一種可用於突發模式的雷射驅動器雙閉環控制方法:專利背景,發明內容,專利目的,技術方

《一種可用於突發模式的雷射驅動器雙閉環控制方法》是廈門優迅高速晶片有限公司於2014年3月11日申請的專利，該專利公布號為CN103904542A，公布日為2014年7月2日，發明人是林永輝。

《一種可用於突發模式的雷射驅動器雙閉環控制方法》採用高速電流鏡和高速電流比較器的方法，檢測雷射器正常發光、調製電流為高、傳輸數據為1時的第一光功率P1；採用採樣保持的方法，檢測雷射器正常發光時的平均光功率Pa；所述高速電流鏡輸出兩個控制端，一個和設定的平均光功率的電壓V_Pa_set形成一個負反饋，用來控制驅動雷射器的電流中的偏置電流Ibias，形成第一閉環系統；另一個和設定的第一光功率P1的電流I_P1_set形成一個負反饋，用來控制驅動雷射器的電流中的調製電流Imod，形成第二閉環系統；通過第一閉環系統和第二閉環系統，可以實現自動調節所述偏置電流Ibias和調製電流Imod，從而可得到穩定的第一光功率P1和平均光功率Pa。

2019年9月，《一種可用於突發模式的雷射驅動器雙閉環控制方法》獲得2019年度福建省專利獎三等獎。

（概述圖為《一種可用於突發模式的雷射驅動器雙閉環控制方法》的摘要附圖）

基本介紹

中文名：一種可用於突發模式的雷射驅動器雙閉環控制方法
公布號：CN103904542A
公布日：2014年7月2日
申請號：2014100876434
申請日：2014年3月11日
申請人：廈門優迅高速晶片有限公司
地址：福建省廈門市軟體園二期觀日路52號402
發明人：林永輝
專利代理機構：廈門市首創君合專利事務所有限公司
代理人：楊依展
分類號：H01S3/09(2006.01)I;H01S3/10(2006.01)I

專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,

專利背景

在光通信中，雷射器在功率上的指標主要有以下4個： P0，雷射器正常發光，調製電流為低，表示傳輸數據為0時的功率； P1，雷射器正常發光，調製電流為高，表示傳輸數據為1時的功率； Pa，雷射器正常發光時的平均光功率，Pa＝（P1+P0）/2； r_e，消光比，表征眼圖張開度的數值，r_e＝10log（P1/P0）。以上4個量是相關的，只要確定了其中兩個，另兩個也確定了。在光通信傳輸過程中，系統要求保持恆定的發射平均光功率和消光比，雷射驅動器的雙閉環設計也正是要通過兩個負反饋結構來保持這兩個量的穩定。消光比比較難檢測，在雙閉環的設計中需要檢測Pa，P1，P0中的兩個值。而P1，P0在瞬態上是高速的信號，在GPON/EPON系統中是1.25Gbps的高速信號，因此檢測電路需要是一個高速的電路。檢測雷射器的發光情況都是通過雷射器的背光二極體的鏡像電流來進行。目前常用雷射器這個二極體的結電容為3-20pF。背光電流通常也只有幾百微安，這么小的電流又有這么大的電容，要還原這個高速信號是比較困難的。

2014年3月之前雙閉環的設計有幾種方法。有一種是採用一個跨阻放大器，直接將PD電流放大成電壓信號。要把幾百微安的電流放大成幾百毫伏的電壓信號，才能方便後面電路的處理，因此需要1K以上的跨阻。但很難設計一個輸入電容20pF左右，頻寬幾百兆赫茲，又線性度很好（保證設定光功率和小光比的準確性）的跨阻放大器。

發明內容

專利目的

《一種可用於突發模式的雷射驅動器雙閉環控制方法》所要解決的主要技術問題是提供一種雷射驅動器的控制方法，採用了高速電流鏡和高速電流比較器的方法來檢測P1信號，Pa信號則採用的採樣保持的方法，通過負反饋的方法確定P1和Pa，從而可以確定P0和r_e。

