激光器的驱动电路及可调激光器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117650425A (zh) |
-
2023
- 2023-10-19 CN CN202311366038.6A patent/CN117650425A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6724376B2 (en) | LED driving circuit and optical transmitting module | |
| KR20230118863A (ko) | 온칩 rc 발진기, 칩 및 통신 단말기 | |
| JP6882513B2 (ja) | 光送信機の平均電力及びレーザ変調の消光比の制御を可能にする比例基準電流を生成する方法 | |
| CN110989750B (zh) | 应用于光模块中的驱动器控制电路 | |
| JPH11121852A (ja) | 発光素子駆動回路 | |
| CN111313228B (zh) | 激光驱动电路及光发射系统 | |
| JP4566692B2 (ja) | 発光ダイオード駆動装置及びそれを備えた光伝送装置 | |
| KR100507298B1 (ko) | 온도의존형 정전류 발생회로 | |
| CN110109501B (zh) | 负载跳变快速响应电路及快速响应方法 | |
| CN117650425A (zh) | 一种可调激光器的驱动电路及可调激光器 | |
| JP3408788B2 (ja) | Ｉ／ｖ変換回路およびｄａコンバータ | |
| CN111313226B (zh) | 用于量子通信高消光比窄脉冲光源高速驱动方法及装置 | |
| CN211151049U (zh) | 用于量子通信高消光比窄脉冲光源高速驱动装置 | |
| CA1236891A (en) | Amplifier arrangement | |
| CN107659304B (zh) | 基于共源共栅伪差分结构的预加重驱动电路 | |
| CN113258435B (zh) | 窄脉宽高功率激光器恒流驱动电路及光模块 | |
| KR0176094B1 (ko) | 병렬 궤환 트랜지스터를 이용한 광대역 증폭기 구조 | |
| CN109213253B (zh) | 一种快速的高精度低温漂强下拉电流产生电路 | |
| JP4790306B2 (ja) | レーザダイオード駆動回路 | |
| CN114756076A (zh) | 电压缓冲电路 | |
| JP2578520B2 (ja) | ディジタル・アナログコンバータ | |
| KR100309028B1 (ko) | 제조 방법 및 동작 상태의 변화로 인한 동작 변화를 ｄｃ바이어싱의 변화를 트래킹해서 트랙하는 게인 제어 신호 발생기 | |
| CN210120533U (zh) | 一种频率可调的cmos振荡器 | |
| CN112787671B (zh) | 一种电流舵dac电路 | |
| JP3210231B2 (ja) | 発光素子の駆動回路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |