ES2364007B1 - TRANSMITTER APPLIANCE L�? BE THERMOREGULATED WITH CONTROL EMBEDDED. - Google Patents
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Abstract
Aparato transmisor láser termorregulado con control embebido, para la transmisión de haces láser modulados, que comprende un diodo láser (2) con fotodiodo sensor (2) que se encuentra sometido a tres lazos de control regulados por un microcontrolador (29):#- un lazo de control térmico encargado de mantener estable la temperatura del diodo láser (2);#- un lazo de control luminoso encargado de mantener estable la irradiancia del haz láser emitida por el diodo láser (2);#- un lazo de control del índice de modulación encargado de controlar la profundidad de modulación del haz láser.#Aplicable para comunicaciones ópticas por láser.Thermoregulated laser transmitter apparatus with embedded control, for the transmission of modulated laser beams, comprising a laser diode (2) with sensor photodiode (2 ’) that is subjected to three control loops regulated by a microcontroller (29): # - a thermal control loop responsible for keeping the temperature of the laser diode stable (2); # - a light control loop responsible for keeping the irradiance of the laser beam emitted by the laser diode (2) stable; # - a control loop of the Modulation index responsible for controlling the depth of laser beam modulation. # Applicable for laser optical communications.
Description
Aparato transmisor láser termorregulado con control embebido. Campo de la invenciónThermoregulated laser transmitter device with embedded control. Field of the Invention
La invención presentada, se enmarca en el campo de la industria electrónica de las comunicaciones ópticas de alta velocidad en las que intervienen haces láser modulados. Antecedentes de la invención The invention presented is framed in the field of the electronic industry of high-speed optical communications involving modulated laser beams. Background of the invention
Un diodo láser de estado sólido es un dispositivo no lineal que sigue la curva tensión-corriente convencional de un diodo pero que, a partir de un umbral de tensión, exhibe el denominado fenómeno “lasing” creándose una emisión de luz altamente coherente espacial y temporal. La luz producida focalizada tiene una gran directividad y muy baja dispersión permitiendo dirigirla hacia puntos lejanos del espacio. Si esta luz es modulada por una fuente de información, es posible transmitirla a gran velocidad (varios Gigahertzios). Por su comportamiento no lineal se opta por modulaciones tipo -binarias en la que el diodo láser conmuta entre dos niveles de luminosidad establecidos, siempre bajo el fenómeno lasing. A solid-state laser diode is a non-linear device that follows the conventional voltage-current curve of a diode but, from a voltage threshold, exhibits the so-called “lasing” phenomenon creating a highly coherent spatial and temporal light emission . The focused light produced has great directivity and very low dispersion allowing it to be directed towards distant points in space. If this light is modulated by a source of information, it is possible to transmit it at high speed (several Gigahertz). Due to its non-linear behavior, binary-type modulations are chosen in which the laser diode switches between two established brightness levels, always under the lasing phenomenon.
El diodo láser de estado sólido tiene una fuerte dependencia térmica con sus variables eléctricas y luminosas. La irradiancia de la luz que genera depende de la temperatura. Normalmente, los fabricantes incluyen en la cápsula de láser a un fotodiodo sensor que mide la irradiancia transmitida con el fin de cerrar un lazo de control entre su valor y la corriente generada a una temperatura dada. Así, cambiando los niveles de corriente de polarización en función de la temperatura, puede mantenerse una irradiancia constante. La estabilidad en la irradiancia emitida es imprescindible para la discriminación de niveles por parte del receptor o demodulador. Por tanto, no sólo es necesario controlar los niveles de polarización, sino también la propia temperatura del diodo láser. El diodo láser se calienta cuando emite luz. A medida que aumenta su temperatura necesita más corriente de polarización para mantener el mismo nivel de irradiancia. El excesivo consumo de corriente envejece al diodo. Los cambios de temperatura generan tensiones mecánicas en la estructura cristalina del diodo que también inducen al envejecimiento. Por todo ello, es necesario mantener al diodo láser a una temperatura baja y estable. Un sistema termorregulador de flujo simétrico que albergue a la cápsula del diodo láser, soluciona estos inconvenientes. The solid-state laser diode has a strong thermal dependence with its electrical and luminous variables. The irradiance of the light it generates depends on the temperature. Normally, manufacturers include in the laser capsule a sensor photodiode that measures the transmitted irradiance in order to close a control loop between its value and the current generated at a given temperature. Thus, by changing the polarization current levels as a function of temperature, a constant irradiance can be maintained. The stability in the emitted irradiance is essential for the discrimination of levels by the receiver or demodulator. Therefore, it is not only necessary to control the polarization levels, but also the temperature of the laser diode itself. The laser diode heats up when it emits light. As its temperature rises, it needs more polarization current to maintain the same level of irradiance. Excessive current consumption ages the diode. Temperature changes generate mechanical stresses in the crystal structure of the diode that also induce aging. Therefore, it is necessary to keep the laser diode at a low and stable temperature. A symmetric flow thermoregulator system that houses the laser diode capsule solves these inconveniences.
