阅读说明：本技术 一种高兼容性光功率采样监控电路及方法 (High-compatibility optical power sampling monitoring circuit and method ) 是由 魏兴 吴春付 王艳红 于 2020-04-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高兼容性光功率采样监控电路及方法,电路包括控制器、驱动器、激光器、PNP管镜像电路、NPN管镜像电路、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第六电阻；控制器与驱动器的第一端连接；驱动器的第二端通过第四电阻与激光器的第一端连接,驱动器的第四端通过第一电阻与PNP管镜像电路的第一端连接；PNP管镜像电路的第二端通过第五电阻与激光器的第三端连接；NPN管镜像电路的第一端通过第二电阻连接在驱动器与PNP管镜像电路之间,且通过第三电阻连接在PNP管镜像电路与激光器之间；NPN管镜像电路的第二端通过第六电阻与激光器的第三端连接。本发明实现了不同模式的电流采样解决方案,增加了产品兼容性,降低了开发成本。(The invention discloses a high-compatibility optical power sampling monitoring circuit and a method, wherein the circuit comprises a controller, a driver, a laser, a PNP tube mirror image circuit, an NPN tube mirror image circuit, a first resistor, a second resistor, a third resistor, a fourth resistor, a fifth resistor and a sixth resistor; the controller is connected with the first end of the driver; the second end of the driver is connected with the first end of the laser through a fourth resistor, and the fourth end of the driver is connected with the first end of the PNP tube mirror image circuit through a first resistor; the second end of the PNP tube mirror image circuit is connected with the third end of the laser through a fifth resistor; the first end of the NPN tube mirror image circuit is connected between the driver and the PNP tube mirror image circuit through a second resistor, and is connected between the PNP tube mirror image circuit and the laser through a third resistor; and the second end of the NPN tube mirror image circuit is connected with the third end of the laser through a sixth resistor. The invention realizes current sampling solutions in different modes, increases product compatibility and reduces development cost.)

一种高兼容性光功率采样监控电路及方法

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种高兼容性光功率采样监控电路及方法。

背景技术

PD(Photo-Diode，光电二极管)在光模块中主要用来监控发射光功率大小，实现APC(Automatic Optical Power Control，自动光功率控制)功能和提供发射光功率的DDMI(Digital Diagnostic Monitoring Interface，数字诊断监控接口)。其中，APC功能维持发射光功率的稳定是通过设置目标监控电流，然后根据采样得到的PD的背光电流大小，去动态调节LD(Laser Diode，激光二极管)的偏置电流来控制发光大小，使采样电流接近目标监控电流的过程。而发射光功率监控则是经MCU(Micro ControllerUnit，单片机)通过IIC(Inter-Integrated Circuit，集成电路总线)去读取驱动芯片(驱动器)ADC值的大小，再经过MCU换算之后实时更新存储在相应的协议区。

目前，在光模块应用中，第一方面，不同器件厂商对PD的管脚定义不完全相同。常见的接线方式有两种，其中一种是PD阳极接GND，另一种则是PD阴极接GND。需要不同的电路设计来驱动，导致重复打板，极大增加产品开发成本。第二方面，虽然大部分厂商提供的驱动芯片支持Sink和Source这两种电流采样模式，但仍有少部分厂商驱动芯片只支持Sink电流采样模式，且常见的设计是通过ADC电压采样，实现光功率监控，这种方式无法实现APC功能控制光功率。

有鉴于此，需要设计一种高兼容性电路以解决现有技术中的缺陷。

发明内容

本发明提供一种高兼容性光功率采样监控电路及方法，以解决现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种高兼容性光功率采样监控电路，包括控制器、驱动器、激光器、PNP管镜像电路、NPN管镜像电路、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第六电阻；

所述控制器与所述驱动器的第一端连接；

所述驱动器的第二端通过所述第四电阻与所述激光器的第一端连接，所述驱动器的第三端与所述激光器的第二端连接，所述驱动器的第四端通过所述第一电阻与所述PNP管镜像电路的第一端连接；

