CN1669250A - 脉冲串信号消光比控制电路及其集成电路、脉冲串信号消光比控制方法、计算机程序以及激光二极管驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公布了将高速的脉冲串信号转换成光信号的使激光二极管的消光比保持恒定的电路结构，在该结构中，进行控制使将调制电流Im定为通常值的脉冲串#1的平均光功率与稍许增加了调制电流的脉冲串#2的平均光功率之差与基准值相等，另外，使将调制电流Im定为通常值的脉冲串#3的平均光功率与基准值相等。

Description

脉冲串信号消光比控制电路及其集成电路、 脉冲串信号消光比控制方法、计算机程序 以及激光二极管驱动电路

技术领域

本发明涉及控制在包通信中的数字数据的光传输中使用的激光二极管的消光比的脉冲串信号消光比控制电路及其集成电路、脉冲串信号消光比控制方法、计算机程序以及激光二极管驱动电路。

背景技术

图4表示为了进行信息包通信中的数字数据的光传输所使用的激光二极管的典型的特性。横轴是流过激光二极管的电流Id，纵轴是来自激光二极管的光输出功率Pout。线甲是在某一温度下的特性。当Id从0缓慢增加时，开始的时候光输出功率Pout几乎不增加，而从超过阈值电流的地方(X点)光输出功率Pout较为线性地增加。为了将数字电信号转换成光信号，使用该线性区域。为此，当发送「L」时，流过偏置电流Ib，当发送「H」时，除此之外还流过调制电流Im。据此，光输出功率在「L」时为PL，在「H」时为PH。

这时，消光比用PH/PL定义。另外，如果数字信号的标记率(多个位中的“1”的比例)为0.5，则平均输出功率(也称为平均光功率)用(PH+PL)/2表示。

但是，当因温度变化和随时间变化致使特性变成线乙那样时，为了相等地保持消光比、平均光功率，偏置电流Ib和调制电流Im必须像图所示那样变化到Ib′、Im′。这样，已经提出了将消光比和平均光功率控制为恒定的控制电路。

图5表示在特开平03-209890号公报等中展示的现有的控制电路的第1结构例。在图5中，除控制电路5以外，还表示了激光二极管512、调制电流源515、偏置电流源516、将激光二极管512的光的一部分转换成电信号的监视光电二极管511。脉冲串输出中开关513成为连接状态，激光二极管512中总是流过偏置电流Ib。在脉冲串中，数据为「L」的情况下，激光二极管512中仅仅流过Ib的电流，在数据为「H」的情况下，开关514成为连接状态，激光二极管512中流过Ib+Im的电流。此外，实际上大多是比脉冲串开始早若干时间就进行使开关513成为连接状态的预偏置工作，但由于与本发明没有直接关系，其说明从略。

当光脉冲串信号从激光二极管512发射时，监视光电二极管511将其一部分转换成电流。该电流信号通过电流-电压转换部(I/V)51转换成电压信号。最大值检测部52和最小值检测部53分别检测出电压信号的最大值、最小值。Im/Ib控制部54求出调制电流Im和偏置电流ib，使它们的值与图4中的PH、PL一致，在调制电流源515、偏置电流源516中设定这些值。这样就将消光比控制为恒定。

图6表示专利第2932100号等所示的现有的控制电路的第2结构例。在图6中，除控制电路6外，还表示了激光二极管612、领示电流源614、调制电流源615、偏置电流源616、将激光二极管612的光的一部分转换成电信号的监视光电二极管611。在数据为「L」的情况下，开关613成为开路状态，激光二极管612中流过Ib+Ip的电流。当数据为「H」的情况下，开关613成为连接状态，激光二极管612中流过Ib+Im+Ip的电流。

从控制振荡器64输出正弦波信号，作为其频率选用比数据的频段足够低的值。按照该正弦波信号，控制电流源614流过正弦波电流Ip，假定其振幅比调制电流Im小。

当光信号从激光二极管612发射时，监视光电二极管611将其一部分转换成电流。该电流信号通过电流-电压转换部61转换成电压信号。该电信号中包含数据的频率成分和领示信号。低通滤波器62从其中仅仅抽出领示信号。控制部63决定调制电流Im和偏置电流Ib，使该领示信号的振幅为恒定。此外，由于控制部具有使激光二极管612的平均光功率为恒定的作用，所以也输入通过低通滤波器62前的电信号。只要领示信号的振幅和平均光功率恒定，消光比就保持恒定。