技術方案

《一種可用於突發模式的雷射驅動器雙閉環控制方法》採用高速電流鏡和高速電流比較器的方法，檢測雷射器正常發光、調製電流為高、傳輸數據為1時的第一光功率P1；採用採樣保持的方法，檢測雷射器正常發光時的平均光功率Pa；所述高速電流鏡輸出兩個控制端，一個和設定的平均光功率的電壓V_Pa_set形成一個負反饋，用來控制驅動雷射器的電流中的偏置電流Ibias，形成第一閉環系統；另一個和設定的第一光功率P1的電流I_P1_set形成一個負反饋，用來控制驅動雷射器的電流中的調製電流Imod，形成第二閉環系統；通過所述第一閉環系統和第二閉環系統，可以實現自動調節所述偏置電流Ibias和調製電流Imod，從而可得到穩定的所述第一光功率P1和所述平均光功率Pa。

一種可用於突發模式的雷射驅動器雙閉環控制電路，主要包括：光電二極體PD，所述光電二極體PD的負極與輸入電壓Vdd連線；鏡像雷射器LD，所述鏡像雷射器LD的正極與所述光電二極體PD的負極連線；第一開關K1，所述第一開關K1的一端與所述鏡像雷射器LD的負極連線，所述第一開關K1的另一端與第二開關K2的一端連線；所述第一開關由使能控制信號BEN控制；第二開關K2，所述第二開關K2由數據輸入信號DATA控制；高速電流鏡Icurrent_source，所述高速電流鏡Icurrent_source的一端與所述光電二極體PD的正極連線；所述高速電流鏡Icurrent_source的另一端接地；所述高速電流鏡Icurrent_source的第一輸出端與比較控制器comp的第一輸入端連線；所述高速電流鏡Icurrent_source的第二輸出端與高速電流比較器current comp的第一輸入端連線；比較控制器comp，所述比較控制器comp的第二輸入端與設定的平均光功率的電壓V_Pa_set連線；所述比較控制器的輸出端與第一電晶體M1的柵極連線；第一電晶體M1，所述第一電晶體M1的源極接地，所述第一電晶體M1的漏極與所述第一開關K1的另一端連線；高速電流比較器current comp，所述高速電流比較器current comp的第二輸入端與設定的第一光功率P1的電流I_P1_set連線；所述高速電流比較器current comp的輸出端與數字處理及模數轉換模組DSP&DAC的輸入端連線；數字處理及模數轉換模組DSP&DAC，所述數字處理及模數轉換模組DSP&DAC的輸出端與第二電晶體M2的柵極連線；第二電晶體M2，所述第二電晶體M2的源極接地，所述第二電晶體M2的漏極與所述第二開關K2的另一端連線。

所述高速電流鏡Icurrent_source主要包括：第三電晶體M3，所述第三電晶體M3的漏極與所述光電二極體PD的正極連線；所述第三電晶體M3的柵極與所述第三電晶體M3的漏極連線；第一電流源I1，所述第一電流源I1的一端與所述第三電晶體M3的漏極連線，所述第一電流源I1的另一端與所述輸入電壓Vdd連線；第四電晶體M4，所述第四電晶體M4的柵極與所述光電二極體PD的正極連線；所述第四電晶體M4的漏極與所述第三電晶體M3的源極相連；所述第四電晶體的源極與第二電流源I2的一端連線，所述第二電流源I2的另一端接地；第五電晶體M5，所述第五電晶體M5的柵極與所述第三電晶體M3的柵極、所述光電二極體PD的正極連線；所述第五電晶體M5的源極與所述第三電晶體M3的源極連線；所述第五電晶體M5的漏極與第三電流源I3的一端連線，所述第三電流源I3的另一端與所述輸入電壓Vdd連線；第六電晶體M6，所述第六電晶體M6的柵極與所述第四電晶體M4的源極連線；所述第六電晶體M6的源極接地；所述第六電晶體M6的漏極與所述第五電晶體M5的源極、第四電流源I4的一端連線；所述第四電流源I4的另一端與所述輸入電壓Vdd連線；第七電晶體M7，所述第七電晶體M7的源極與所述輸入電壓Vdd連線；所述第七電晶體M7的漏極與所述第五電晶體M5的漏極連線；所述第七電晶體M7的柵極與所述第七電晶體M7的漏極連線；第八電晶體M8，所述第八電晶體M8的柵極與所述第七電晶體M7的柵極連線；所述第八電晶體M8的源極與所述輸入電壓Vdd連線；第三開關K3，所述第三開關K3的一端與所述第八電晶體M8的漏極連線；所述第三開關的另一端與第二電阻R2的一端連線；所述第二電阻R2的另一端與所述比較控制器comp的第一輸入端連線；所述第三開關K3由所述使能控制信號BEN控制；第一電阻R1，所述第一電阻R1的一端與所述第八電晶體M8的漏極連線；第一電阻R1的另一端接地。