Para maximizar la relación señal-ruido y evitar costes en las líneas de transmisión, la señal moduladora se construye en forma diferencial verificando la norma de un estándar. En el caso binario, se trata de dos señales complementarias las que portan información. Teniendo en cuenta la naturaleza de la señal moduladora, la mayor parte de los sistemas de amplificación, filtrado o de comparación serán diferenciales. El driver que inyecta corriente en el diodo láser suele ser diferencial. Las potencias irradiadas a controlar en láseres modulados para transmisión en el espacio libre deben ser de unos cuantos a decenas de miliwatios en enlaces entre unos centenares de metros y varios kilómetros. Descripción de la invenciónTo maximize the signal-to-noise ratio and avoid costs in the transmission lines, the modulating signal is differentially constructed by checking the standard of a standard. In the binary case, these are two complementary signals that carry information. Taking into account the nature of the modulating signal, most of the amplification, fi ltration or comparison systems will be differential. The driver that injects current into the laser diode is usually differential. The irradiated powers to be controlled in modulated lasers for transmission in free space must be a few to tens of milliwatts on links between a few hundred meters and several kilometers. Description of the invention
En esta invención se presenta un aparato transmisor láser termorregulado con control embebido. El aparato transmisor emite luz láser modulada en formato binario siendo controlado por un microcontrolador en sus parámetros de potencia transmitida e índice de modulación y conteniendo elementos de control térmico, de control de irradiancia y de control de la señal modulada. In this invention a thermoregulated laser transmitter apparatus with embedded control is presented. The transmitting apparatus emits modulated laser light in binary format being controlled by a microcontroller in its transmitted power parameters and modulation index and containing elements of thermal control, irradiance control and modulated signal control.
Para mantener la estabilidad en el funcionamiento del láser modulado se diseñan tres lazos de control: To maintain stability in the operation of the modulated laser, three control loops are designed:
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- Un lazo de control térmico que mantenga al diodo en un estado térmico estable. A thermal control loop that keeps the diode in a stable thermal state.
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- Un lazo de control luminoso que mantenga su irradiancia estable debiendo medirse con un fotodiodo externo para, una vez cerrado el lazo, controlar la corriente de polarización del láser y, por tanto, su potencia transmitida. A light control loop that maintains its stable irradiance must be measured with an external photodiode to, once the loop is closed, control the polarization current of the laser and, therefore, its transmitted power.
- --
- Un lazo de control del índice de modulación. A la corriente de polarización controlada, debe sumarse la corriente de la señal moduladora que hace excursionar la irradiancia emitida en dos niveles definidos. La profundidad de modulación también debe encontrarse en un lazo de control que optimice la potencia media transmitida. La distancia entre los dos niveles de luminosidad debe controlarse para una determinada irradiancia. A control loop of the modulation index. To the controlled polarization current, the current of the modulating signal that tracks the emitted irradiance at two defined levels must be added. The modulation depth must also be in a control loop that optimizes the average transmitted power. The distance between the two levels of brightness must be controlled for a given irradiance.
Por otro lado, los esquemas de alimentación eléctrica de un diodo láser y de los dispositivos que conforman las unidades de control y modulación también deben ser altamente estables y de muy bajo ruido. Si se utilizan dispositivos de conmutación tales como microcontroladores, deben tener fuentes de alimentación separadas que impidan la transmisión de impulsos o espigas parásitas. En esta invención se presenta un esquema de alimentación con un circuito de prerregulación previo a un conjunto de fuentes de alimentación de bajo ruido dedicadas ad-hoc a elementos funcionales concretos. Se separan las funciones de conmutación, las de los subsistemas de entrada-salida y acondicionamiento de señal y las propias de polarización y control del diodo láser. Las fuentes de gran consumo tales como las de los circuitos de control del termorregulador y celdas peltier deben diseñarse de forma separada con unidades transformadoras distintas. On the other hand, the power supply schemes of a laser diode and the devices that make up the control and modulation units must also be highly stable and very low noise. If switching devices such as microcontrollers are used, they must have separate power supplies that prevent the transmission of impulses or stray spikes. In this invention a power scheme is presented with a pre-regulation circuit prior to a set of low-noise power supplies dedicated ad-hoc to specific functional elements. The switching functions, those of the input-output and signal conditioning subsystems and those of polarization and control of the laser diode are separated. The sources of high consumption such as those of the thermoregulator control circuits and peltier cells must be designed separately with different transformer units.