所述PNP管镜像电路的第二端通过所述第五电阻与所述激光器的第三端连接；

所述NPN管镜像电路的第一端通过所述第二电阻连接在所述驱动器与所述PNP管镜像电路之间，且通过所述第三电阻连接在所述PNP管镜像电路与所述激光器之间；所述NPN管镜像电路的第二端通过所述第六电阻与所述激光器的第三端连接。

进一步地，所述高兼容性光功率采样监控电路中，所述PNP管镜像电路包括第一PNP管和第二PNP管；

所述第一PNP管的发射极和第二PNP管的发射极并联后与电源正极连接；

所述第一PNP管的集电极和基极分别与所述第五电阻连接；

所述第二PNP管的集电极与所述第二电阻连接，所述第二PNP管的基极与所述第五电阻连接。

进一步地，所述高兼容性光功率采样监控电路中，所述第一PNP管和第二PNP管的特性一致。

进一步地，所述高兼容性光功率采样监控电路中，所述NPN管镜像电路包括第一NPN管和第二NPN管；

所述第一NPN管的发射极和第二NPN管的发射极并联后与负电压转换电路连接；所述负电压转换电路用于产生负电源电压；

所述第一NPN管的集电极与所述第三电阻连接，所述第一NPN管的基极与所述第六电阻连接；

所述第二NPN管的集电极和基极分别与所述第六电阻连接。

进一步地，所述高兼容性光功率采样监控电路中，所述第一NPN管和第二NPN管的特性一致。

进一步地，所述高兼容性光功率采样监控电路中，所述驱动器包括激光二极管和光电二极管；

所述光电二极管的一端接地，另一端分别与所述第五电阻、第六电阻连接；

所述激光二极管的阴极连接在所述光电二极管与地之间，所述激光二极管的阳极与所述驱动器连接。

进一步地，所述高兼容性光功率采样监控电路中，所述控制器与所述驱动器之间通过I2C总线连接。

进一步地，所述高兼容性光功率采样监控电路中，还包括两个上拉电阻，分别为第七电阻和第八电阻；

所述第七电阻的第一端与所述I2C总线中的串行时钟线连接，第二端与正电源电压连接；

所述第八电阻的第一端与所述I2C总线中的串行数据线连接，第二端与正电源电压连接。

第二方面，本发明实施例提供一种高兼容性光功率采样监控方法，采用如上述第一方面所述的高兼容性光功率采样监控电路执行，所述方法包括：

判断所述激光器中的光电二极管是阳极接地还是阴极接地，且判断所述驱动器是Sink电流采样模式还是Source电流采样模式；

当所述光电二极管的阳极接地且所述驱动器是Sink电流采样模式时，所述第二电阻、第三电阻、第四电阻和第六电阻断开，所述PNP管镜像电路工作，以支持所述驱动器的Sink电流采样模式；

当所述光电二极管的阳极接地且所述驱动器是Source电流采样模式时，所述第一电阻、第二电阻、第三电阻、第五电阻和第六电阻断开，通过所述驱动器的Source电流采样模式直接驱动mPD；

当所述光电二极管的阴极接地且所述驱动器是Source电流采样模式时，所述第一电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻断开，所述NPN管镜像电路工作，以支持所述驱动器的Source电流采样模式；

当所述光电二极管的阴极接地且所述驱动器是Sink电流采样模式时，所述第二电阻、第四电阻和第五电阻断开，所述NPN管镜像电路工作，以支持所述驱动器的Sink电流采样模式。

本发明实施例提供的一种高兼容性光功率采样监控电路及方法，电路设计结构简单，考虑了激光器不同管脚方式和驱动器的功能搭配，实现了不同模式的电流采样解决方案，不需要重复打板，增加了产品开发平台兼容性，降低了产品开发成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种高兼容性光功率采样监控电路的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种高兼容性光功率采样监控电路的具体结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种高兼容性光功率采样监控方法的流程示意图。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。