第一電容C1，所述第一電容C1的一端與所述第二電阻R2的另一端連線；所述第一電容C1的另一端接地；第九電晶體M9，所述第九電晶體M9的柵極與所述光電二極體PD的正極連線；所述第九電晶體M9的源極與所述第五電晶體M5的源極連線；所述第九電晶體M9的漏極與第五電流源I5的一端、所述高速電流比較器current comp的第一輸入端連線；所述第五電流源I5的另一端與所述輸入電壓Vdd連線。

作為優選：所述數字處理及模數轉換模組DSP&DAC的具體結構為：D鎖存器，所述D鎖存器由所述使能控制信號BEN控制；所述D鎖存器與所述輸入電壓Vdd連線；所述D鎖存器的時鐘輸入端與所述高速電流比較器current comp的輸出端連線；或非運算器NOR，所述或非運算器NOR的第一輸入端與所述D鎖存器的輸出端連線；所述或非運算器的第二輸入端與所述高速電流比較器current comp的輸出端連線；8位計算器counter，所述8位計算器counter由所述使能控制信號BEN控制；所述8位計算器的輸入端與所述或非運算器NOR的輸出端連線；所述8位計算器的時鐘輸入端與時鐘信號CLK連線；8位DAC，所述8位DAC的輸入端與所述8位計算器counter的輸出端連線。所述8位DAC的輸出端與所述第二電晶體M2的柵極連線。

改善效果

1.對光通信雷射器雙閉環的控制方式，相比單閉環的控制方式或雙開環的控制方式，省去了做溫度查找表的麻煩，可以大大提高生產效率。

2.對光通信雷射器雙閉環的控制方式，相比單閉環的控制方式或雙開環的控制方式，由於採用了自動閉環控制的方式，避免了由於雷射器老化帶來的溫度查找表不準確的問題，可以在較長的壽命時間內準確控制雷射器的平均光功率和消光比。

附圖說明

圖1為《一種可用於突發模式的雷射驅動器雙閉環控制方法》優選實施例整體電路圖；

圖2為該發明優選實施例電流鏡部分電路圖；

圖3為該發明優選實施例DSP&DAC部分電路圖。

權利要求

1.《一種可用於突發模式的雷射驅動器雙閉環控制方法》其特徵在於：採用高速電流鏡和高速電流比較器的方法，檢測雷射器正常發光、調製電流為高、傳輸數據為1時的第一光功率P1；採用採樣保持的方法，檢測雷射器正常發光時的平均光功率Pa；所述高速電流鏡輸出兩個控制端，一個和設定的平均光功率的電壓V_Pa_set形成一個負反饋，用來控制驅動雷射器的電流中的偏置電流Ibias，形成第一閉環系統；另一個和設定的第一光功率P1的電流I_P1_set形成一個負反饋，用來控制驅動雷射器的電流中的調製電流Imod，形成第二閉環系統；通過所述第一閉環系統和第二閉環系統，可以實現自動調節所述偏置電流Ibias和調製電流Imod，從而可得到穩定的所述第一光功率P1和所述平均光功率Pa。

2.一種可用於突發模式的雷射驅動器雙閉環控制電路，其特徵在於：主要包括：光電二極體PD，所述光電二極體PD的負極與輸入電壓Vdd連線；鏡像雷射器LD，所述鏡像雷射器LD的正極與所述光電二極體PD的負極連線；第一開關K1，所述第一開關K1的一端與所述鏡像雷射器LD的負極連線，所述第一開關K1的另一端與第二開關K2的一端連線；所述第一開關由使能控制信號BEN控制；第二開關K2，所述第二開關K2由數據輸入信號DATA控制；高速電流鏡Icurrent_source，所述高速電流鏡Icurrent_source的一端與所述光電二極體PD的正極連線；所述高速電流鏡Icurrent_source的另一端接地；所述高速電流鏡Icurrent_source的第一輸出端與比較控制器comp的第一輸入端連線；所述高速電流鏡Icurrent_source的第二輸出端與高速電流比較器current comp的第一輸入端連線；比較控制器comp，所述比較控制器comp的第二輸入端與設定的平均光功率的電壓V_Pa_set連線；所述比較控制器的輸出端與第一電晶體M1的柵極連線；

