CN206059906U - 分布式反馈激光器驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种分布式反馈激光器驱动装置，该驱动装置包括控制器、直接数字合成器、放大单元、偏置单元以及电流源，控制器向直接数字合成器发送驱动控制信号，控制器向偏置单元发送偏置电压控制信号，放大单元分别接收直接数字合成器所发送的驱动电压信号和偏置单元所发送的偏置电压信号，放大单元与电流源电连接；电流源包括隔离器以及负反馈回路，隔离器接收放大单元放大后的驱动电压信号，隔离器与负反馈电路电连接。本实用新型的驱动装置能够解决高精度、高频驱动的问题，还能够简化驱动装置设计，成本合适。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光器驱动领域，具体的，涉及一种分布式反馈激光器驱动装置。
背景技术
在光纤通信系统中，分布式反馈(DFB)激光器的性能取决于驱动装置，电流的起伏会引起光源输出功率的变化，从而影响系统的性能。大多数情况下，驱动装置还需要具有调谐功能，这进一步加大了设计难度。激光器的驱动设计一直是光纤通信领域的研究热点，目前比较成熟的技术主要有两种。
第一种为基于分立器件的技术，基于分立器件的DFB激光器驱动装置使用晶体管、运算放大器、功率MOS管等分立器件分别构成波形产生部分和功率放大部分。控制器和晶体管共同构成信号源，根据不同的驱动要求，产生不同的波形信号。运算放大器起到信号调理的作用，对驱动信号进行放大、偏置、积分、微分等处理。功率MOS管进行功率放大，使信号能够驱动激光器负载。该种技术结构灵活，可以实现各种波形、幅度与功率的激光器驱动。但是该技术存在的缺点有：(1)信号源波形精度低。控制器与晶体管联立产生的信号源，易受到电源质量、工作温度、工作频率等的影响；随着外界工作条件的变化，性能变化剧烈，稳定性差，这是由分立器件的本质决定的，很难改善。(2)难以实现高频调制驱动。控制器与晶体管的配合，存在一定的延迟，波形建立时间较长，不适宜用在高频调制的驱动装置中；(3)调试困难。该种技术的波形产生、调理、放大单元均采用分立器件，每个部分都存在最佳工作点，而最佳工作点又与电源电压、工作电流、放大倍数等几个条件有关，调试工作量大，难度高，产品化周期长。
第二种方案为基于集成模块的技术,该技术方案中，控制器与集成模块连接，通过总线的方式控制集成模块工作模式。集成模块的输出信号一般已经具备驱动激光器负载的能力，可以直接与激光器连接。但是该技术存在的缺点有：(1)驱动方式不灵活，难以适应多功能驱动要求。该种技术的驱动核心部件是集成模块，驱动波形已经固化，仅仅依靠控制器通过总线选择不同的预先设定的驱动信号，驱动信号的幅度、频率、波形等的选择都受到极大限制，灵活性差。(2)系统无法实现同步。该种技术方法的控制器与集成模块通过通信总线连接，一般无法使用同一时钟，这样就不能实现系统的同步控制，限制了该种技术方法的应用范围。(3)价格昂贵。光纤通信属于高新技术领域，激光器驱动器件成本普遍较高，导致高性能激光器驱动模块价格都在万元以上，相较于其他技术方法，成本较高。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种能够解决高精度、高频驱动的问题，还能够简化驱动装置设计，成本合适的分布式反馈激光器驱动装置。
为了实现上述目的，本实用新型提供的分布式反馈激光器驱动装置包括控制器、直接数字合成器电路、放大单元、偏置单元以及电流源，控制器向直接数字合成器电路发送驱动控制信号，控制器向偏置单元发送偏置电压控制信号，放大单元分别接收直接数字合成器电路所发送的驱动电压信号和偏置单元所发送的偏置电压信号，放大单元与电流源电连接；电流源包括隔离器以及负反馈回路，隔离器接收放大单元放大后的驱动电压信号，隔离器与负反馈电路电连接。