此外，术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有此特定的方位、以特定的方位构造进行操作，以此不能理解为本发明的限制。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

请参考图1和2，本发明实施例提供一种高兼容性光功率采样监控电路，包括控制器、驱动器、激光器、PNP管镜像电路、NPN管镜像电路、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第六电阻；

所述控制器与所述驱动器的第一端连接；

所述驱动器的第二端通过所述第四电阻与所述激光器的第一端连接，所述驱动器的第三端与所述激光器的第二端连接，所述驱动器的第四端通过所述第一电阻与所述PNP管镜像电路的第一端连接；

所述PNP管镜像电路的第二端通过所述第五电阻与所述激光器的第三端连接；

所述NPN管镜像电路的第一端通过所述第二电阻连接在所述驱动器与所述PNP管镜像电路之间，且通过所述第三电阻连接在所述PNP管镜像电路与所述激光器之间；所述NPN管镜像电路的第二端通过所述第六电阻与所述激光器的第三端连接。

其中，所述控制器与所述驱动器之间通过I2C总线连接。

所述驱动器包括激光二极管和光电二极管；

所述光电二极管的一端接地，另一端分别与所述第五电阻、第六电阻连接；

所述激光二极管的阴极连接在所述光电二极管与地之间，所述激光二极管的阳极与所述驱动器连接。

需要说明的是，本发明其中一个功能，即光功率监控功能的实现是控制器(指MCU，即图2中的U4)通过I2C配置驱动器(指Driver，即图2中的U3)寄存器来控制输出偏置电流的大小驱动激光器(J1)强弱发光，光功率经过光电二极管(即PD，在本实施例中具体为背光光电二极管，简称MPD)采样后输入到驱动器的ADC，然后MCU再通过I2C实时去读取驱动器ADC寄存器，并换算处理后存储到协议存储地址。当发射器正常工作时，光功率计的测试值是Po，以K为考虑背光电流转换效率等其它所有因素在内的固定系数。则光功率为P_O＝I_monitor·K；

光发射器厂家生产时通过软件校准一次就能得到K值，系统组网后不再需要切断光路测量就能实时监控光功率大小。

另外一个功能是构成APC功能，维持发射光功率的稳定是通过设置目标监控电流，根据采样PD的背光电流大小，去动态调节激光二极管(LD)偏置电流来控制发光大小，使采样电流接近目标监控电流的过程。

由于I2C漏极开路输出，则优选的，所述高兼容性光功率采样监控电路必须设置两个上拉电阻，用于实现电平反转，分别为第七电阻(R7)和第八电阻(R8)；

所述第七电阻的第一端与所述I2C总线中的串行时钟线连接，第二端与参考GND的正电源电压连接；

所述第八电阻的第一端与所述I2C总线中的串行数据线连接，第二端与参考GND的正电源电压连接。

在本实施例中，所述PNP管镜像电路(即图2中的U1)包括第一PNP管和第二PNP管；

所述第一PNP管的发射极和第二PNP管的发射极并联后与电源正极连接；

所述第一PNP管的集电极和基极分别与所述第五电阻连接；

所述第二PNP管的集电极与所述第二电阻连接，所述第二PNP管的基极与所述第五电阻连接。

其中，所述第一PNP管和第二PNP管的特性一致。

在本实施例中，所述NPN管镜像电路(即图2中的U2)包括第一NPN管和第二NPN管；

所述第一NPN管的发射极和第二NPN管的发射极并联后与负电压转换电路连接；所述负电压转换电路用于产生负电源电压(即产生如图2中的-Vcc电压，而负电压转换电路在图2中未示出)；具体的，正电压经过电荷泵芯片转换为负电压；直流电源正极的电势高，负级电势低，电流是从高电势流向低势；正负电源是一个相对值，一般以大地为0点基准，高于此点电势为正，低于此点为负。

