激光驱动器、芯片以及激光器驱动方法

文档序号:382883 发布日期:2021-12-10 浏览:15次 >En<

阅读说明:本技术 激光驱动器、芯片以及激光器驱动方法 (Laser driver, chip and laser driving method ) 是由 洪明 林永辉 于 2021-09-18 设计创作,主要内容包括:本申请公开一种激光驱动器、芯片以及激光器驱动方法,以提供一种较为成熟的调顶功能集成方案,且调顶电路同时兼容调幅调顶和调频调顶功能;同时克服了现有技术中调顶失真以及调顶参数不易控制的问题。本申请提供的一种激光驱动器,激光驱动器用于连接至激光器,并驱动激光器输出所需光信号,且激光驱动器包括:调顶模块,用于获取调顶信号,并根据调顶信号生成调顶电流,调顶模块还用于连接至激光器,并将调顶电流输出至激光器;业务模块,用于获取业务信号,并根据业务信号生成业务电流,业务模块还用于连接至激光器,并将业务电流输出至激光器;调顶电流和业务电流共同驱动激光器,使激光器根据调顶信号以及业务信号出射光信号。(The application discloses a laser driver, a chip and a laser driving method, which aims to provide a mature top-adjusting function integration scheme, and a top-adjusting circuit is compatible with both amplitude-adjusting top-adjusting and frequency-adjusting top-adjusting functions; meanwhile, the problems of set-top distortion and difficult control of set-top parameters in the prior art are solved. The application provides a laser driver, laser driver is used for being connected to the laser instrument to drive the laser instrument and export required optical signal, and laser driver includes: the top-adjusting module is used for acquiring a top-adjusting signal and generating a top-adjusting current according to the top-adjusting signal, and is also used for connecting to the laser and outputting the top-adjusting current to the laser; the service module is used for acquiring a service signal and generating a service current according to the service signal, and is also used for connecting to the laser and outputting the service current to the laser; the top-tuning current and the service current jointly drive the laser, so that the laser emits light signals according to the top-tuning signal and the service signal.)

激光驱动器、芯片以及激光器驱动方法

技术领域

本申请涉及光信号传输领域,具体涉及激光驱动器、芯片以及激光器驱动方法。

背景技术

在LAN(local area network,局域网)-WDM(Wavelength DivisionMultiplexing,波分复用)架构的光通网络中,如无线5G前传(fronthaul,AAU(ActiveAntenna Unit,有源天线单元)连接DU(Distribute Unit,分布单元)的组网架构、WDM PON(Passive Optical Network,无源光纤网络)领域,经常须使用调顶技术(PT,Pilot ToneModulation),实现近端与远端的光模块波长配对以及相关的OAM管理(OperationAdministration and Maintenance)。

每个波道通常会传输两类信息,一个是业务信号,另一个调顶信号。其中,业务信号传递高速业务数据,调顶信号用于监控管理数据。调顶技术的基本原理是在发射端的高速的业务信号中加载低速的调顶信号,并在接收端通过滤波和采样等技术,解析出调顶信号,以此传递诸如波长调整、温度监控等监控和操作管理信息。

调顶技术一般分为调频调顶和调幅调顶两种方式,不同的系统厂商根据使用场景和使用习惯选择不同的调顶方式;相应的,模块厂商也会根据系统厂商的需求设计相应的光模块,于板级搭载相应的调顶电路,以与调频调顶或调幅调顶相匹配;与此同时,经常存在不同的系统厂商的方案不兼容,模块厂商的布板空间紧张、布板设计繁复的现象。并且,目前业内在光收发芯片内部集成调顶功能的方案不多。

现有技术中,调顶调制后输出的调制信号通常具有较大的失真问题,还存在调顶功率和调顶深度难以精确控制的问题。调制深度是指:在双边带调幅方式情况下,必须加以限制的峰值幅偏值。通常为已调波的最大振幅与最小振幅之差对载波最大振幅与最小振幅之和的比,用百分数表示。

发明内容

鉴于此,本申请提供一种激光驱动器、芯片以及激光器驱动方法,以提供一种较为成熟的调顶功能集成方案,且调顶电路同时兼容调幅调顶和调频调顶功能,还能够克服现有技术中调顶失真问题,以及调顶参数不易控制的缺点。

本申请提供的一种激光驱动器,所述激光驱动器用于连接至激光器,并驱动所述激光器输出所需光信号,且所述激光驱动器包括:调顶模块,用于获取调顶信号,并根据所述调顶信号生成调顶电流,所述调顶模块还用于连接至所述激光器,并将所述调顶电流输出至所述激光器;业务模块,用于获取业务信号,并根据所述业务信号生成业务电流,所述业务模块还用于连接至所述激光器,并将所述业务电流输出至所述激光器;所述调顶电流和业务电流共同驱动所述激光器,使所述激光器根据所述调顶信号以及所述业务信号出射光信号。

可选的,所述调顶模块包括第一运算放大器、调顶数模转换单元、第一N型三极管以及调顶电阻,且:所述第一运算放大器包括同相输入端和反相输入端,其中所述同相输入端用于获取所述调顶信号,所述第一运算放大器的输出端连接至所述第一N型三极管的栅极;所述调顶数模转换单元通过第一电阻连接至所述第一运算放大器的同相输入端,用于向所述第一运算放大器的同相输入端提供第一电压;所述第一N型三极管的漏极用于连接至所述激光器,源极通过所述调顶电阻接地,所述调顶电阻的非接地端还连接至所述第一运算放大器的反相输入端。

可选的,还包括寄存器,连接至所述调顶数模转换单元以及所述调顶电阻,用于控制所述调顶数模转换单元输出的第一电压的大小,以及用于控制所述调顶电阻的阻值。

可选的,所述调幅调顶信号包括数字信号,所述调频调顶信号包括模拟信号。

可选的,所述数字信号包括基于曼彻斯特编码的数字信号,所述模拟信号包括正弦模拟信号和余弦模拟信号中的其中一种。

可选的,还包括偏置模块,所述偏置模块用于连接至所述激光器,并输出偏置电流至所述激光器。

可选的,所述偏置模块包括偏置电流源,所述偏置电流源一端用于连接至所述激光器,另一端接地,用于输出偏置电流至所述激光器。

可选的,所述偏置模块包括偏置数模转换单元、减法器、分压单元、第二运算放大器、第二N型三极管以及偏置电阻,其中:所述偏置数模转换单元用于提供偏置电压;所述减法器包括第一输入端以及第二输入端,且所述第一输入端连接至所述偏置数模转换单元,所述第二输入端通过所述分压单元连接至所述调顶数模转换单元的输出端;所述第二运算放大器包括同相输入端以及反相输入端,且所述同相输入端连接至所述减法器的输出端,所述第二运算放大器的输出端连接至所述第二N型三极管的栅极;所述第二N型三极管的漏极连接至所述第一N型三极管的漏极,所述第二N型三极管的源极通过所述偏置电阻接地,所述偏置电阻的非接地端还连接至所述第二运算放大器的反相输入端。

可选的,所述分压单元包括第二电阻以及第三电阻,其中所述第三电阻的第一端连接至所述调顶数模转换单元的输出端,所述第三电阻的第二端连接至所述第二电阻的第一端,所述第二电阻的第二端接地,所述第二电阻的第一端还连接至所述减法器的第二输入端,且:所述第二电阻的阻值与所述偏置电阻的阻值相等,所述第三电阻的阻值与所述调顶电阻和偏置电阻的差值相等。

可选的,所述业务模块包括:开关,用于根据所述业务信号切换通断状态,在所述业务信号为高电平时导通,在所述业务信号为低电平时关断,且所述开关的一端用于连接至所述激光器;业务电流源,一端接地,一端连接至所述开关的另一端,用于提供业务电流。

本申请还提供了一种芯片,包括所述的激光驱动器,所述芯片还集成有激光器,所述激光器连接至所述激光驱动器,并跟随所述激光驱动器的驱动电流出射所需光信号。

本申请还提供了一种激光器驱动方法,包括以下步骤:提供调顶信号,所述调顶信号包括调频调顶信号以及调幅调顶信号中的其中一种;根据所述调顶信号获取调顶电流;根据业务信号获取业务电流;将所述调顶电流以及业务电流输出至所述激光器,以驱动所述激光器。

可选的,根据所述调顶信号获取调顶电流时,包括以下步骤:提供第一运算放大器,所述第一运算放大器包括同相输入端和反相输入端,且所述运算放大器的输出端连接至一第一N型三级管的栅极,所述第一N型三极管的源极通过调顶电阻接地,漏极连接至所述激光器,所述反相输入端连接至所述调顶电阻的非接地端;提供第一电压;

将所述第一电压与所述调顶信号耦合到所述运算放大器的同相输入端。

可选的,调节所述第一电压的大小,和/或,调节以及所述调顶电阻的大小,从而调节所述调顶电流的大小。

可选的,根据业务信号获取业务电流时,包括以下步骤:提供业务电流源,所述业务电流源一端接地,一端通过开关连接至所述激光器;当存在所述业务信号时,接通所述业务电流源以及所述激光器,由所述业务电流源为所述激光器提供业务电流。