El aparato transmisor láser consta de un diodo láser encapsulado con un fotodiodo sensor con el fin de monitorizar y controlar la irradiancia emitida. El conjunto láser-fotodiodo es activado por un driver que recibe la señal moduladora en forma diferencial para modular la corriente de un diodo láser polarizado en la zona lasing. El driver contiene fuentes de corriente controlada que permiten modificar el punto de polarización y el índice de modulación a la vez que sensores de corriente que permiten monitorizar la corriente de modulación, la corriente de polarización y la corriente del fotodiodo. También posee un circuito detector de umbral que genera una señal de alarma cuando el diodo láser supera una corriente límite. The laser transmitter apparatus consists of a laser diode encapsulated with a sensor photodiode in order to monitor and control the emitted irradiance. The laser-photodiode assembly is activated by a driver that receives the differential modulating signal to modulate the current of a polarized laser diode in the lasing zone. The driver contains controlled current sources that allow modifying the polarization point and modulation index as well as current sensors that allow monitoring the modulation current, polarization current and photodiode current. It also has a threshold detector circuit that generates an alarm signal when the laser diode exceeds a limit current.
La señal moduladora de entrada posee las características de un estándar. La etapa de entrada contiene un amplificador, un conformador de pulsos y un adaptador de niveles e impedancias. The input modulator signal has the characteristics of a standard. The input stage contains an ampli fi er, a pulse shaper and an adapter of levels and impedances.
Las señales de actuación “potencia requerida” e “índice de modulación requerido” se generan por conversores digitales-analógicos (DAC) bajo el control de un microcontrolador. Las señales de senseo “corriente de modulación”, “corriente de polarización” y “corriente del fotodiodo” se procesan mediante filtros pasa baja siendo convertidas a formato digital (ADC) bajo el control de un microcontrolador. The “required power” and “required modulation index” performance signals are generated by digital-analog converters (DAC) under the control of a microcontroller. The senseo signals "modulation current", "polarization current" and "photodiode current" are processed by low pass filters being converted to digital format (ADC) under the control of a microcontroller.
El microcontrolador lee el estado térmico del diodo láser mediante sensores de temperatura y actúa a través de un circuito de control de potencia sobre un aparato termorregulador de flujo simétrico que, cerrando el lazo, mantienen estable su temperatura. The microcontroller reads the thermal state of the laser diode by means of temperature sensors and acts through a power control circuit on a symmetric fl ow thermoregulator apparatus that, by closing the loop, keeps its temperature stable.
La señal transmitida debe estar libre de ruidos parásitos. Por ello, el aparato transmisor láser objeto de esta invención posee un esquema de alimentación con un circuito de prerregulación previo a un conjunto de fuentes de alimentación de bajo ruido dedicadas a elementos funcionales concretos. Se hace uso de dos fuentes de alimentación externas separadas, una de baja potencia y bajo ruido para el transmisor propiamente dicho, y otra de alta potencia que alimenta a los circuitos de control del termorregulador, las celdas peltier y los ventiladores. El termorregulador empleado puede ser, por ejemplo, el empleado en el solicitud de patente P201001621. The transmitted signal must be free of parasitic noises. Therefore, the laser transmitter apparatus object of this invention has a power scheme with a pre-regulation circuit prior to a set of low noise power supplies dedicated to specific functional elements. Two separate external power supplies are used, one of low power and low noise for the transmitter itself, and another of high power that feeds the thermoregulator control circuits, peltier cells and fans. The thermoregulator used can be, for example, the one used in patent application P201001621.
La fuente de alimentación de baja potencia es procesada por una etapa de prerregulación que proporciona un potencial estable a partir del cual se derivan una fuente convencional que alimenta al microcontrolador y sus circuitos de conmutación, y tres fuentes de alimentación de bajo ruido que alimentan los conversores y filtros, la etapa diferencial de entrada y el driver con el propio diodo láser. Breve descripción de los dibujosThe low power power supply is processed by a pre-regulation stage that provides a stable potential from which a conventional source that feeds the microcontroller and its switching circuits is derived, and three low-noise power supplies that power the converters and fi lters, the differential input stage and the driver with the laser diode itself. Brief description of the drawings
A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta. A series of drawings that help to better understand the invention and that expressly relate to an embodiment of said invention which is presented as a non-limiting example thereof is described very briefly below.