由上述方案可见，本实用新型的分布式反馈激光器驱动装置利用直接数字合成器作为驱动信号产生的核心器件，可以输出从低频到高频、从正弦波、三角波到锯齿波的各种形式的波形，驱动方式多样化，解决了传统方法驱动波形固化、应用面窄的问题。同时，利用设置有负反馈电路的电流源，使驱动信号与输入电流源的电压信号波形一致，相较于基于分立器件的驱动装置，精度更高。此外，直接数字合成器、电流源等关键器件价格较低，使驱动装置的整体成本合适，在得到高精度驱动信号的同时，避免了基于集成模块的设计方法带来的高成本问题。
一个方案中，直接数字合成器电路包括直接数字合成器芯片和数字电位器，直接数字合成器芯片接收控制器所发送的驱动控制信号，数字电位器与直接数字合成器芯片电连接。
由此可见，控制器通过控制数字电位器对直接数字合成器芯片输出电流信号的满量程幅度进行调节。
另一个方案中，直接数字合成器电路还包括RC网络电路，RC网络电路接收直接数字合成器芯片所发送的电流信号，RC网络电路向放大单元发送驱动电压信号。
由此可见，设置RC网络电路可将直接数字合成器芯片输出电流信号转换为电压信号，同时，RC网络电路中的电容可起到滤波的作用，使输出信号更加平滑。
进一步的方案中，直接数字合成器电路还包括温度补偿晶振，温度补偿晶振与直接数字合成器芯片电连接。
由上述方案可见，温度补偿晶振为直接数字合成器芯片提供时钟信号，同时，温度补偿晶振对温度稳定性的解决方案采用了一些温度补偿手段，降低了驱动装置由于温漂对精度影响。
进一步的方案中，负反馈回路包括运算放大器、达林顿管以及激光器接口，达林顿管与运算放大器电连接，达林顿管向激光器接口输送驱动电流信号。
由此可见，在负反馈回路中设置运算放大器，可使分布式反馈激光器电流驱动信号与前级电压信号波形同步。且运算放大器具有宽频特性，可以充分发挥直接数字合成器芯片频率可调的特性，实现从低频到高频的宽频分布式反馈激光器驱动。此外，运算放大器具有低噪声的特性，可以降低驱动信号的噪声，提高驱动信号精度。
进一步的方案中，负反馈回路还包括采样元件，采样元件分别与激光器接口及运算放大器电连接。
由此可见，在负反馈回路中设置采样元件，可使激光器接口输出的驱动信号更加稳定。
具体的方案中，采样元件包括多个大功率电阻并联组成的采样电阻。
由上述方案可见，采样元件采用多个大功率电阻并联组成的采样电阻，可避免了由于采样电阻功率过大产生的过热问题，降低了温漂对驱动信号精度的影响，进一步提高了驱动信号的精度。
附图说明
图1是本实用新型分布式反馈激光器驱动装置实施例的电路原理框图。
图2是本实用新型分布式反馈激光器驱动装置实施例中直接数字合成器电路的电路原理框图。
图3是本实用新型分布式反馈激光器驱动装置实施例中电流源的电路原理框图。
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的分布式反馈激光器驱动装置控制器1、直接数字合成器电路2、放大单元3、偏置单元4以及电流源5，控制器1向直接数字合成器电路2发送驱动控制信号，控制器1向偏置单元4发送偏置电压控制信号，放大单元3分别接收直接数字合成器电路2所发送的驱动电压信号和偏置单元4所发送的偏置电压信号，放大单元3与电流源5电连接。偏置单元4的核心是一组加法/减法器(未示出)，用于产生直流电平。
参见图2，直接数字合成器电路2包括数字电位器21、直接数字合成器芯片22、温度补偿晶振23和RC网络电路24，直接数字合成器芯片22接收控制器1所发送的驱动控制信号，数字电位器21与直接数字合成器芯片22电连接。温度补偿晶振23与直接数字合成器芯片22电连接，温度补偿晶振23为直接数字合成器芯片22提供时钟信号。RC网络电路24接收直接数字合成器芯片22所发送的电流信号，RC网络电路24向放大单元3发送驱动电压信号。其中，RC网络电路24为电容和电阻组成的电路。
