CN2917038Y - 电吸收调制激光器驱动电路 - Google Patents

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夏京盛
夏哲
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Abstract

本实用新型提供一种电吸收调制激光器驱动电路，包括：一种电吸收调制激光器驱动电路，包括：一半导体激光器、一电吸收调制器、一正电源、一射频信号RF和正偏压、一限流电阻和一终端匹配电阻，所述半导体激光器和电吸收调制器两者共阴极并与正电源的输出端连接，且该输出端还与PWM升压电路的输入端连接，限流电阻的一端与PWM升压电路的输出端连接，另一端连接半导体激光器阳极，射频信号RF和正偏压的输出端连接电吸收调制器的阳极，终端匹配电阻一端与射频信号RF和正偏压输出端连接，另一端接地。整个驱动路只需一个正电源，元件少，成本低，占用电路板空间小，适合用于SFP或XFP光收发模块的小型化封装。

Description

电吸收调制激光器驱动电路
技术领域
本实用新型涉及一种外调制激光器驱动电路，尤其涉及一种电吸收调制激光器驱动电路。
背景技术
为实现数据在光纤上的传输，需要通过光收发模块进行电光转换和光电转换。电光转换是通过半导体激光器完成的。半导体激光器根据调制方式不同，主要分两种：直接调制激光器和外调制激光器。直接调制激光器结构简单，成本较低，当调制速率达到吉比特速率时，由于受激光器弛豫振荡和啁啾现象影响，光脉冲光谱展开，传输距离较短，一般在40公里以下，不适于远距离传输。外调制激光器虽结构复杂，成本高，但能获得较大的色散容限值，传输距离多在40公里以上。外调制激光器又分为电吸收外调制激光器和铌酸锂调制激光器，铌酸锂调制激光器多用在超长距光传输中。在中长距10Gb/s光网络中，广泛使用带制冷的电吸收调制激光器，主要包括一半导体激光器、一电吸收调制器以及一TEC制冷器，电吸收调制器和半导体激光器通常集成在一个芯片衬底上，且两者共阴极连接，即电吸收调制器的阴极和半导体激光器的阴极，在组件内部连接在一起，并通过一个管脚引出。半导体激光器连续发射的光具有固定的波长和光功率，在发射的过程中，不受电调制信号的影响，因此不产生高速调制带来啁啾现象，光谱的谱线宽度维持在最小，电吸收调制器对半导体激光器发出的激光根据电调制信号以允许或者禁止通过的方式进行处理，而在调制的过程中，对光波的频谱特性不会产生任何影响，保证了光谱的质量。
如图1所示的交流耦合型电吸收调制激光器驱动电路100，该驱动电路由一负电源106和一正电源109同时供电。射频信号RF通过电吸收调制器驱动电路110后由电容108交流耦合至T三端口网络。正电源109(如，+5V或+3.3V)为半导体激光器101提供正向偏置。电阻103为限流电阻，保护半导体激光器101。负电源106通过电吸收调制器偏置电路107后由电感105连接到电吸收调制器102的阳极，而电吸收调制器102与半导体激光器101共阴极并接地。由于电吸收调制器偏置电路107采用负电源106供电，其输出为负电压，这样电吸收调制器102阳极负电位低于阴极零电位，从而实现电吸收调制器102的反向偏置。电感105对于直流电源为低阻抗，对于射频信号为高阻抗。而电阻104为射频信号RF提供终端匹配。由于电感105的取值多为数微亨，体积大，导致安装时需要占用较大面积的电路板，不适用SFP或XFP光收发模块的小型化封装。
如图2所示的直流耦合型电吸收调制激光器驱动电路200。电吸收调制器驱动电路207由负电源206供电。射频信号RF通过电吸收调制器驱动电路207直流耦合到电吸收调制器202，为电吸收调制器202提供调制电流和直流偏置。因为电吸收调制器驱动电路207的内集成的偏置电路的输出为负电压，该负电压提供给电吸收调制器202的阳极，而电吸收调制器202与半导体激光器201共阴极并接地，所以电吸收调制器202工作于反向偏置。正电源208(如，+5V或+3.3V)为激光器201提供正向偏置。电阻203为限流电阻，保护半导体激光器201。电阻204一端与电吸收调制器驱动电路207输出端连接，另一端接地，为射频信号RF提供终端匹配。
根据10Gb/s XFP光收发模块的多元协议(XFP MSA)规定，XFP光收发模块只能采用+5V，+3.3V，+1.8V和-5.2V四种电源中的一种电源或多种电源供。由于上述结构的电吸收调制激光器的驱动电路均需采用正负两个电源同时供电，成本高，且采用负电源-5.2V供电时，系统厂商使用时极其不便。
发明内容
为克服以上缺点，本实用新型提供一种使用方便，成本低，适合高速小型化封装光收发模块用的电吸收调制激光器驱动电路。
本实用新型采用如下技术方案：一种电吸收调制激光器驱动电路，包括：一半导体激光器、一电吸收调制器、一正电源、一射频信号RF和正偏压、一限流电阻和一终端匹配电阻，所述半导体激光器和电吸收调制器两者共阴极并与正电源的输出端连接，且该输出端还与PWM升压电路的输入端连接，限流电阻的一端与PWM升压电路的输出端连接，另一端连接半导体激光器阳极，射频信号RF和正偏压的输出端连接电吸收调制器的阳极，终端匹配电阻一端与射频信号RF和正偏压输出端连接，另一端接地。
所述PWM升压电路，包括：一PWM升压控制器、一开关场效应管、一电感、一二极管和一电容，所述电感、二极管和电容依序串联电路，电感的输入端与正电源的输出端连接，电容的输出端接地；开关场效应管的漏极接电感的输出端，源极接地，栅极接PWM升压控制器的输出端，PWM升压控制器的输入端与二极管的阴极连接，其连接点向外引出作为PWM升压电路的输出端。