可选的,还包括以下步骤:提供偏置电流至所述激光器;调节所述偏置电流的大小,使所述调顶电流以及所述偏置电流的和值恒定。

本申请中的激光驱动器、芯片以及激光器驱动方法将所述调顶信号直接转换成调顶电流,所述调顶电流直接与所述业务电流叠加,并施加到所述激光器,因此不会影响调制信号的工作点,减小了输出失真的调制信号的几率,并且实现方式更为简单,干扰更小,有效避免信号之间的串扰和对工作点的干扰,提高信号的精度和稳定性。

并且,本申请中的激光驱动器、芯片以及激光器驱动方法可以在芯片内实现调频调顶方式以及调幅调顶方式,并且,所述激光驱动器的相应电路集成于所述芯片内部,节省了装配有激光器的光模块的布板空间,提空了光模块的设计的灵活性。

并且,所述芯片中集成的调顶模块的调顶方式可自由选择,调顶功率和调顶深度可调,对于模块厂商的模块设计自由度、系统厂商的技术使用灵活度来说,都将非常有意义。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例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申请的一些实施例,对于本领域技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请的一实施例中所述激光驱动器的结构示意图。

图2为本申请的一实施例中所述激光驱动器的结构示意图。

图3为本申请的一实施例中所述偏置模块的结构示意图。

图4为本申请的一实施例中所述激光器驱动方法的步骤流程示意图。

具体实施方式

研究发现,现有技术中存在上述问题的原因在于,现有技术中先将低速的调顶信号预先加载至驱动的供电电压,再将供电电压耦合至调制信号,供电电压会影响调制信号的工作点,调制信号受干扰影响,耦合后的调制信号会有所失真。

并且,由于调制信号加载了调顶信号,在将调制信号转换为驱动所述激光器的调制电流时,存在非线性的问题。此时,不管是使用MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor)或者BJT(Bipolar Junction Transistor)NPN高速放大管,电压转电流的过程都是非线性的,除进一步加剧信号的失真外,调顶功率和调顶深度等参数指标不易精确控制。

以下结合附图以及实施例来对激光驱动器、芯片以及激光器LD驱动方法进行进一步的说明。

请参阅图1,为本申请的一实施例中所述激光驱动器的结构示意图。

本申请提供的一种激光驱动器,所述激光驱动器用于连接至激光器LD,并驱动所述激光器LD输出所需光信号,且所述激光驱动器包括:调顶模块100,用于获取调顶信号,并根据所述调顶信号生成调顶电流Ipt,所述调顶模块100用于连接至所述激光器LD,并将所述调顶电流Ipt输出至所述激光器LD。所述调顶信号包括调频调顶信号以及调幅调顶信号中的其中一种。所述激光驱动器还包括业务模块103,用于获取业务信号,并根据所述业务信号生成业务电流,所述业务模块103还用于连接至激光器LD,并将所述业务电流输出至所述激光器LD。

在该实施例中,所述调顶信号直接转换成调顶电流Ipt,所述调顶电流Ipt直接与所述业务电流叠加,共同驱动所述激光器LD,使所述激光器LD根据所述调顶信号以及所述业务信号出射光信号。

在该实施例中,低速的调顶信号与高速的业务信号在转化成相应的激光器LD的调顶电流Ipt和调制电流之前,没有耦合关系,不再需要将调顶信号先加载到供电电压,因此也不再需要将加载了调顶信号的供电电压耦合至调制信号,因此也不会影响调制信号的工作点,从而导致失真的调制信号的输出,实现更为简单,干扰更小,有效避免信号之间的串扰和对工作点的干扰,提高信号的精度和稳定性。

所述激光器LD既可以是直接调制激光器(DML,Directly Modulated Laser),也可以是电吸收调制激光器(EML,Electro-absorption Modulated laser)。

驱动所述激光器LD时,需要所述业务电流,以及一偏置电流,该偏置电流可以由偏置模块提供。如图1、图2所示。所述偏置模块包括偏置电流源Ibias,该偏置电流源Ibias输出偏置电流给所述激光器LD,使所述激光器LD工作在正常工作状态。

由于所述激光驱动器是直接对调顶信号进行电流转换,因此不管所述调顶信号为调频调顶信号还是调幅调顶信号,所述激光驱动器都能够实现相应的调顶功能。所述调顶信号包括调频调顶信号以及调幅调顶信号的其中一种。

所述调频调顶信号对应至小幅度的低频的周期信号,如模拟信号中的正弦信号或余弦信号等。所述调幅调顶信号只要是小幅度的低频信号即可,不再要求周期性。因此,所述调幅调顶信号可以包括数字信号,且所述数字信号包括基于曼彻斯特编码的数字信号。曼彻斯特编码是将时钟和数据包含在信号流中,在传输代码信息的同时,也将时钟同步信号一起传输到对方。曼彻斯特编码的每一个码元都被调制成两个电平,所以数据传输速率只有调制速率的1/2。