第一電晶體M1，所述第一電晶體M1的源極接地，所述第一電晶體M1的漏極與所述第一開關K1的另一端連線；高速電流比較器current comp，所述高速電流比較器current comp的第二輸入端與設定的第一光功率P1的電流I_P1_set連線；所述高速電流比較器current comp的輸出端與DSP&DAC模組的輸入端連線；數字處理及模數轉換模組DSP&DAC，所述數字處理及模數轉換模組DSP&DAC的輸出端與第二電晶體M2的柵極連線；第二電晶體M2，所述第二電晶體M2的源極接地，所述第二電晶體M2的漏極與所述第二開關K2的另一端連線；所述高速電流鏡Icurrent_source主要包括：第三電晶體M3，所述第三電晶體M3的漏極與所述光電二極體PD的正極連線；所述第三電晶體M3的柵極與所述第三電晶體M3的漏極連線；第一電流源I1，所述第一電流源I1的一端與所述第三電晶體M3的漏極連線，所述第一電流源I1的另一端與所述輸入電壓Vdd連線；第四電晶體M4，所述第四電晶體M4的柵極與所述光電二極體PD的正極連線；所述第四電晶體M4的漏極與所述第三電晶體M3的源極相連；所述第四電晶體的源極與第二電流源I2的一端連線，所述第二電流源I2的另一端接地；

第五電晶體M5，所述第五電晶體M5的柵極與所述第三電晶體M3的柵極、所述光電二極體PD的正極連線；所述第五電晶體M5的源極與所述第三電晶體M3的源極連線；所述第五電晶體M5的漏極與第三電流源I3的一端連線，所述第三電流源I3的另一端與所述輸入電壓Vdd連線；第六電晶體M6，所述第六電晶體M6的柵極與所述第四電晶體M4的源極連線；所述第六電晶體M6的源極接地；所述第六電晶體M6的漏極與所述第五電晶體M5的源極、第四電流源I4的一端連線；所述第四電流源I4的另一端與所述輸入電壓Vdd連線；第七電晶體M7，所述第七電晶體M7的源極與所述輸入電壓Vdd連線；所述第七電晶體M7的漏極與所述第五電晶體M5的漏極連線；所述第七電晶體M7的柵極與所述第七電晶體M7的漏極連線；第八電晶體M8，所述第八電晶體M8的柵極與所述第七電晶體M7的柵極連線；所述第八電晶體M8的源極與所述輸入電壓Vdd連線；第三開關K3，所述第三開關K3的一端與所述第八電晶體M8的漏極連線；所述第三開關的另一端與第二電阻R2的一端連線；所述第二電阻R2的另一端與所述比較控制器comp的第一輸入端連線；所述第三開關K3由所述使能控制信號BEN控制；

第一電阻R1，所述第一電阻R1的一端與所述第八電晶體M8的漏極連線；第一電阻R1的另一端接地；第一電容C1，所述第一電容C1的一端與所述第二電阻R2的另一端連線；所述第一電容C1的另一端接地；第九電晶體M9，所述第九電晶體M9的柵極與所述光電二極體PD的正極連線；所述第九電晶體M9的源極與所述第五電晶體M5的源極連線；所述第九電晶體M9的漏極與第五電流源I5的一端、所述高速電流比較器current comp的第一輸入端連線；所述第五電流源I5的另一端與所述輸入電壓Vdd連線。