但是，在上述现有的第1控制电路中，当数据的速度增快时，也要求监视光电二极管511、电流-电压转换部51、最大值检测部52及最小值检测部53高速工作。亦即要求能够正确追踪激光二极管512所发出的光波形的频带。这就导致安装了监视光电二极管和激光二极管的光模块和控制电路的复杂化、高价格化的问题。

另外，在上述现有的第2控制电路中，由于仅仅处理低频的领示信号和平均光功率，没有要求电路的高速性，而其前提是发送数据为连续的，对于信号为断续的脉冲串信号则存在不能控制消光比的问题。进而，还存在对数据信号而言领示信号成为噪音，使传输质量下降的问题。

发明内容

本发明就是解决上述现有的问题的发明，其目的在于：提供一种对高速的脉冲串信号，能够将消光比控制为恒定的优越的控制电路。

为了解决上述问题，本发明设置了以脉冲串单位使调制电流仅仅增加很少一点的功能，并进行控制使在通常的调制电流下的平均光功率与使调制电流增加的情况下的平均光功率之差与基准值一致。另外，还进行控制使在通常的调制电流下的平均光功率与基准值一致。

亦即，按照本发明，它是对激光二极管供给偏置电流和调制电流以进行驱动并对进行这种驱动的驱动部供给控制信号的脉冲串信号消光比控制电路，提供具有下述部件的脉冲串信号消光比控制电路：

测量上述激光二极管的每个脉冲串的平均光功率的测量部件；

基于用上述测量部件测得的上述平均光功率，控制上述激光二极管的调制电流Im的调制电流控制部件；以及

基于用上述测量部件测得的上述平均光功率，控制上述激光二极管的偏置电流Ib的偏置电流控制部件，

按照该结构，只用少许费用，就能够对高速的脉冲串信号将消光比控制为恒定，而不使传输质量降低。

另外，按照本发明，它是对激光二极管供给偏置电流和调制电流以进行驱动并对进行这种驱动的驱动部供给控制信号的脉冲串信号消光比控制方法，提供具有下述步骤的脉冲串信号消光比控制方法：

测量上述激光二极管的每个脉冲串的平均光功率的测量步骤；

基于用上述测量步骤测得的上述平均光功率，控制上述激光二极管的调制电流Im的调制电流控制步骤；以及

基于用上述测量步骤测得的上述平均光功率，控制上述激光二极管的偏置电流Ib的偏置电流控制步骤，

按照该结构，能够对高速的脉冲串信号将消光比控制为恒定，而不使传输质量降低。

另外，按照本发明，它是对激光二极管供给偏置电流和调制电流以进行驱动并对进行这种驱动的驱动部供给控制信号的脉冲串信号消光比控制方法，提供用于让计算机执行具有下述步骤的脉冲串信号消光比控制方法的计算机程序：

测量上述激光二极管的每个脉冲串的平均光功率的测量步骤；

基于用上述测量步骤测得的上述平均光功率，控制上述激光二极管的调制电流Im的调制电流控制步骤；以及

基于用上述测量步骤测得的上述平均光功率，控制上述激光二极管的偏置电流Ib的偏置电流控制步骤，

按照该结构，通过软件所作的信号处理，能够对高速的脉冲串信号将消光比控制为恒定，而不使传输质量降低。

按照本发明，提供具有下述部件，使激光二极管的平均光功率和消光比为恒定的激光二极管驱动电路：

对激光二极管供给偏置电流的偏置电流源；

对上述激光二极管供给调制电流的调制电流源；

测量上述激光二极管的每个脉冲串的平均光功率的测量部件；

基于用上述测量部件测得的上述平均光功率，控制上述激光二极管的调制电流Im的调制电流控制部件；以及

基于用上述测量部件测得的上述平均光功率，控制上述激光二极管的偏置电流Ib的偏置电流控制部件。

按照该结构，用少许费用就能够对高速的脉冲串信号将消光比控制为恒定，而不使传输质量降低。

本发明以脉冲串单位使调制电流发生微小的变化，从由此引起的光输出功率的变化量使消光比保持恒定。在调制电流上重叠交流电流的方式与在信号中施加噪声的方式等效，将招致传输质量的降低，而由于本发明可以说使直流电流重叠，没有传输质量的降低。另外，在本发明中，对每个脉冲串其信号振幅虽有少许变化，但脉冲串用的接收机一般是对每个脉冲串进行增益控制，不会产生因此引起的问题。