需要注意的是,这里所指的小幅度,是指所述调顶信号的幅度是所述业务信号的幅度的百分之一、千分之一。本领域的技术人员可以根据需要设置所述调幅调顶信号以及所述调频调顶信号的幅度。

所述调顶模块100包括第一运算放大器101、调顶数模转换单元PT_DAC、第一N型三极管MN1以及调顶电阻R1。其中,所述第一运算放大器101包括同相输入端和反相输入端,所述同相输入端用于获取所述调顶信号。所述调顶数模转换单元PT_DAC通过第一电阻R0连接至所述第一运算放大器101的同相输入端,用于向所述第一运算放大器101的同相输入端提供第一电压。所述第一N型三极管MN1的栅极连接至所述第一运算放大器101的输出端,漏极用于连接至所述激光器LD,源极通过所述调顶电阻R1接地。所述调顶电阻R1的非接地端还连接至所述第一运算放大器101的反相输入端。

在该实施例中,所述第一运算放大器101是一个内含多级放大电路的电子集成电路,其输入级是差分放大电路,具有高输入电阻和抑制零点漂移能力;中间级主要进行电压放大,具有高电压放大倍数,一般由共射极放大电路构成;输出级与负载相连,具有带载能力强、低输出电阻特点,且所述第一运算放大器101的输出信号与两个输入端的信号电压差成正比。

在其他的实施例中,也可根据需要设置所述第一运算放大器101的结构,实际实现是多样化的。

所述调顶数模转换单元PT_DAC通过第一电阻R0连接至所述第一运算放大器101的同相输入端,所述调顶信号通过所述第一电阻R0上拉至所述调顶数模转换单元PT_DAC输出的第一电压。

当调顶信号以及第一电压给到所述第一运算放大器101的同相输入端时,由于所述同相输入端和反相输入端之间的较大电压差,所述第一N型三极管MN1导通,所述第一N型三极管MN1的源极和漏极连通,所述激光器LD一端连接至一电压VCC,另一端通过所述第一N型三极管MN1的源极和漏极接地。

所述第一运算放大器101通过第一N型三极管MN1在反相输入端和输出端之间构建了反馈,且所述第一运算放大器101的输出电压在初始状态下受同相输入端的输入电压的影响,因此所述第一运算放大器101的反相输入端的输入信号跟随所述同相输入端输入的信号变化。请参阅图1、图2,在图1、2所示的实施例中,所述反相输入端输入的电压与所述正向输入端输入的电压相等,均为调顶电压,所述调顶电压与所述调顶数模转换单元PT_DAC输出的第一电压与所述调顶信号的幅值相关。

由于通过所述第一运算放大器101对输入的调顶信号进行较好的跟随,故所述调顶信号转换而成的调顶电流Ipt不存在非线性的问题。

所述调顶模块100还包括寄存器,所述寄存器连接至所述调顶数模转换单元PT_DAC以及所述调顶电阻R1,用于控制所述调顶数模转换单元PT_DAC输出的第一电压的大小,以及用于控制所述调顶电阻R1的阻值。

在一种实施例中,所述寄存器包括调顶数模转换单元PT_DAC寄存器,连接至所述调顶数模转换单元PT_DAC,用于控制所述调顶数模转换单元PT_DAC的输出电压。所述寄存器还包括调顶电阻R1寄存器,连接至所述调顶电阻R1,用于控制所述调顶电阻R1的阻值。

由于所述调顶电流Ipt的大小与所述调顶电压以及所述调顶电阻R1的阻值相关,为所述调顶电压与所述调顶电阻R1相除后的结果,所述调顶电压与耦合方式以及调顶数模转换单元PT_DAC输出的第一电压相关,因此,可以通过所述寄存器调整所述调顶数模转换单元PT_DAC的第一电压,以及调节所述调顶电阻R1的阻值,即可实现对所述调顶电流Ipt的大小的调整,从而实现对调顶功率的调整。

在一种实施例中,可以采用交流耦合的方式将所述调顶信号加载至所述第一运算放大器101的同相输入端。交流耦合(AC Coupling)就是通过隔直电容耦合,去掉所述调顶信号中的直流分量。此时,该次调顶处理的调顶深度由所述调顶数模转换单元PT_DAC的输出电压以及所述调顶电阻R1的阻值以及所述调顶信号的摆幅相关。

在其他的实施例中,也可以采用直流耦合的方式将所述调顶信号加载至所述第一运算放大器101的同相输入端。此时,该次调顶处理的调顶深度由所述调顶数模转换单元PT_DAC的输出电压以及所述调顶电阻R1的阻值决定。