所述PWM升压控制器可以采用Maxim公司的集成电路芯片MAX1522、MAX1523、MAX1896或MAX1523。
由于本实用新型电吸收调制激光器驱动电路，通过在正电源的输出端与激光器的阳极之间增加了一个PWM升压电路，激光器的阳极电压就高于正电源的输出端，而正电源的输出端又与激光器的阴极连接，这样就保证了激光器的正向偏置。射频信号RF和正偏压连接电吸收调制器的阳极为电吸收调制器提供反向偏置。整个驱动电路只需一个正电源，元件少，成本低，占用电路板空间小，适合用于SFP或XFP光收发模块的小型化封装。
附图说明
图1表示一种现有技术电吸收调制激光器驱动电路原理图；
图2表示另一种现有技术的电吸收调制激光器驱动电路原理图；
图3表示本实用新型电吸收调制激光器驱动电路原理图；
图4表示图3所示PWM升压电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明最佳实施例。
如图3所示电吸收调制激光器驱动电路，包括：包括：一半导体激光器301、一电吸收调制器302、一正电源307、一射频信号RF和正偏压306、一限流电阻303和一终端匹配电阻304，所述半导体激光器301和电吸收调制器302两者共阴极并与正电源307的输出端309连接，且该输出端309还与PWM升压电路308的输入端连接，该输出端309的电压为5V。一限流电阻303一端与PWM升压电路308的输出端410连接，另一端连接半导体激光器301阳极，由于PWM升压电路308的升压作用，其输出端410的电压约为7～8V高于正电源307的输出端309电压5V，从而保证半导体激光器301正向偏置。射频信号RF和正偏压306的输出端连接电吸收调制器302的阳极，以便为电吸收调制器302提供驱动和反向偏置工作点，射频信号RF和正偏压306的输出端电压为0～5V，终端匹配电阻304一端与射频信号RF和正偏压306输出端连接，另一端接地，为射频信号RF提供终端匹配。
如图4所示PWM升压电路308，包括：一PWM升压控制器3086、一开关场效应管3082、一电感3081、一二极管3083和一电容3084。其中PWM升压控制器3086可以采用Maxim公司的集成电路芯片MAX1522、MAX1523、MAX1896或MAX1523。电感3081、二极管3083和电容3084依序组成串联电路，其中，电感3081的输入端与正电源307的输出端309连接，约4.7μH～10μH；电容3084的输出端接地，容值约1～10μF；开关场效应管3082的漏极接电感3081的输出端，源极接地，栅极接PWM升压控制器3086的输出端，PWM升压控制器3086的输入端与二极管3083的阴极连接，其连接点向外引出作为PWM升压电路308的输出端410。
PWM升压电路308的工作原理如下：当开关场效应管3082导通时，由于其导通电阻很小，电感3081与二极管3083阳极间的连接点3087相当于接地，二极管3083处于截止状态，正电源307输出的电流流经电感3081后，只产生一个回路，即电流全部通过开关场效应管3082的漏极输入后，由开关场效应管3082的源极输出到地，此过程中，电感3081储存能量。而当开关场效应管3082由此导通状态再切换至断开时，由于流经电感3081的电流突然被截断时，就会在电感3081两端产生反电动势E′，电感3081就会将开关场效应管3082导通时储存的能量进行释放，以促使二极管3083导通，这样由电感3081输出的电流经二极管3083后，由其阴极端即PWM升压电路308的输出端410端会产生两个回路：一个是对接地电容3084进行充电的回路；另一个为激光器301提供正向偏压的回路。由于正电源307的输出端309的电压为E，电感3081的反电动势E′，这样电感3081与二极管3083阳极间的连接点3087的电压为E+E′。如果二极管3083的正向压降为VF，则整个PWM升压电路输出端410的电压Vo＝E+E′-VF。PWM升压电路输出端410的电压Vo反馈给PWM升压控制器3086以控制其产生的脉冲信号3085的占空比，该脉冲信号用于控制开关场效应管3082的导通和断开，使PWM升压电路输出端410的电压升高并稳定输出。当开关场效应管3082从断开状态再次导通时，电容3084便进行放电，此时PWM升压电路输出端410的电压下降，当下降到一定程度时，由于脉冲信号3085的作用，开关场效应管3082又再次断开，电感3081又再存储的能量，又再次给电容3084充电，使PWM升压电路输出端410的电压升高，开关场效应管3082以此反复的导通或断开，从而使PWM升压电路输出端410的电压始终维持在一个较高的输出电压。
脉冲信号3085的频率取决于电感3081和电容3084的值。频率越低，所需电感3081和电容3082的值越大。为了减小电感3081和电容3084的体积，脉冲信号3085的频率越来越高，可达到10MHz。因此，PWM升压控制器3086必须是快速的阶跃响应，以防止因负载半导体激光器301的变化而引起的输出端410的电压有较大的波动。通过连续的脉冲信号3085连续不断的控制开关场效应管3082的导通和断开动作，输出端410的电压始终保持高于正电源的输出端309的电压，以便为半导体激光器301提供正向偏置电压。