附图说明

图1是表示本发明的控制电路的实施例的方框图。

图2是表示用软件实现本发明的控制电路的实施例中的处理流程的流程图。

图3是表示光输出功率Pout对激光二极管的电流Id的特性曲线。

图4是表示激光二极管的典型的特性曲线。

图5是表示现有的控制电路的第1结构例的方框图。

图6是表示现有的控制电路的第2结构例的方框图。

具体实施方式

图1是表示本发明的控制电路的实施例的方框图。在图1中，除控制电路1以外，还示出了激光二极管112、调制电流源115、偏置电流源116、将激光二极管112的光的一部分转换成电信号的监视光电二极管111。脉冲串输出中，开关113成为连接状态，激光二极管112中总是流过偏置电流Ib。脉冲串中，在数据为「L」的情况下，激光二极管112中仅仅流过Ib的电流，而在数据为「H」的情况下，开关114成为连接状态，激光二极管112中流过Ib+Im的电流。此外，与上述现有例同样，省略了预偏置工作的说明。另外，这里设脉冲串数据的标记率为0.5。

图1的控制电路1具有：利用来自监视光电二极管111的信号测量功率的功率测量部11；将在功率测量部11测得的值作为数据存储的存储部12；检测在功率测量部11测得的值与原先存储在存储部12中的值之差的差检测部13；预先存放基准值ΔPref的ΔPref存放部14；比较差检测部13的输出信号与基准值Δpref的比较部15；按照比较部15的输出信号设定调制电流Im的调制电流(Im)设定部16；预先存放基准值Pref的Pref存放部17；比较功率测量部11的输出信号和基准值Pref的比较部18；按照比较部18的输出信号设定偏置电流Ib的偏置电流(Ib)设定部19；以及控制这些各部分的控制部110。

现参照图1、2说明该控制电路的工作。控制电路1开始工作后，将基准值Δpref及Pref分别设定在ΔPref存放部14、Pref存放部17中。接着，将调制电流Im、偏置电流Ib的初始值分别设定在调制电流设定部16、偏置电流设定部19中。这些设定工作的详情从略。

在发送第1个脉冲串#1的情况下，功率测量部11以来自监视光电二极管111的信号为基础测量该脉冲串的平均光功率。其结果暂时被存储在存储部12中。然后，调制电流设定部16增加相当于现在的调制电流Im的例如1％的电流ΔIm。在发送下一个脉冲串#2期间，功率测量部11测量该脉冲串的平均光功率。然后，在差检测部13中取出与原先存储在存储部12中的值之差。在比较部15将该差与基准值ΔPref进行比较。其结果是，如果差＞ΔPref，则调制电流设定部16使调制电流Im减少规定量A。反之，如果差＜ΔPref，则调制电流设定部16使调制电流Im增加规定量A。

在下一个脉冲串#3中，功率测量部11的输出在比较部18中与基准值Pref进行比较，如果测量功率＞Perf，则偏置电流设定部19使偏置电流Ib减少规定量B。反之，如果测量功率＜Pref，则偏置电流设定部19使偏置电流Ib增加规定量B。

只要这些处理与激光二极管的特性变化的速度相比足够频繁，也可以对连续的脉冲串不进行这些处理。亦即，在图2中，在脉冲串#1、#2、#3之间也可以有对控制没有贡献的脉冲串。

现用图3说明通过上述工作消光比能够控制为恒定的理由。图3表示光输出功率Pout对激光二极管的电流Id的特性。在数据为「L」的情况下，

Id＝Ib

这时的光输出功率为PL。在数据为「H」的情况下，

Id＝Ib+Im

这时的光输出功率为PH。如果标记率为0.5，则平均而言

Id＝Ib+Im/2

这时的光输出功率为Pave。

这里，当使调制电流增加ΔIm时，平均而言

Id＝Ib+(Im+ΔIm)/2

这时的光输出功率为Pave+。设这时的功率的增量为ΔP。

从这些公式求出消光比ExR。在激光二极管的线性区域中的特性能够看作直线，其公式为

Pout＝K×Id+J

这时从图3可知斜率K为

K＝ΔP/(ΔIm/2)

另外，平均光功率为

Pave＝K(Ib+(Im/2))+J

进而

PL＝K×Ib+J

PH＝K(Ib+Im)+J

从以上公式可知

ExR＝PH/PL

＝(Pave+(ΔP/ΔIm))/(Pave-(ΔP/ΔIm))

这里，设ΔIm是与Im成正比的值，即C×Im(C为常数)时，则

ExR＝PH/PL

＝(Pave+(ΔP/C))/(Pave-(ΔP/C))