La Figura 1 muestra el diagrama funcional del bloques del aparato transmisor láser termorregulado con control embebido. Figure 1 shows the functional block diagram of the thermoregulated laser transmitter apparatus with embedded control.
Las Figuras 2A y 2B muestran la disposición de componentes en la parte anterior y posterior, respectivamente, de la tarjeta de circuito impreso. Figures 2A and 2B show the arrangement of components in the front and back, respectively, of the printed circuit board.
Las Figuras 3A y 3B muestran la vista superior e inferior, respectivamente, del aparato transmisor con un termorregulador de flujo simétrico basado en celdas peltier. Descripción detallada de la invenciónFigures 3A and 3B show the top and bottom view, respectively, of the transmitting apparatus with a symmetric flow thermoregulator based on peltier cells. Detailed description of the invention
El aparato transmisor láser termorregulado con control embebido objeto de la presente invención emite una señal láser luminosa modulada en formato binario con las especificaciones del estándar de transmisión serie IEEE802.3 FX 100/1000. The thermoregulated laser transmitter apparatus with embedded control object of the present invention emits a modulated light laser signal in binary format with the speci fi cations of the IEEE802.3 FX 100/1000 series transmission standard.
La Figura 1 muestra el diagrama funcional de bloques del aparato transmisor 1 objeto de esta invención. Consta de un diodo láser de estado sólido 2 cuyas características de emisión pueden estar en la franja de longitudes de onda que van desde el espectro visible (680 nm) al infrarrojo lejano (15 micrómetros), con posibilidad de conmutar por encima de 1 Gbps y con potencias comprendidas entre5y50 miliwatios (láseres de clase 3). Estos rangos son consistentes con la transmisión láser en el espacio libre. El diodo láser contiene en su cápsula a un fotodiodo que permite la medición de la irradiancia del haz láser emitido. En la realización presentada y sin restar generalidad, se ha empleado un diodo láser de cavidad vertical VCSEL multimodo con irradiancia anular de una longitud de onda de 850 nm e irradiancia máxima de 10 miliwatios. Figure 1 shows the functional block diagram of the transmitter apparatus 1 object of this invention. It consists of a solid-state laser diode 2 whose emission characteristics may be in the range of wavelengths ranging from the visible spectrum (680 nm) to the far infrared (15 micrometers), with the possibility of switching over 1 Gbps and with powers between 5 and 50 milliwatts (class 3 lasers). These ranges are consistent with laser transmission in free space. The laser diode contains in its capsule a photodiode that allows the measurement of the irradiance of the emitted laser beam. In the presented embodiment and without subtracting generality, a multimode VCSEL vertical cavity laser diode with annular irradiance of a wavelength of 850 nm and maximum irradiance of 10 milliwatts has been used.
El aparato transmisor láser se ha implementado en un circuito electrónico cuyos componentes se encuentran interconectados en una tarjeta de circuito impreso 4 de doble cara con especificación FR4. Los elementos del circuito se pueden agrupar por funcionalidades existiendo la posibilidad de realizar las mismas funciones con distintos elementos de circuito considerando las posibilidades que ofrecen diferentes fabricantes. La realización presentada es un caso particular no restando generalidad a las funciones que se reivindican. The laser transmitter apparatus has been implemented in an electronic circuit whose components are interconnected in a double-sided printed circuit board 4 with FR4 specification. The circuit elements can be grouped by functionalities and there is the possibility of performing the same functions with different circuit elements considering the possibilities offered by different manufacturers. The presented embodiment is a particular case, not detracting from the functions claimed.
El aparato transmisor láser implementa los siguientes elementos: The laser transmitter apparatus implements the following elements:
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- Un driver 22 con entrada diferencial que permite definir el estado de polarización y de modulación del diodo láser mediante fuentes de corriente controladas a la vez que el senseo de la corriente del fotodiodo, de polarización y de modulación. El driver posee también un comparador que fija una corriente de seguridad límite. El driver fija la potencia requerida bajo el control de un microcontrolador. A driver 22 with differential input that allows to define the state of polarization and modulation of the laser diode by means of controlled current sources as well as the sense of the photodiode, polarization and modulation current. The driver also has a comparator that sets a limit safety current. The driver sets the required power under the control of a microcontroller.
- --
- Una etapa de entrada diferencial 5-5’, 23 formada por un amplificador-comparador o conformador y un adaptador de nivel. A differential input stage 5-5 ’, 23 formed by an amplifier-comparator or shaper and a level adapter.
