[發(fā)明專利]一種用于光通信激光器驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)功率控制電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110396542.1
• 申請(qǐng)日: 2011-12-02
• 公開（公告）號(hào): CN102437507A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦大威
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 烽火通信科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H01S5/042
• 分類號(hào): H01S5/042;H03F3/45
• 代理公司: 北京捷誠(chéng)信通專利事務(wù)所(普通合伙) 11221
• 代理人: 魏殿紳;龐炳良

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光通信激光器，屬于光通信集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體說是一種用于光通信激光器驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)功率控制電路。

所述自動(dòng)功率控制（Automatic?Power?Control，或者簡(jiǎn)稱APC）電路，可用于激光器的偏置電流的產(chǎn)生，以及激光器的發(fā)光功率的自動(dòng)控制。

背景技術(shù)

在光通信中，光纖是用來傳輸光信號(hào)的介質(zhì)，而激光器就是產(chǎn)生光信號(hào)的部件，它能夠完成電信號(hào)到光信號(hào)的轉(zhuǎn)換。激光器的工作由專門的激光二極管驅(qū)動(dòng)器（Laser?Diode?Driver，或者簡(jiǎn)稱LDD）芯片來負(fù)責(zé)控制。

通常，一個(gè)激光器內(nèi)部會(huì)同時(shí)封裝有一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)的激光二極管（Laser?Diode,或LD），和一個(gè)負(fù)責(zé)進(jìn)行功率監(jiān)測(cè)的光電二極管（Photo?Diode，或PD）。其中的激光二極管有別于普通的發(fā)光二極管（Light?Emitting?Diode，或LED）。當(dāng)提供給激光二極管的電流小于閾值電流I_TH時(shí)，激光器只能發(fā)出跟發(fā)光二極管類似的普通光；而當(dāng)提供給激光二極管的電流大于或者等于閾值電流I_TH時(shí)，激光二極管把電流轉(zhuǎn)換為光的效率大大提高，這時(shí)候發(fā)出的光才是激光，才能進(jìn)行高速光信號(hào)發(fā)送。

因此，激光器需要LDD芯片來提供這個(gè)驅(qū)動(dòng)電流。提供給激光器的驅(qū)動(dòng)電流有兩種，一種是靜態(tài)偏置電流I_BIAS，另外一種是跟需要發(fā)送的數(shù)據(jù)相關(guān)的調(diào)制電流I_MOD（圖1中未示出），這個(gè)電流會(huì)跟隨0或者1的數(shù)據(jù)變化而高速變化。這兩種電流會(huì)同時(shí)提供給激光二極管LD。

激光器的發(fā)光功率與靜態(tài)偏置電流I_BIAS提供的電流大小成線性關(guān)系。I_BIAS可以根據(jù)不同的激光器的最佳工作功率點(diǎn)以及閾值電流I_TH值進(jìn)行設(shè)定。而I_TH和最佳工作功率點(diǎn)會(huì)隨著工作溫度和激光器的壽命變化，需要隨時(shí)對(duì)I_BIAS進(jìn)行一定程度的修正和補(bǔ)償。

圖1所示，為一個(gè)典型的自動(dòng)功率控制（APC）電路框圖。

圖1中，光電二極管PD感應(yīng)到激光二極管LD發(fā)出的光，并按照一定的比例關(guān)系產(chǎn)生監(jiān)測(cè)電流I_MD，這個(gè)監(jiān)測(cè)電流I_MD與LD的發(fā)光功率成正比例線性關(guān)系。

電阻R_APCSET的阻值可調(diào)。其電阻值的大小一般會(huì)根據(jù)不同的激光器，以及其閾值電流I_TH等特性，預(yù)先設(shè)定好不同的值。根據(jù)電阻R_APCSET的阻值，按以下公式得到一個(gè)對(duì)比電流I_APCSET：

I_APCSET=V_BG/R_APCSET。V_BG是帶隙穩(wěn)壓源產(chǎn)生的與工藝、溫度和電壓無關(guān)的基準(zhǔn)參考電壓。

誤差放大器比較對(duì)比電流I_APCSET和監(jiān)測(cè)電流I_MD的差別，結(jié)合靜態(tài)偏置電流I_BIAS-發(fā)光功率-監(jiān)測(cè)電流I_MD之間的線性關(guān)系，判斷出這時(shí)候的激光二極管LD的偏置電流或者說，平均發(fā)光功率的大小與設(shè)定的值之間的差別，根據(jù)這個(gè)差別，誤差放大器的輸出再調(diào)整監(jiān)測(cè)電流I_BIAS的電流大小，最終保證I_APCSET和I_MD一樣，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)I_BIAS的修正和補(bǔ)償工作。比如，LD因?yàn)槔匣?，在同樣的靜態(tài)偏置電流I_BIAS條件下，發(fā)出的光變?nèi)?，監(jiān)測(cè)電流I_MD就變小，而對(duì)比電流I_APCSET不變，誤差放大器就會(huì)控制靜態(tài)偏置電流I_BIAS電流，使之增大，從而使LD的發(fā)光變強(qiáng)，監(jiān)測(cè)電流I_MD回升，直到和對(duì)比電流I_APCSET一樣為止。

通常APC電路的實(shí)現(xiàn)方法多種多樣，從集成電路設(shè)計(jì)的角度，主要需要考慮的有兩點(diǎn)：

第一點(diǎn)，APC電路，實(shí)際上是一個(gè)負(fù)反饋環(huán)路，需要考慮環(huán)路穩(wěn)定性的問題。電容C_APC和電容C_MD在APC電路里是不可避免的，其形成的極點(diǎn)對(duì)環(huán)路相位裕度的影響也是在設(shè)計(jì)時(shí)首先需要考慮的。但是除此兩個(gè)極點(diǎn)以外，APC電路中，很可能還存在其他的極點(diǎn)和零點(diǎn)，為環(huán)路設(shè)計(jì)帶來了穩(wěn)定性方面的挑戰(zhàn)。