参见图3，电流源5包括隔离器51以及负反馈回路56，隔离器51接收放大单元3放大后的驱动电压信号，隔离器51与负反馈电路56电连接，隔离器52用来隔离放大单元3与电流源5之间的信号，避免电流源5本身对放大单元3中的信号产生影响，进而影响精度。负反馈回路56包括运算放大器52、达林顿管53、激光器接口54以及采样元件55，达林顿管53与运算放大器52电连接，达林顿管53向激光器接口54输送驱动电流信号。采样元件55分别与激光器接口54及运算放大器52电连接。优选的，采样元件55包括多个大功率电阻并联组成的采样电阻。
分布式反馈激光器驱动装置工作时，控制器1通过SPI总线向直接数字合成器电路2发送驱动控制信号，SPI总线包括时钟线、数据线和同步线，使得控制器1不但能够对直接数字合成器电路2进行配置，而且可以实现控制器1与直接数字合成器电路2的时钟同步。直接数字合成器电路2通过直接数字合成器芯片22接收控制器1所发送的驱动控制信号并驱动直接数字合成器芯片22。直接数字合成器芯片22根据数字电位器21和温度补偿晶振23中的设置产生电流信号：I(t)＝Asin(ωt+φ)，其中，幅度A由数字电位器21决定，频率ω由温度补偿晶振23分频得到，相位φ是一个随机变量。直接数字合成器芯片22将产生的电流信号发送至RC网络电路24，RC网络电路24将直接数字合成器芯片22输出的电流信号转换为驱动电压信号：V(t)＝Bsin(ωt+φ)，其中，幅度B＝A×R，R值为RC网络电路中电阻的电阻值。RC网络电路24将转换的驱动电压信号发送至放大单元3。
同时，控制器1向偏置单元4发送偏置电压控制信号，控制偏置单元4产生偏置电压信号，偏置单元4将产生的偏置电压信号输送至放大单元3。放大单元3将偏置电压信号加入驱动电压信号中，并对加入偏置电压后的驱动电压信号进行放大处理，得到驱动电压信号：V(t)＝k(Bsin(ωt+φ)+C)，其中，k为放大倍数，C为偏置电压。经过放大单元3的驱动电压信号被输送到电流源5。
在电流源5中，驱动电压信号通过隔离器51输送至负反馈回路56，负反馈回路56充当恒流源的作用。在负反馈回路56中，运算放大器52的正相端(未示出)接收驱动电压信号，运算放大器52的反向端(未示出)接收采样元件(本实施例中为采样电阻)55从激光器接口54采样的电压信号，运算放大器52将两个电压信号进行比较并将压差馈送至达林顿管53，达林顿管53根据压差对驱动电压信号进行调整，并使激光器接口54获得驱动电流信号：其中，VD是达林顿管的导通压降，Rs是采样电阻阻值。激光器接口54将驱动电流信号输送到激光器中激发出光信号。
为了更清楚的对本实施例进行描述，下面提供一个可参考的实施例：
在一个光纤通信系统中，分布式反馈激激光器需要频率16kHz、直流偏置900mA、幅度50mV的正弦电流驱动信号，则分布式反馈激光器驱动装置设计如下：选择MSP430F149单片机作为控制器1，选择ADI公司的AD9834作为直接数字合成器芯片22，控制器1与直接数字合成器芯片22之间采用SPI总线通信。直接数字合成器芯片22采用16MHz的温度补偿晶振23，控制器1设置直接数字合成器芯片22的分频寄存器为1000分频，使直接数字合成器芯片22输出频率为16kHz的正弦信号。调节数字电位器21，使其满量程电流幅度为3mA，使直接数字合成器芯片22输出电流信号：I1(t)＝3sin(2π16000t+φ1)mA。RC网络电路24中电阻的电阻值选择为330欧姆，直接数字合成器芯片22输出电流信号经过RC网络电路24得到驱动电压信号为：V1(t)＝1000sin(2π16000t+φ1)mV。