所述第一NPN管的集电极与所述第三电阻连接，所述第一NPN管的基极与所述第六电阻连接；

所述第二NPN管的集电极和基极分别与所述第六电阻连接。

其中，所述第一NPN管和第二NPN管的特性一致。

本发明提供的监控电路设计先经过NPN负压对管镜像输出，再经PNP对管镜像输出，需经过2次镜像达到转变电流方向的目的，具体原理说明如下：

(1)当PD阳极接GND，阴极做引出脚，经过电流镜像Sink输入到驱动器采样ADC。此时电路配置是第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)和第六电阻(R6)断开，PNP管镜像电路工作，支持驱动器电流采样Sink模式。

电路原理分析计算如下：

由于两只PNP管(第一PNP管和第二PNP管)特性一致，第一PNP管的压降U_EBO和U_ECO相等，第一PNP管始终工作在放大区。由于第一PNP管和第二PNP管的U_EBO相等，所以第一PNP管和第二PNP管的基极电流和集电极电流相等。

当β＞＞2时，I_monitor＝I_MPD＝I_C。

(2)当PD阳极接GND，阴极做引出脚，如果驱动器支持Source电流模式，就可直接给PD提供偏置电压，此时外围电路最简洁，电路配置是第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第五电阻(R5)和第六电阻(R6)断开，通过驱动器电流Source模式直接驱动mPD；

(3)当PD阴极接GND，阳极做引出脚，此时需要提供负的偏置电压，才能使PD正常工作。如果驱动器支持Source输出电流ADC采样，此时电路配置是第一电阻(R1)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)和第五电阻(R5)断开，负压NPN管镜像电路工作，支持驱动器电流采样Source模式；

电路原理分析计算如下：

由于两只NPN管(第一NPN管和第二NPN管)特性一致，第一NPN管的压降U_EBO和U_ECO相等，第一NPN管始终工作在放大区。由于第一NPN管和第二NPN管的U_EBO相等，所以第一NPN管和第二NPN管的基极电流和集电极电流相等。

当β＞＞2时，I_monitor＝I_MPD＝I_C。

(3)当PD阴极接GND，阳极做引出脚，此时需要提供负的偏置电压，才能使PD正常工作。如果驱动器支持Sink输入电流ADC采样，第二电阻(R2)、第四电阻(R4)和第五电阻(R5)断开，负压NPN管镜像电路和PNP管镜像电路工作，支持驱动器电流采样Sink模式。

本发明实施例提供的一种高兼容性光功率采样监控电路，电路设计结构简单，考虑了激光器不同管脚方式和驱动器的功能搭配，实现了不同模式的电流采样解决方案，不需要重复打板，增加了产品开发平台兼容性，降低了产品开发成本。

实施例二

请参考图3，本发明实施例提供一种高兼容性光功率采样监控方法，采用如实施例一所述的高兼容性光功率采样监控电路执行，所述方法包括：

S201、判断所述激光器中的光电二极管是阳极接地还是阴极接地，且判断所述驱动器是Sink电流采样模式还是Source电流采样模式；

S202、当所述光电二极管的阳极接地且所述驱动器是Sink电流采样模式时，所述第二电阻、第三电阻、第四电阻和第六电阻断开，所述PNP管镜像电路工作，以支持所述驱动器的Sink电流采样模式；

S203、当所述光电二极管的阳极接地且所述驱动器是Source电流采样模式时，所述第一电阻、第二电阻、第三电阻、第五电阻和第六电阻断开，通过所述驱动器的Source电流采样模式直接驱动mPD；

S204、当所述光电二极管的阴极接地且所述驱动器是Source电流采样模式时，所述第一电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻断开，所述NPN管镜像电路工作，以支持所述驱动器的Source电流采样模式；