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- Un conjunto de filtros 26, 27, 28 y conversores 24, 25 DAC y ADC para procesar las señales de entrada y de salida del driver bajo el control de un microcontrolador 29. A set of fi lters 26, 27, 28 and converters 24, 25 DAC and ADC to process the driver's input and output signals under the control of a microcontroller 29.
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- Un microcontrolador 29 que gestiona las señales de entrada y de salida en tres lazos: térmico, de polarización y de modulación. A microcontroller 29 that manages the input and output signals in three loops: thermal, polarization and modulation.
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- Un circuito de prerregulación 20 previo a un conjunto de fuentes de alimentación de bajo ruido (35, 37, 38) dedicadas ad-hoc a elementos funcionales concretos. A pre-regulation circuit 20 prior to a set of low noise power supplies (35, 37, 38) dedicated ad-hoc to specific functional elements.
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- Un circuito de control de potencia (30, 31, 32, 33) que permite cambiar el sentido de la corriente en las celdas peltier de un termorregulador de flujo simétrico 40 bajo el control del microcontrolador 29. A power control circuit (30, 31, 32, 33) that allows changing the direction of the current in the peltier cells of a symmetric fl ow thermoregulator 40 under the control of the microcontroller 29.
El microcontrolador 29 posee conexiones de entrada y salida que le permiten monitorizar su estado (6, 7, 8, 9, 10); establecer sus condiciones iniciales 11; comunicarse a través de el bus estándar I2C con otros microcontroladores en modo maestro-esclavo 15; acciones de entrada-salida on-off 16, 17; conexiones 18’ con sensores de temperatura externos al aparato transmisor y un conector de entrada-salida serie para su programación externa 19. The microcontroller 29 has input and output connections that allow it to monitor its status (6, 7, 8, 9, 10); establish their initial conditions 11; communicate via the standard I2C bus with other microcontrollers in master-slave mode 15; input-output actions on-off 16, 17; 18 ’connections with external temperature sensors to the transmitter and a serial input-output connector for external programming 19.
La Figura 2A ilustra la vista anterior, sin restar generalidad, de una realización del aparato transmisor láser 1 que consta de un diodo láser 2 que contiene a un fotodiodo sensor insertado en un zócalo 3 que lo conecta con la tarjeta de circuito impreso 4. La señal de entrada diferencial se inyecta a través de los dos conectores BNC (5, 5’). El diodo luminiscente 6 indica, si luce, la superación de la corriente de polarización límite en el diodo láser. Esta señal umbral actúa sobre el microcontrolador generando una interrupción y la ejecución de un programa de alarma. El diodo luminiscente 7 indica la condición de encendido del prerregulador. Los diodos luminiscentes (8, 9, 10) monitorizan el estado del microcontrolador en tareas de test. El pulsador 11 activa la señal de reset del microcontrolador para reiniciar sus funciones. Los conectores 12’ y 14’ son las entradas de las dos fuentes de alimentación independientes: una fuente de alimentación de potencia 14 para el circuito de control térmico y el termorregulador, y otra fuente de alimentación de bajo ruido 12 (menor de 10 milivoltios) para el circuito de prerregulación. El conector 13 es una salida de alimentación controlada para las celdas peltier del termorregulador. El microcontrolador tiene la posibilidad de comunicarse con otros microcontroladores en modos maestro-esclavo mediante un bus estándar I2C 15 y señales de control 16,17. El conector 18’ recibe las señales de los sensores de temperatura y el conector 19 permite la programación serie del microcontrolador. El prerregulador 20 regula la tensión de entrada 12 previo a las sucesivas etapas de bajo ruido. El microcontrolador activa sus circuitos de tiempo mediante cristal 21. Figure 2A illustrates the previous view, without subtracting generality, of an embodiment of the laser transmitter apparatus 1 consisting of a laser diode 2 containing a sensor photodiode inserted in a socket 3 that connects it with the printed circuit board 4. The Differential input signal is injected through the two BNC connectors (5, 5 '). The luminescent diode 6 indicates, if it looks, the exceeding of the limit polarization current in the laser diode. This threshold signal acts on the microcontroller generating an interruption and the execution of an alarm program. The light emitting diode 7 indicates the pre-regulator ignition condition. The luminescent diodes (8, 9, 10) monitor the state of the microcontroller in test tasks. Button 11 activates the microcontroller reset signal to restart its functions. Connectors 12 'and 14' are the inputs of the two independent power supplies: a power supply 14 for the thermal control circuit and the thermoregulator, and another low noise power supply 12 (less than 10 millivolts) for the pre-regulation circuit. Connector 13 is a controlled power outlet for the thermoregulator peltier cells. The microcontroller has the possibility of communicating with other microcontrollers in master-slave modes via a standard I2C 15 bus and control signals 16.17. Connector 18 ’receives signals from temperature sensors and connector 19 allows serial programming of the microcontroller. The pre-regulator 20 regulates the input voltage 12 prior to the successive low noise stages. The microcontroller activates its time circuits using crystal 21.