由上述可知,该次调顶处理的调顶深度可通过所述调顶数模转换单元PT_DAC的输出的第一电压、调顶电阻R1的阻值以及所述调顶信号的摆幅来调整,也可以通过所述调顶数模转换单元PT_DAC的输出的第一电压以及所述调顶电阻R1的阻值来调整。

因此,在所述调顶数模转换单元PT_DAC的输出的第一电压以及所述调顶电阻R1的阻值可调时,所述调顶深度也可调。

并且,由于交流耦合的时候需要提供共模点,因此,在采用交流耦合的方式将所述调顶信号输入至所述第一运算放大器101的同相输入端时,所述调顶数模转换单元PT_DAC的输出电压可以为所述调顶信号提供共模电压,从而提供共模点。在采用直流耦合的方式将所述调顶信号输入至所述第一运算放大器101的同相输入端时,所述调顶数模转换单元PT_DAC的输出电压可以为所述调顶信号提供最大电压,该最大电压指的是高电平指代的电压。

请参阅图3,为一实施例中所述偏置模块102的结构示意图。

在该实施例中,所述激光驱动器还包括偏置模块102,所述偏置模块102用于连接至所述激光器LD,并输出偏置电流至所述激光器LD。

在图1、图2所示的实施例中,所述偏置模块102包括偏置电流源Ibias,所述偏置电流源Ibias的一端用于连接至所述激光器LD,另一端接地,用于输出偏置电流至所述激光器LD。

在图3所示的实施例中,所述偏置模块102包括偏置数模转换单元BIAS_DAC、减法器301、第二运算放大器302、第二N型三极管MN2以及偏置电阻Rbias,所述偏置数模转换单元BIAS_DAC用于提供偏置电压,所述减法器301一端连接至所述偏置数模转换单元BIAS_DAC,一端通过分压器件连接至所述调顶模块100。所述分压器件包括第二电阻R2和第三电阻R3,且所述第二电阻R2的阻值与所述偏置电阻Rbias相等,所述第三电阻R3的阻值等于所述调顶电阻R1与所述偏置电阻Rbias的差值。

所述第二运算放大器302的同相输入端连接至所述减法器301的输出端。所述第二N型三极管MN2的栅极连接至所述第二运算放大器302的输出端,漏极连接至所述业务模块103以及所述偏置模块102,源极通过所述偏置电阻Rbias接地,且所述偏置电阻Rbias的非接地端还连接至所述第二运算放大器302的反向输入端。

所述减法器301是基本集成运放电路的一种,一般是由集成运放外加反馈网络所构成的运算电路来实现。所述减法器301的输出端输出的信号为所述偏置电压以及所述调顶数模转换单元PT_DAC的输出电压的差值。

在图3所示的实施例中,所述分压单元连接至所述调顶数模转换单元PT_DAC的输出端,用于对所述调顶数模转换单元PT_DAC的输出电压进行分压,并将分压结果输出至所述减法器301的一个输入端。

所述分压单元包括第二电阻R2以及第三电阻R3,其中所述第三电阻R3的第一端连接至所述调顶数模转换单元PT_DAC的输出端,第二端连接至所述第二电阻R2的第一端,所述第二电阻R2的第二端接地,所述第二电阻R2的第一端还连接至所述减法器301的第二输入端,且所述第二电阻R2的阻值与所述偏置电阻Rbias的阻值相等,所述第三电阻R3的阻值与所述调顶电阻R1和偏置电阻Rbias的差值相等。

所述偏置模块102还包括第二运算放大器302,所述第二运算放大器302的同相输入端连接至所述减法器301的输出端,所述第二运算放大器302的反相输入端连接至所述第二运算放大器302的输出端,因此,所述第二运算放大器302的反相输入端跟随所述第二运算放大器302的正向输入端。

所述减法器301的一个输入端获取的电压为Vpt*R2/R1,在所述调顶数模转换单元PT_DAC的输出电压Vpt直流耦合到所述减法器301时,所述减法器301的该输入端获取到的电压为Vpt*R2/R1,所述减法器301的输出电压为Vbias-Vpt*R2/R1。所述偏置电流Ibias为(Vbias-Vpt*R2/R1)/R2,所述调顶电流Ipt=Vpt/R1。

在所述调顶数模转换单元PT_DAC的输出电压Vbias交流耦合到所述减法器301时,所述减法器301的该输入端获取到的电压为Vpt*R2/2*R1,所述减法器301的输出电压为Vbias-Vpt*R2/2*R1。所述偏置电流Ibias为(Vbias-Vpt*R2/2*R1)/R2。所述调顶电流Ipt=Vpt/2*R1。