可知如果进行控制使平均光功率Pave和调制电流变化时的平均光功率的变动量ΔP恒定，则消光比保持恒定。

此外，该控制电路可以用独立部件实现，也可以通过集成电路实现其全部或者一部分。

进而，在上述实施例中，虽然作为在控制部110的控制下各部的工作作了说明，但也可以将监视光电二极管111的输出进行AB转换，以取入CPU(中央运算处理装置)的形式，用软件进行这些处理。这种情况的处理流程如图2所示。亦即，在步骤S1中分别设定基准值ΔPref及Pref，在步骤S2中分别设定调制电流Im、偏置电流Ib的初始值，接着，在步骤S3中发送第1脉冲串。在步骤S4中以来自监视光电二极管111的信号为基础测量该脉冲串的平均光功率。在步骤S5中存储其结果。然后，在步骤S6中增加相当于现在的调制电流Im的例如1％的电流ΔIm。接着，在步骤S7中发送下一个脉冲串，在步骤S8中测量该脉冲串的平均光功率。

其后，在步骤S9中取出原先存储的值与现在的测量值之差，在步骤S10中将该差与基准值ΔPref进行比较。其结果是，如果差＞ΔPref，则在步骤S11中使调制电流Im减少规定量A及ΔIm。反之，如果差＜ΔPref，则在步骤S12中使调制电流Im增加规定量A，并且减少ΔIm。在步骤S11、S12中，之所以使调制电流Im减少ΔIm，是因为使之减少在步骤S6所增加的ΔIm，返回到原来的值的缘故。当步骤S11或者步骤S12结束时，进入步骤S13，发送下一个脉冲串。在步骤S14，测量平均光功率，在步骤S15中将该值与基准值Pref进行比较。如果测量功率＞Pref，则在步骤S16中使偏置电流Ib减少规定量B。反之，如果测量功率＜Pref，则在步骤S17中使偏置电流Ib增加规定量B。

在步骤S16或者S17后，返回到步骤S3，以后重复进行步骤S3～步骤S16或者步骤S17。亦即，交互执行从步骤S3至步骤S11或者S12以及步骤S13～步骤S16或者步骤S17。

工业上的可利用性

如上所述，按照本发明，可以说由于使直流重叠，故传输质量没有降低，在本发明中，虽然对每个脉冲串其信号振幅都有少许变化，但是脉冲串用的接收机一般是对每个脉冲串进行增益控制，没有由此而产生的问题，所以能够应用于控制在信息包通信中的数字数据的光传输中使用的激光二极管的消光比的脉冲串信号消光比控制电路及其集成电路、脉冲串信号消光比控制方法、计算机程序以及激光二极管驱动电路等中。

Claims (13)