La Figura 2B ilustra la vista posterior del aparato transmisor láser que consta del driver 22 del diodo láser con fotodiodo, el conformador diferencial de la señal de entrada y adaptador de niveles 23, los conversores DAC de “potencia requerida” 24 e “índice de modulación requerido” 25, los filtros paso bajo de la “corriente de modulación” 26, “corriente de polarización del láser”, 27 y “corriente del fotodiodo”, 28. El microcontrolador 29, los circuitos de control de potencia del termorregulador: inversor de corriente 30 y 31 control de activación y transistores periféricos 33. El circuito 34 genera el nivel de referencia para los conversores ADC de microcontrolador 29. Finalmente, se muestran los reguladores de bajo ruido para los filtros y conversores DAC, 35, etapa de entrada 37, y drivers (38, 39). Los reguladores de bajo ruido y referencia de tensión generan niveles de ruido menores de 10 microvoltios. El regulador convencional 36 suministra una tensión estable para el microcontrolador Figure 2B illustrates the rear view of the laser transmitter apparatus consisting of the driver 22 of the laser diode with photodiode, the differential conformator of the input signal and level adapter 23, the DAC converters of “required power” 24 and “modulation index required ”25, the low pass fi lters of the“ modulation current ”26,“ laser polarization current ”, 27 and“ photodiode current ”, 28. The microcontroller 29, the thermoregulator power control circuits: inverter current 30 and 31 activation control and peripheral transistors 33. Circuit 34 generates the reference level for microcontroller ADC converters 29. Finally, low noise regulators for DAC fi lters and converters, 35, input stage 37 are shown. , and drivers (38, 39). Low noise and voltage reference regulators generate noise levels below 10 microvolts. Conventional regulator 36 supplies a stable voltage for the microcontroller
29. 29.
Las Figuras 3A y 3B muestran dos vistas del aparato transmisor láser con un termorregulador de flujo simétrico basado en celdas peltier. El termorregulador 40 contiene un dado refrigerado que se adapta a la capsula TO46 del diodo láser utilizado en esta realización conformando una cavidad adiabática en la que el calor intercambiado se realiza a través de las caras de cuatro celdas peltier situadas en las cuatro caras contiguas del dado. El termorregulador 40 posee dos sensores de temperatura 18 situados en los focos frío y caliente de las celdas peltier que se conectan al microcontrolador 29 a través del conector 18’. Un circuito de control del termorregulador (30, 31, 32, 33) permite, bajo el control del microcontrolador 29, suministrar corriente en ambos sentidos para realizar labores de regulación térmica. Figures 3A and 3B show two views of the laser transmitter apparatus with a symmetric flow thermoregulator based on peltier cells. The thermoregulator 40 contains a refrigerated die that adapts to the TO46 capsule of the laser diode used in this embodiment forming an adiabatic cavity in which the heat exchanged is made through the faces of four peltier cells located on the four adjacent faces of the die . The thermoregulator 40 has two temperature sensors 18 located in the hot and cold foci of the peltier cells that are connected to the microcontroller 29 through the connector 18 ’. A thermoregulator control circuit (30, 31, 32, 33) allows, under the control of the microcontroller 29, to supply current in both directions to perform thermal regulation work.