3.根據權利要求2所述的一種可用於突發模式的雷射驅動器雙閉環控制電路，其特徵在於：所述數字處理及模數轉換模組DSP&DAC的具體結構為：D鎖存器，所述D鎖存器由所述使能控制信號BEN控制；所述D鎖存器與所述輸入電壓Vdd連線；所述D鎖存器的時鐘輸入端與所述高速電流比較器current comp的輸出端連線；所述D鎖存器在每次時鐘信號CLK的上升沿到來時，Reset端給出一個負載脈衝信號，使所述D鎖存器復位，輸出低電平；或非運算器NOR，所述或非運算器NOR的第一輸入端與所述D鎖存器的輸出端連線；所述或非運算器的第二輸入端與所述高速電流比較器current comp的輸出端連線；8位計算器counter，所述8位計算器counter由所述使能控制信號BEN控制；所述8位計算器的輸入端與所述或非運算器NOR的輸出端連線；所述8位計算器的時鐘輸入端與時鐘信號CLK連線；8位DAC，所述8位DAC的輸入端與所述8位計算器counter的輸出端連線，所述8位DAC的輸出端與所述第二電晶體M2的柵極連線。

實施方式

《一種可用於突發模式的雷射驅動器雙閉環控制方法》其特徵在於：主要包括：光電二極體PD，所述光電二極體PD的負極與輸入電壓Vdd連線；鏡像雷射器LD，所述鏡像雷射器LD的正極與所述光電二極體PD的負極連線；第一開關K1，所述第一開關K1的一端與所述鏡像雷射器LD的負極連線，所述第一開關K1的另一端與第二開關K2的一端連線；所述第一開關由使能控制信號BEN控制；

第二開關K2，所述第二開關K2由數據輸入信號DATA控制；高速電流鏡Icurrent_source，所述高速電流鏡Icurrent_source的一端與所述光電二極體PD的正極連線；所述高速電流鏡Icurrent_source的另一端接地；所述高速電流鏡Icurrent_source的第一輸出端與比較控制器comp的第一輸入端連線；所述高速電流鏡Icurrent_source的第二輸出端與高速電流比較器current comp的第一輸入端連線；比較控制器comp，所述比較控制器comp的第二輸入端與設定的平均光功率的電壓V_Pa_set連線；所述比較控制器的輸出端與第一電晶體M1的柵極連線；第一電晶體M1，所述第一電晶體M1的源極接地，所述第一電晶體M1的漏極與所述第一開關K1的另一端連線；高速電流比較器current comp，所述高速電流比較器current comp的第二輸入端與設定的第一光功率P1的電流I_P1_set連線；所述高速電流比較器current comp的輸出端與數字處理及模數轉換模組DSP&DAC的輸入端連線；數字處理及模數轉換模組DSP&DAC，所述DSP&DAC的輸出端與第二電晶體M2的柵極連線；第二電晶體M2，所述第二電晶體M2的源極接地，所述第二電晶體M2的漏極與所述第二開關K2的另一端連線；

所述高速電流鏡Icurrent_source主要包括：

第三電晶體M3，所述第三電晶體M3的漏極與所述光電二極體PD的正極連線；所述第三電晶體M3的柵極與所述第三電晶體M3的漏極連線；第一電流源I1，所述第一電流源I1的一端與所述第三電晶體M3的漏極連線，所述第一電流源I1的另一端與所述輸入電壓Vdd連線；第四電晶體M4，所述第四電晶體M4的柵極與所述光電二極體PD的正極連線；所述第四電晶體M4的漏極與所述第三電晶體M3的源極相連；所述第四電晶體的源極與第二電流源I2的一端連線，所述第二電流源I2的另一端接地；第五電晶體M5，所述第五電晶體M5的柵極與所述第三電晶體M3的柵極、所述光電二極體PD的正極連線；所述第五電晶體M5的源極與所述第三電晶體M3的源極連線；所述第五電晶體M5的漏極與第三電流源I3的一端連線，所述第三電流源I3的另一端與所述輸入電壓Vdd連線；第六電晶體M6，所述第六電晶體M6的柵極與所述第四電晶體M4的源極連線；所述第六電晶體M6的源極接地；所述第六電晶體M6的漏極與所述第五電晶體M5的源極、第四電流源I4的一端連線；所述第四電流源I4的另一端與所述輸入電壓Vdd連線；第七電晶體M7，所述第七電晶體M7的源極與所述輸入電壓Vdd連線；所述第七電晶體M7的漏極與所述第五電晶體M5的漏極連線；所述第七電晶體M7的柵極與所述第七電晶體M7的漏極連線；第八電晶體M8，所述第八電晶體M8的柵極與所述第七電晶體M7的柵極連線；所述第八電晶體M8的源極與所述輸入電壓Vdd連線；