此时,不管是直流耦合还是交流耦合,所述偏置电流Ibias与调顶电流Ipt的和值均为Vbias/R2,为一定值。

因此,在该实施例中由于具有所述偏置模块102,还能实现功率的自动调节。所述偏置数模转换单元BIAS_DAC会根据调顶电流Ipt的大小自动调整偏置电流的大小,以补偿由于调顶电流Ipt的变化而导致的输出光功率的变化,从而抵消调顶电流Ipt产生的光功率,对调顶信号引起的平均光功率变化的现象做相应的补偿,从而保证所述激光驱动器连接到的激光器LD输出的平均光功率的稳定性。

因此,只要所述调顶功能被使能,所述激光驱动器就可以实现自动功率控制,保持偏置电流与调顶电流Ipt之和保持恒定不定,从而在调顶使能,以及调整调顶参数的时候,输出的平均光功率不受影响,对于有调顶信号引起的平均光功率变化的现象做了相应的补偿机制,即自动功率控制补偿,保证了输出平均光功率的稳定。

在一些其他的实施例中,还可以采用电流镜的结构来实现自动功率控制。自动功率控制的目的在于使调顶电流Ipt和偏置电流保持恒定,因此,可以将调顶电流Ipt通过电流镜像,使偏置电流分流掉这部分电流,从而达到电流恒定的目的。

所述业务模块103包括:开关K1,一端连接至所述激光器,用于根据所述业务信号切换通断情况,在所述开关K1在所述业务信号为高电平时导通,在所述业务信号为低电平时关断;业务电流源Imod,一端接地,一端连接至所述开关K1的第二端,用于在所述开关K1导通时向所述激光器LD提供业务电流。

所述业务模块103只有在有业务信号为高电平时才提供所述业务电流。所述业务电流以及所述偏置电流和所述调顶电流Ipt一起驱动所述激光器LD,使所述激光器LD输出所需的光信号。

本实施例中,通过把调顶信号转换至调顶电流Ipt,并将调顶电流Ipt加载至偏置电流,避免了在获取调制信号时使用调顶信号对供电信号进行调制造成的调制信号失真的问题,并且也避免了调制信号失真造成的调制信号转换为调制电流时的非线性的问题。并且,由于存在所述寄存器,可以调整所述调顶数模转换单元PT_DAC输出的第一电压的值,以及所述调顶电阻R1的阻值,因此,所述激光驱动器的调顶功率和调顶深度通过相应寄存器调节,提高了调顶信号的输出精度和调顶操作的灵活性。此外,本发明还做了调顶功能使能条件下的激光器LD的自动功率控制电路,保证激光器LD工作的稳定性。

并且,本实施例中由于集成相应的调顶功能电路,且调顶方式可自由选择,调顶功率和调顶深度可调,对于模块厂商的模块设计自由度、系统厂商的技术使用灵活度来说,都将非常有意义。

本申请的实施例中,还提供了一种芯片,所述芯片包括所述的激光驱动器。

由于具有上述实施例中的激光驱动器,因此所述芯片可以实现调频调顶方式,也可以实现调幅调顶方式,并且,所述激光驱动器的相应电路集成于所述芯片内部,节省了装配有激光器LD的光模块的布板空间,提空了光模块的设计的灵活性。

并且,所述芯片中集成的调顶模块100的调顶方式可自由选择,调顶功率和调顶深度可调,对于模块厂商的模块设计自由度、系统厂商的技术使用灵活度来说,都将非常有意义。

本申请的实施例中,还提供了一种激光器LD驱动方法。

所述驱动方法包括以下步骤:提供调顶信号,所述调顶信号包括调频调顶信号以及调幅调顶信号中的其中一种;根据所述调顶信号获取调顶电流;根据业务信号获取业务电流;将所述调顶电流以及业务电流输出至所述激光器,以驱动所述激光器。

请参阅图4,为本申请的一实施例中所述激光器LD驱动方法的步骤流程示意图。

在该实施例中,所述激光器LD驱动方法包括以下步骤:

步骤S101:提供调顶信号,所述调顶信号包括调频调顶信号以及调幅调顶信号中的其中一种。

所述调频调顶信号对应至小幅度的低频的周期信号,如模拟信号中的正弦信号或余弦信号等。所述调幅调顶信号只要是小幅度的低频信号即可,不再要求周期性。因此,所述调幅调顶信号可以包括数字信号,且所述数字信号包括基于曼彻斯特编码的数字信号。

需要注意的是,这里所指的小幅度,是指所述调顶信号的幅度是所述业务信号的幅度的百分之一、千分之一。本领域的技术人员可以根据需要设置所述调幅调顶信号以及所述调频调顶信号的幅度。