1.一种脉冲串信号消光比控制电路，它是对激光二极管供给偏置电流和调制电流以进行驱动并对进行这种驱动的驱动部供给控制信号的脉冲串信号消光比控制电路，其特征在于：

具有：

测量上述激光二极管的每个脉冲串的平均光功率的测量部件；

基于用上述测量部件测得的上述平均光功率，控制上述激光二极管的调制电流Im的调制电流控制部件；以及

基于用上述测量部件测得的上述平均光功率，控制上述激光二极管的偏置电流Ib的偏置电流控制部件。

2.如权利要求1所述的脉冲串信号消光比控制电路，其特征在于：

上述调制电流控制部件具有使上述调制电流Im增加规定值ΔIm的部件的功能。

3.如权利要求2所述的脉冲串信号消光比控制电路，其特征在于：

上述规定值ΔIm是与上述调制电流Im成正比的量。

4.如权利要求1所述的脉冲串信号消光比控制电路，其特征在于：

上述调制电流控制部件具有：

取出上述调制电流为Im时的脉冲串#1的平均光功率P1与上述调制电流为Im+ΔIm时的脉冲串#2的平均光功率P2之差的部件；以及

在上述差值比预先规定的基准值ΔPref大的情况下，使上述调制电流减小，反之，在该差值比基准值ΔPref小的情况下，使上述调制电流增加的部件。

5.如权利要求4所述的脉冲串信号消光比控制电路，其特征在于：

上述调制电流的增减量是预先规定的恒定值A。

6.如权利要求1所述的脉冲串信号消光比控制电路，其特征在于：

上述偏置电流控制部件具有：

对上述偏置电流为Ib时的脉冲串#3的平均光功率P3与预先规定的基准值Pref进行比较的部件；以及

通过上述比较，在上述平均光功率P3比基准值Pref大的情况下，使上述偏置电流减少，在上述平均光功率P3比上述基准值Pref小的情况下，使上述偏置电流增加的部件。

7.如权利要求6所述的脉冲串信号消光比控制电路，其特征在于：

上述偏置电流的增减量是预先规定的恒定值B。

8.一种脉冲串信号消光比控制方法，这是对激光二极管供给偏置电流和调制电流以进行驱动并对进行这种驱动的驱动部供给控制信号的脉冲串信号消光比控制方法，其特征在于：

具有：

测量上述激光二极管的每个脉冲串的平均光功率的测量步骤；

基于用上述测量步骤测得的上述平均光功率，控制上述激光二极管的调制电流Im的调制电流控制步骤；以及

基于用上述测量步骤测得的上述平均光功率，控制上述激光二极管的偏置电流Ib的偏置电流控制步骤。

9.如权利要求8所述的脉冲串信号消光比控制方法，其特征在于：

具有：

调制电流控制步骤：又具有取出上述调制电流为Im时的脉冲串#1的平均光功率P1与上述调制电流为Im+ΔIm时的脉冲串#2的平均光功率P2之差的步骤；以及在上述差值比预先规定的基准值ΔPref大的情况下，使上述调制电流减小，反之，在该差值比基准值Pref小的情况下，使上述调制电流增加的步骤；以及

偏置电流控制步骤又具有：对上述偏置电流为Ib时的脉冲串#3的平均光功率P3与预先规定的基准值Pref进行比较的步骤；以及通过上述比较，在上述平均光功率P3比上述基准值Pref大的情况下，使上述偏置电流减小，在上述平均光功率P3比上述基准值Pref小的情况下，使上述偏置电流增加的步骤；

还具有交互执行上述调制电流控制步骤与上述偏置电流控制步骤的步骤。

10.一种计算机程序，是用于使计算机执行脉冲串信号消光比控制方法的计算机程序，脉冲串信号消光比控制方法是对激光二极管供给偏置电流和调制电流以进行驱动并对进行这种驱动的驱动部供给控制信号的脉冲串信号控制方法，其特征在于：

具有：

测量上述激光二极管的每个脉冲串的平均光功率的测量步骤；

基于用上述测量步骤测得的上述平均光功率，控制上述激光二极管的调制电流Im的调制电流控制步骤；以及

基于用上述测量步骤测得的上述平均光功率，控制上述激光二极管的偏置电流Ib的偏置电流控制步骤。

11.如权利要求10所述的计算机程序，其特征在于：

具有：

调制电流控制步骤：又具有取出上述调制电流是Im时的脉冲串#1的平均光功率P1与上述调制电流为Im+ΔIm时的脉冲串#2的平均光功率P2之差的步骤；以及在上述差值比预先规定的基准值ΔPref大的情况下，使上述调制电流减小，反之，在该差值比基准值ΔPref小的情况下，使上述调制电流增加的步骤；以及

偏置电流控制步骤：又具有对上述偏置电流为Ib时的脉冲串#3的平均光功率P3与预先规定的基准值Pref进行比较的步骤；以及通过上述比较，在上述平均光功率P3比上述基准值Pref大的情况下，使上述偏置电流减小，在上述平均光功率P3比上述基准值Pfef小的情况下，使上述偏置电流增加的步骤；

还具有交互执行上述调制电流控制步骤与上述偏置电流控制步骤的步骤。

12.一种激光二极管驱动电路，其特征在于：

具有：

对激光二极管供给偏置电流的偏置电流源；

对上述开关二极管供给调制电流的调制电流源；

测量上述激光二极管的每个脉冲串的平均光功率的测量部件；

基于用上述测量部件测得的上述平均光功率，控制上述激光二极管的调制电流Im的调制电流控制部件；以及

基于用上述测量部件测得的上述平均光功率，控制上述激光二极管的偏置电流Ib的偏置电流控制部件，

其中，使激光二极管的平均光功率和消光比为恒定。

13.一种集成电路，是安装了脉冲串信号消光比控制电路的集成电路，消光比控制电路是对激光二极管供给偏置电流和调制电流以进行驱动并对进行这种驱动的驱动部供给控制信号的脉冲串信号消光比控制电路，其特征在于：

具有：

测量上述激光二极管的每个脉冲串的平均光功率的测量部件；

基于用上述测量部件测得的上述平均光功率，控制上述激光二极管的调制电流Im的调制电流控制部件；以及

基于用上述测量部件测得的上述平均光功率，控制上述激光二极管的偏置电流Ib的偏置电流控制部件。

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