Claims (8)
- --
- un lazo de control térmico encargado de mantener estable, a un valor determinado por el microcontrolador (29), la temperatura del diodo láser (2), comprendiendo dicho lazo de control térmico un termorregulador (40) con medios sensores de temperatura (18) conectados al microcontrolador (29) y un circuito de control del termorregulador (30, 31, 32, 33) controlado por el microcontrolador (29); a thermal control loop responsible for maintaining, at a value determined by the microcontroller (29), the temperature of the laser diode (2), said thermal control loop comprising a thermoregulator (40) with temperature sensing means (18) connected to the microcontroller (29) and a thermoregulator control circuit (30, 31, 32, 33) controlled by the microcontroller (29);
- --
- un lazo de control luminoso encargado de mantener estable, a un valor determinado por el microcontrolador (29), la irradiancia del haz láser emitida por el diodo láser (2), comprendiendo dicho lazo de control luminoso: a light control loop responsible for maintaining stable, at a value determined by the microcontroller (29), the irradiance of the laser beam emitted by the laser diode (2), said light control loop comprising:
- • •
- el fotodiodo sensor (2’), medios sensores de la corriente del fotodiodo conectados al microcontrolador (29) para medir la irradiancia emitida y medios sensores de la corriente de polarización láser conectados al microcontrolador (29); y the sensor photodiode (2 ’), photodiode current sensing means connected to the microcontroller (29) to measure the emitted irradiance and laser polarization current sensing means connected to the microcontroller (29); Y
- • •
- un driver (22), mediante una fuente de corriente de polarización controlada por el microcontrolador (29), para polarizar el diodo láser en un estado determinado de corriente; a driver (22), by means of a polarizing current source controlled by the microcontroller (29), to polarize the laser diode in a given state of current;
- --
- un lazo de control del índice de modulación encargado de controlar la profundidad de modulación del haz láser, comprendiendo dicho lazo de control del índice de modulación medios sensores de la corriente de la señal moduladora conectados al microcontrolador (29) y el driver (22), mediante una fuente de corriente de modulación que actúa sobre el par diferencial controlada por el microcontrolador (29), para modificar el índice de modulación del haz láser. a modulation index control loop responsible for controlling the modulation depth of the laser beam, said modulation index control loop comprising means for modulating signal current connected to the microcontroller (29) and the driver (22), by means of a modulation current source that acts on the differential torque controlled by the microcontroller (29), to modify the modulation index of the laser beam.
- 2. 2.
- Aparato transmisor láser según la reivindicación 1, donde el driver (22) comprende fuentes de corrientes controladas por el microcontrolador (29) para modificar el estado de polarización y el índice de modulación del haz láser (2). Laser transmitter apparatus according to claim 1, wherein the driver (22) comprises current sources controlled by the microcontroller (29) to modify the polarization state and the modulation index of the laser beam (2).
- 3. 3.
- Aparato transmisor láser según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una etapa de entrada diferencial (23) formada por un amplificador, un conformador de pulsos y un adaptador de niveles e impedancias. Laser transmitter apparatus according to any of the preceding claims, comprising a differential input stage (23) formed by an ampli fi er, a pulse shaper and an adapter of levels and impedances.
- 4. Four.
- Aparato transmisor láser según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el termorregulador (40) es de flujo simétrico basado en celdas peltier, estando el circuito de control del termorregulador (30, 31, 32, 33) configurado para permitir el cambio del sentido de la corriente en las celdas peltier del termorregulador (40). Laser transmitter apparatus according to any of the preceding claims, wherein the thermoregulator (40) is of symmetric fl ow based on peltier cells, the thermoregulator control circuit (30, 31, 32, 33) being configured to allow the change of the direction of the current in the thermoregulator peltier cells (40).
- 5. 5.
- Aparato transmisor láser según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un conjunto de filtros paso bajo (26, 27, 28) y conversores DAC (24, 25) para procesar las señales de entrada y de salida del driver (22) bajo el control del microcontrolador (29). Laser transmitter apparatus according to any one of the preceding claims, comprising a set of low pass filters (26, 27, 28) and DAC converters (24, 25) for processing the input and output signals of the driver (22) under control. of the microcontroller (29).
- 6. 6.
- Aparato transmisor láser según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un circuito de prerregulación (20) previo a un conjunto de fuentes de alimentación de bajo ruido (35, 37, 38) dedicadas ad-hoc a elementos funcionales específicos del aparato transmisor (1). Laser transmitter apparatus according to any of the preceding claims, comprising a pre-regulation circuit (20) prior to a set of low noise power supplies (35, 37, 38) dedicated ad-hoc to specific functional elements of the transmitter apparatus (1 ).
- 7. 7.
- Aparato transmisor láser según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un circuito detector de umbral, conectado con el microcontrolador (29), encargado de generar una señal de alarma cuando el diodo láser supera una corriente de polarización límite. Laser transmitter apparatus according to any of the preceding claims, comprising a threshold detector circuit, connected to the microcontroller (29), responsible for generating an alarm signal when the laser diode exceeds a limit bias current.
- Categoría Category
- Documentos citados Reivindicaciones afectadas Documents cited Claims Affected
- X X
- US 5383208 A (QUENIAT JEAN-FRANCOIS et al.) 17.01.1995, 1-7 US 5383208 A (QUENIAT JEAN-FRANCOIS et al.) 17.01.1995, 1-7
- columna 2, línea 35 – columna 5, línea 6; figura 6. column 2, line 35 - column 5, line 6; figure 6.
- X X
- US 2005199779 A1 (NOGUCHI NOBUAKI et al.) 15.09.2005, 1-7 US 2005199779 A1 (NOGUCHI NOBUAKI et al.) 15.09.2005, 1-7
- párrafos [0040-0076]; figuras 1-5. paragraphs [0040-0076]; Figures 1-5.