步骤S102:根据所述调顶信号获取调顶电流Ipt。

根据所述调顶信号获取调顶电流Ipt时,包括以下步骤:提供第一运算放大器101,所述第一运算放大器101包括同相输入端和反相输入端,且所述运算放大器的输出端连接至一第一N型三级管的栅极,所述第一N型三极管MN1的源极通过调顶电阻R1接地,漏极连接至所述激光器LD,所述反相输入端连接至所述调顶电阻R1的非接地端;提供第一电压;将所述第一电压与所述调顶信号耦合到所述运算放大器的同相输入端。

具体的,在该实施例中,所述第一电压由调顶数模转换单元PT_DAC给出,由于所述调顶电流Ipt的大小与所述调顶电压的大小以及所述调顶电阻R1的阻值相关,为所述调顶电压与所述调顶电阻R1相除后的结果,所述调顶电压的大小与所述调顶数模转换单元PT_DAC输出的第一电压以及耦合方式相关。因此,可以通过调整所述调顶数模转换单元PT_DAC输出的第一电压以及所述调顶电阻R1的阻值来实现对所述调顶电流Ipt的大小的调整,从而实现对调顶功率的调整。

所述耦合方式包括直流耦合和交流耦合。当采用交流耦合的方式将所述调顶信号加载至所述第一运算放大器101的同相输入端时,该次调顶处理的调顶深度由所述调顶数模转换单元PT_DAC的输出电压以及所述调顶电阻R1的阻值以及所述调顶信号的摆幅相关。

当采用直流耦合的方式将所述调顶信号加载至所述第一运算放大器101的同相输入端时,该次调顶处理的调顶深度由所述调顶数模转换单元PT_DAC的输出电压以及所述调顶电阻R1的阻值决定。

由上述可知,该次调顶处理的调顶深度可通过所述调顶数模转换单元PT_DAC的输出的第一电压、所述调顶电阻R1的阻值以及所述调顶信号的摆幅来调整,也可以通过所述调顶数模转换单元PT_DAC的输出的第一电压以及所述调顶电阻R1的阻值来调整。

因此,在所述调顶数模转换单元PT_DAC的输出的第一电压以及所述调顶电阻R1的阻值可调时,所述调顶深度也可调。

步骤S103:调整调顶功率和调顶深度。具体的,调节所述调顶数模转换单元PT_DAC输出的第一电压的大小,和/或,调节所述调顶电阻R1的大小,从而调节所述调顶电流Ipt的大小,从而调整调顶功率和调顶深度。

在一些实施例中,所述调顶数模转换单元PT_DAC和所述调顶电阻R1均连接至寄存器,由所述寄存器控制调顶数模转换单元PT_DAC输出的第一电压的大小,以及控制所述调顶电阻R1的大小。因此,通过所述寄存器调节所述第一电压,和/或,调节所述调顶电阻R1的大小,从而调节所述调顶电流Ipt的大小,从而调整调顶功率和调顶深度。

步骤S104:根据业务信号获取业务电流。

根据业务信号获取业务电流时,包括以下步骤:提供业务电流源Imod,所述业务电流源Imod一端接地,一端通过开关K1连接至所述激光器LD;当存在所述业务信号时,接通所述第一电流源以及所述激光器LD,由所述第一电流源为所述激光器LD提供业务电流。

所述业务模块103在有业务信号时才提供所述业务电流。所述业务电流以及所述偏置电流和所述调顶电流Ipt一起驱动所述激光器LD,使所述激光器LD输出所需的光信号。

步骤S105:将偏置电流、所述调顶电流Ipt以及业务电流输出至所述激光器LD。

在该实施例中,提供偏置电流至所述激光器。可以通过控制所述偏置电流的大小,使所述调顶电流Ipt以及所述偏置电流的和值恒定。

在一些实施例中,可以通过偏置模块102来实现调顶电流Ipt以及所述偏置电流的和值的恒定。

所述偏置模块102包括偏置数模转换单元BIAS_DAC、减法器301、第二运算放大器302、第二N型三极管MN2以及偏置电阻Rbias,所述偏置数模转换单元BIAS_DAC用于提供偏置电压,所述减法器301一端连接至所述偏置数模转换单元BIAS_DAC,一端通过分压器件连接至所述调顶模块100。所述分压器件包括第二电阻R2和第三电阻R3,且所述第二电阻R2的阻值与所述偏置电阻Rbias相等,所述第三电阻R3的阻值等于所述调顶电阻R1与所述偏置电阻Rbias的差值。