设置放大单元3放大倍数为0.5，偏置单元4的偏置电压为20.8V，经过放大单元3得到驱动电压信号为：V1(t)＝0.5(1000sin(2π16000t+φ1)+20800)mV。在电流源5中，达林顿管53的导通压降为1.4V，在达林顿管53中得到驱动电压信号为：V1(t)＝(0.5(1000sin(2π16000t+φ1)+20800)-1400)mV。采样电阻选用10只100欧姆电阻并联，在激光器接口54中得到最终输出的驱动电流信号为：IO1(t)＝(50sin(2π16000t+φ1)+900)mA。
由上述的描述可知，本实用新型的分布式反馈激光器驱动装置利用直接数字合成器电路2作为驱动信号产生的核心器件，可以输出从低频到高频、从正弦波、三角波到锯齿波的各种形式的波形，驱动方式多样化，解决了传统方法驱动波形固化、应用面窄的问题。同时，利用设置有负反馈电路56的电流源5，使驱动信号与输入电流源的电压信号波形一致，相较于基于分立器件的驱动装置，本驱动装置的精度更高。此外，直接数字合成器电路2、电流源5等关键器件价格较低，使本驱动装置的整体成本合适，在得到高精度驱动信号的同时，还避免了基于集成模块的设计方法带来的高成本问题。
需要说明的是，以上仅为本实用新型的优选实施例，但实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型做出的非实质性修改，也均落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.分布式反馈激光器驱动装置，其特征在于：包括控制器、直接数字合成器电路、放大单元、偏置单元以及电流源，所述控制器向所述直接数字合成器电路发送驱动控制信号，所述控制器向所述偏置单元发送偏置电压控制信号，所述放大单元分别接收所述直接数字合成器电路所发送的驱动电压信号和所述偏置单元所发送的偏置电压信号，所述放大单元与所述电流源电连接；
所述电流源包括隔离器以及负反馈回路，所述隔离器接收所述放大单元放大后的所述驱动电压信号，所述隔离器与所述负反馈电路电连接。
2.根据权利要求1所述的分布式反馈激光器驱动装置，其特征在于：所述直接数字合成器电路包括直接数字合成器芯片和数字电位器，所述直接数字合成器芯片接收所述控制器所发送的所述驱动控制信号，所述数字电位器与所述直接数字合成器芯片电连接。
3.根据权利要求2所述的分布式反馈激光器驱动装置，其特征在于：所述直接数字合成器电路还包括RC网络电路，所述RC网络电路接收所述直接数字合成器芯片所发送的电流信号，所述RC网络电路向所述放大单元发送所述驱动电压信号。
4.根据权利要求3所述的分布式反馈激光器驱动装置，其特征在于：所述直接数字合成器电路还包括温度补偿晶振，所述温度补偿晶振与所述直接数字合成器芯片电连接。
5.根据权利要求1或4所述的分布式反馈激光器驱动装置，其特征在于：所述负反馈回路包括运算放大器、达林顿管以及激光器接口，所述达林顿管与所述运算放大器电连接，所述达林顿管向所述激光器接口输送驱动电流信号。
6.根据权利要求5所述的分布式反馈激光器驱动装置，其特征在于：所述负反馈回路还包括采样元件，所述采样元件分别与所述激光器接口及所述运算放大器电连接。
7.根据权利要求6所述的分布式反馈激光器驱动装置，其特征在于：所述采样元件包括多个大功率电阻并联组成的采样电阻。
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| CN108799613A (zh) * | 2018-06-07 | 2018-11-13 | 辰星仪表（成都）有限公司 | 阀门反馈系统 |
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