- A TO
- US 6097746 A (NODA MITSUHARU et al.) 01.08.2000, 1-7 US 6097746 A (NODA MITSUHARU et al.) 01.08.2000, 1-7
- columna 4, línea 37 – columna 14, línea 11; figuras 1-4,6-10,12-14. column 4, line 37 - column 14, line 11; Figures 1-4,6-10,12-14.
- A TO
- WO 2007137087 A2 (CENTILLIUM COMMUNICATIONS INC et al.) 29.11.2007, 1-7 WO 2007137087 A2 (CENTILLIUM COMMUNICATIONS INC et al.) 29.11.2007, 1-7
- párrafos [0011-0033]; figuras 1-2,4-5. paragraphs [0011-0033]; Figures 1-2,4-5.
- A TO
- US 2001046243 A1 (SCHIE DAVID CHAIMERS) 29.11.2001, 1-7 US 2001046243 A1 (SCHIE DAVID CHAIMERS) 29.11.2001, 1-7
- párrafos [0020-0040]; figuras 2-6. paragraphs [0020-0040]; Figures 2-6.
- A TO
- US 6091750 A (PASCHAL MATTHEW JAMES et al.) 18.07.2000, 1-7 US 6091750 A (PASCHAL MATTHEW JAMES et al.) 18.07.2000, 1-7
- columna 2, línea 65 – columna 4, línea 38; figuras 1,2. column 2, line 65 - column 4, line 38; figures 1,2.
- A TO
- US 5666045 A (GRODEVANT SCOTT R) 09.09.1997, 1-7 US 5666045 A (GRODEVANT SCOTT R) 09.09.1997, 1-7
- columna 3, línea 13 – columna 23, línea 37; figuras 1-12. column 3, line 13 - column 23, line 37; Figures 1-12.
- A TO
- US 5499258 A (KAWANO MICHINAO et al.) 12.03.1996, 1-7 US 5499258 A (KAWANO MICHINAO et al.) 12.03.1996, 1-7
- columna 5, línea 65 – columna 10, línea 5; figuras 1-2,4-6,9. column 5, line 65 - column 10, line 5; Figures 1-2.4-6.9.
- Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud Category of the documents cited X: of particular relevance Y: of particular relevance combined with other / s of the same category A: reflects the state of the art O: refers to unwritten disclosure P: published between the priority date and the date of priority submission of the application E: previous document, but published after the date of submission of the application
- El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº: This report has been prepared • for all claims • for claims no:
- Fecha de realización del informe 02.08.2011 Date of realization of the report 02.08.2011
- Examinador J. Calvo Herrando Página 1/4 Examiner J. Calvo Herrando Page 1/4
- Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986) Novelty (Art. 6.1 LP 11/1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 3-6 1-2,7 SI NO Claims Claims 3-6 1-2.7 IF NOT
- Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986) Inventive activity (Art. 8.1 LP11 / 1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-7 SI NO Claims Claims 1-7 IF NOT
- Documento Document
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- D01 D01
- US 5383208 A (QUENIAT JEAN-FRANCOIS et al.) 17.01.1995 US 5383208 A (QUENIAT JEAN-FRANCOIS et al.) 17.01.1995
- D02 D02
- US 2005199779 A1 (NOGUCHI NOBUAKI et al.) 15.09.2005 US 2005199779 A1 (NOGUCHI NOBUAKI et al.) 15.09.2005
- D03 D03
- US 6097746 A (NODA MITSUHARU et al.) 01.08.2000 US 6097746 A (NODA MITSUHARU et al.) 01.08.2000
- D04 D04
- WO 2007137087 A2 (CENTILLIUM COMMUNICATIONS INC et al.) 29.11.2007 WO 2007137087 A2 (CENTILLIUM COMMUNICATIONS INC et al.) 11/29/2007
- D05 D05
- US 2001046243 A1 (SCHIE DAVID CHAIMERS) 29.11.2001 US 2001046243 A1 (SCHIE DAVID CHAIMERS) 29.11.2001
- D06 D06
- US 6091750 A (PASCHAL MATTHEW JAMES et al.) 18.07.2000 US 6091750 A (PASCHAL MATTHEW JAMES et al.) 18.07.2000
- D07 D07
- US 5666045 A (GRODEVANT SCOTT R) 09.09.1997 US 5666045 A (GRODEVANT SCOTT R) 09.09.1997
- D08 D08
- US 5499258 A (KAWANO MICHINAO et al.) 12.03.1996 US 5499258 A (KAWANO MICHINAO et al.) 12.03.1996
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