所述第二运算放大器302的同相输入端连接至所述减法器301的输出端。所述第二N型三极管MN2的栅极连接至所述第二运算放大器302的输出端,漏极连接至所述业务模块103以及所述偏置模块102,源极通过所述偏置电阻Rbias接地,且所述偏置电阻Rbias的非接地端还连接至所述第二运算放大器302的反向输入端。

所述减法器301是基本集成运放电路的一种,一般是由集成运放外加反馈网络所构成的运算电路来实现。所述减法器301的输出端输出的信号为所述偏置电压以及所述调顶数模转换单元PT_DAC的输出电压的差值。

在图3所示的实施例中,所述分压单元连接至所述调顶数模转换单元PT_DAC的输出端,用于对所述调顶数模转换单元PT_DAC的输出电压进行分压,并将分压结果输出至所述减法器301的一个输入端。

所述分压单元中的第三电阻R3的第一端连接至所述调顶数模转换单元PT_DAC的输出端,第二端连接至所述第二电阻R2的第一端,所述第二电阻R2的第二端接地,所述第二电阻R2的第一端还连接至所述减法器301的第二输入端,且所述第二电阻R2的阻值与所述偏置电阻Rbias的阻值相等,所述第三电阻R3的阻值与所述调顶电阻R1和偏置电阻Rbias的差值相等。

当采用交流耦合的方式输入时,所述减法器301的一个输入端获取的电压为Vpt*R2/R1,另一个输入端获取的电压为偏置电压Vbias,所述减法器301的输出电压为(Vbias-Vpt*R2/R1),由于所述偏置模块102还包括第二运算放大器302,所述第二运算放大器302的同相输入端连接至所述减法器301的输出端,反相输入端连接至所述第二运算放大器302的输出端,因此,所述第二运算放大器302的反相输入端跟随所述第二运算放大器302的正向输入端,所述偏置电流Ibias=(Vbias-Vpt*R2/R1)/R2。此时,偏置电流与调顶电流Ipt=Vpt/R1的和值为Vbias/R2,所述和值为一定值。

当采用直流耦合的方式输入时,当所述调顶数模转换单元PT_DAC仍输出Vpt时,所述减法器301的一个输入端获取的电压为Vpt*R2/2*R1。

此时,所述减法器301的输出电压为Vbias-Vpt*R2/2*R1,因此偏置电流Ibias为(Vbias-Vpt*R2/2*R1)/R2,即(Vbias/R2-Vpt/2*R1),由于调顶电流Ipt为Vpt/2*R1,因此偏置电流与调顶电流的和值仍为Vbias/R2,为一定值。

因此,在该实施例中,由于具有所述偏置模块102,还能实现功率的自动调节。所述偏置数模转换单元BIAS_DAC会根据调顶电流Ipt的大小自动调整偏置电流的大小,以补偿由于调顶电流Ipt的变化而导致的输出光功率的变化,从而抵消调顶电流Ipt产生的光功率,对调顶信号引起的平均光功率变化的现象做相应的补偿,从而保证所述激光驱动器连接到的激光器LD输出的平均光功率的稳定性。

因此,只要所述调顶功能被使能,所述激光驱动器就可以实现自动功率控制,保持偏置电流与调顶电流Ipt之和恒定不变,从而在调顶使能,以及调整调顶参数的时候,输出的平均光功率不受影响,对于有调顶信号引起的平均光功率变化的现象做了相应的补偿机制,即自动功率控制补偿,保证了输出平均光功率的稳定。

在一些其他的实施例中,还可以采用电流镜的结构来实现自动功率控制。自动功率控制的目的在于使调顶电流Ipt和偏置电流保持恒定,因此,可以将调顶电流Ipt通过电流镜像,使偏置电流分流掉这部分电流,从而达到电流恒定的目的。

本实施例中,通过把调顶信号加载至偏置电流,避免了在获取调制信号时使用调顶信号对供电信号进行调制造成的调制信号失真的问题,并且也避免了调制信号失真造成的调制信号转换为调制电流时的非线性的问题。并且,由于可以调整所述第一电压的值,以及可以调整所述调顶电阻R1的阻值,因此,也可以调整所述激光驱动器的调顶功率和调顶深度,提高了调顶信号的输出精度和调顶操作的灵活性。此外,本发明还做了调顶功能使能条件下的激光器LD的自动功率控制,能够保证激光器LD工作的稳定性。

并且,本实施例中由于集成相应的调顶功能电路,且调顶方式可自由选择,调顶功率和调顶深度可调,对于模块厂商的模块设计自由度、系统厂商的技术使用灵活度来说,都将非常有意义。

以上所述仅为本申请的实施例,并非因此限制本申请的专利范围,凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,例如各实施例之间技术特征的相互结合,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本申请的专利保护范围内。

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