Claims (3)

1、一种电吸收调制激光器驱动电路(300)，其特征在于，包括：一半导体激光器(301)、一电吸收调制器(302)、一正电源(307)、一射频信号RF和正偏压(306)、一限流电阻(303)和一终端匹配电阻(304)，所述半导体激光器(301)和电吸收调制器(302)两者共阴极并与正电源(307)的输出端(309)连接，且该输出端(309)还与PWM升压电路(308)的输入端连接，一限流电阻(303)一端与PWM升压电路(308)的输出端(410)连接，另一端连接半导体激光器(301)阳极，射频信号RF和正偏压(306)的输出端连接电吸收调制器(302)的阳极，终端匹配电阻(304)一端与射频信号RF和正偏压(306)输出端连接，另一端接地。
2、根据权利要求1所述的电吸收调制激光器驱动电路(300)，其特征在于，所述PWM升压电路(308)，包括：一PWM升压控制器(3086)、一开关场效应管(3082)、一电感(3081)、一二极管(3083)和一电容(3084)，所述电感(3081)、二极管(3083)和电容(3084)依序串联电路，电感(3081)的输入端与正电源(307)的输出端(309)连接，电容(3084)的输出端接地；开关场效应管(3082)的漏极接电感(3081)的输出端，源极接地，栅极接PWM升压控制器(3086)的输出端，PWM升压控制器(3086)的输入端与二极管(3083)的阴极连接，其连接点向外引出作为PWM升压电路(308)的输出端(410)。
3、根据权利要求2所述的电吸收调制激光器驱动电路(300)，其特征在于，所述PWM升压控制器(3086)可以采用Maxim公司的集成电路芯片MAX1522、MAX1523、MAX1896或MAX1523。
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