S205、当所述光电二极管的阴极接地且所述驱动器是Sink电流采样模式时，所述第二电阻、第四电阻和第五电阻断开，所述NPN管镜像电路工作，以支持所述驱动器的Sink电流采样模式。

本发明实施例提供的一种高兼容性光功率采样监控方法，电路设计结构简单，考虑了激光器不同管脚方式和驱动器的功能搭配，实现了不同模式的电流采样解决方案，不需要重复打板，增加了产品开发平台兼容性，降低了产品开发成本。

至此，以说明和描述的目的提供上述实施例的描述。不意指穷举或者限制本公开。特定的实施例的单独元件或者特征通常不受到特定的实施例的限制，但是在适用时，即使没有具体地示出或者描述，其可以互换和用于选定的实施例。在许多方面，相同的元件或者特征也可以改变。这种变化不被认为是偏离本公开，并且所有的这种修改意指为包括在本公开的范围内。

提供示例实施例，从而本公开将变得透彻，并且将会完全地将该范围传达至本领域内技术人员。为了透彻理解本公开的实施例，阐明了众多细节，诸如特定零件、装置和方法的示例。显然，对于本领域内技术人员，不需要使用特定的细节，示例实施例可以以许多不同的形式实施，而且两者都不应当解释为限制本公开的范围。在某些示例实施例中，不对公知的工序、公知的装置结构和公知的技术进行详细地描述。

在此，仅为了描述特定的示例实施例的目的使用专业词汇，并且不是意指为限制的目的。除非上下文清楚地作出相反的表示，在此使用的单数形式“一个”和“该”可以意指为也包括复数形式。术语“包括”和“具有”是包括在内的意思，并且因此指定存在所声明的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或额外地具有一个或以上的其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。除非明确地指示了执行的次序，在此描述的该方法步骤、处理和操作不解释为一定需要按照所论述和示出的特定的次序执行。还应当理解的是，可以采用附加的或者可选择的步骤。

当元件或者层称为是“在……上”、“与……接合”、“连接到”或者“联接到”另一个元件或层，其可以是直接在另一个元件或者层上、与另一个元件或层接合、连接到或者联接到另一个元件或层，也可以存在介于其间的元件或者层。与此相反，当元件或层称为是“直接在……上”、“与……直接接合”、“直接连接到”或者“直接联接到”另一个元件或层，则可能不存在介于其间的元件或者层。其他用于描述元件关系的词应当以类似的方式解释(例如，“在……之间”和“直接在……之间”、“相邻”和“直接相邻”等)。在此使用的术语“和/或”包括该相关联的所罗列的项目的一个或以上的任一和所有的组合。虽然此处可能使用了术语第一、第二、第三等以描述各种的元件、组件、区域、层和/或部分，这些元件、组件、区域、层和/或部分不受到这些术语的限制。这些术语可以只用于将一个元件、组件、区域或部分与另一个元件、组件、区域或部分区分。除非由上下文清楚地表示，在此使用诸如术语“第一”、“第二”及其他数值的术语不意味序列或者次序。因此，在下方论述的第一元件、组件、区域、层或者部分可以采用第二元件、组件、区域、层或者部分的术语而不脱离该示例实施例的教导。

空间的相对术语，诸如“内”、“外”、“在下面”、“在……的下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，在此可出于便于描述的目的使用，以描述如图中所示的一个元件或者特征和另外一个或多个元件或者特征之间的关系。空间的相对术语可以意指包含除该图描绘的取向之外该装置的不同的取向。例如如果翻转该图中的装置，则描述为“在其他元件或者特征的下方”或者“在元件或者特征的下面”的元件将取向为“在其他元件或者特征的上方”。因此，示例术语“在……的下方”可以包含朝上和朝下的两种取向。该装置可以以其他方式取向(旋转90度或者其他取向)并且以此处的空间的相对描述解释。