第三開關K3，所述第三開關K3的一端與所述第八電晶體M8的漏極連線；所述第三開關的另一端與第二電阻R2的一端連線；所述第二電阻R2的另一端與所述比較控制器comp的第一輸入端連線；所述第三開關K3由所述使能控制信號BEN控制；

第一電阻R1，所述第一電阻R1的一端與所述第八電晶體M8的漏極連線；所述第一電阻R1的另一端接地。第一電容C1，所述第一電容C1的一端與所述第二電阻R2的另一端連線；所述第一電容C1的另一端接地；第九電晶體M9，所述第九電晶體M9的柵極與所述光電二極體PD的正極連線；所述第九電晶體M9的源極與所述第五電晶體M5的源極連線；所述第九電晶體M9的漏極與第五電流源I5的一端、所述高速電流比較器current comp的第一輸入端連線；所述第五電流源I5的另一端與所述輸入電壓Vdd連線。

所述第三電晶體M3、第四電晶體M4構成了一個電壓負反饋結構，當所述光電二極體PD的正極電壓Vpd升高時，所述第四電晶體M4為一個反向放大器件，使得所述第四電晶體M4的漏極電壓V1降低；當所述第四電晶體M4的漏極電壓V1降低時，所述第三電晶體M3的二極體接法會將所述光電二極體PD的正極電壓Vpd拉低，從而使得所述光電二極體PD的正極電壓Vpd處於一個穩定的值；使得電流不需要對這個點的寄生電容進行充放電，從而可以使所述第三電晶體M3、第五電晶體M5、第九電晶體M9的鏡像電流結構達到幾百兆赫茲的頻寬，將流過所述第三電晶體M3的電流完整地鏡像到所述第五電晶體M5，第九電晶體M9。

在一個突發的系統中，雷射器的發光由所述使能控制信號BEN控制，所述第五電晶體M5的鏡像電流再經過所述第八電晶體M8和第七電晶體M7的鏡像電路後，經過一個採樣保持和濾波電路，得到一個電壓V_Pa.。所述採樣保持電路也是由所述是能控制信號BEN控制。所述電壓V_Pa反映了所述光電二極體PD的濾波後的平均電流，將用來控制平均光功率Pa的設定。

所述第九電晶體M9得到的高速電流，和所述設定的第一光功率P1的電流I_P1_set流入一個高速電流比較器current comp。當所述第九電晶體M9的電流比述設定的第一光功率P1的電流I_P1_set小時，所述高速電流比較器current comp輸出一個低電平P1_det，當所述第九電晶體M9的電流比述設定的第一光功率P1的電流I_P1_set大時，所述高速電流比較器current comp輸出一個高電平P1_det。

進一步參考圖3，所述數字處理及模數轉換模組DSP&DAC的具體結構為：

D鎖存器，所述D鎖存器由所述使能控制信號BEN控制；所述D鎖存器與所述輸入電壓Vdd連線；所述D鎖存器的時鐘輸入端與所述高速電流比較器current comp的輸出端連線；或非運算器NOR，所述或非運算器NOR的第一輸入端與所述D鎖存器的輸出端連線；所述或非運算器的第二輸入端與所述高速電流比較器current comp的輸出端連線；8位計算器counter，所述8位計算器counter由所述使能控制信號BEN控制；所述8位計算器的輸入端與所述或非運算器NOR的輸出端連線；所述8位計算器的時鐘輸入端與時鐘信號CLK連線；8位DAC，所述8位DAC的輸入端與所述8位計算器counter的輸出端連線。所述8位DAC的輸出端與所述第二電晶體M2的柵極連線。

所述D鎖存器在每次時鐘信號CLK的上升沿到來時，Reset端給出一個負載脈衝信號，使所述D鎖存器復位，輸出低電平。當所述高電平P1_det到來時，所述D鎖存器輸出高電平。所述D鎖存器的輸出端與所述P1_det電流進行或非運算來控制所述8位計算器，輸出高電平時計數器加1，輸出低電平時計數器減1。從而使得所述8位DAC來控制所述調製Imod電流輸出，高電平時輸出電流減小，低電平時輸出電流增加。

榮譽表彰