CN202177841U - 一种用于突发模式激光驱动器的数字控制式apc模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于突发模式激光驱动器的数字控制式APC模块，包括基准源产生电路，电流放大及比较电路，受控偏置电流源，调制电流源，开关电流模块。电流放大及比较电路包括电流放大电路，比较器，数字滤波器，逻辑控制单元，偏置电流查表寄存器，锁存器，以及电阻(R1)，电容(C1)，第一开关(S1)，第二开关(S2)，第三开关(S3)。本实用新型采用的技术方案建立了快速启动过程以及对应的状态保持机制，能够减少突发传送周期内的偏置电流建立时间，提高数据传输效率。

Description

一种用于突发模式激光驱动器的数字控制式APC模块

技术领域

本实用新型涉及一种激光驱动器的电路，尤其是一种用于突发模式激光驱动器的数字控制式APC模块

背景技术

随着多址光网络的出现，时分复用(TDMA)技术被引入到光纤多点对单点数据传输系统中。这种技术下，每个发送器仅仅在各自允许的时间段内激活并发送数据。这样，数据以数据包的形式来传送，这种传送技术被称为突发模式。作为多点的光网络单元(ONU)到单点的光线路终端(OLT)上传数据流的一种通信方法，TDMA被应用到无源光网络(PON)中。在TDMA系统中，对于激光驱动电路有以下特殊要求：(1)闲置状态，ONU端发送数据的激光驱动器在非激活状态时要关断，截断通过激光器发送的光信号。否则，非激活的多个ONU都有一定程度的残留光信号，会在OLT端累加，对正常的数据信号产生灾难性的破坏。(2)对于每个ONU，在每个突发传送的周期内，都需要自动功率控制(APC)模块能够快速建立/恢复激光器的偏置电流。否则，在有限的突发周期内不能完成数据的有效传递。而目前典型的APC模块(如图1所示)在突发传送的周期内，需要花费大量的时间进行偏置的建立，降低数据传输效率。

发明内容

为克服以上缺点，本实用新型提供一种能够减少突发传送周期内的偏置电流建立时间的用于突发模式激光驱动器的数字控制式APC模块。

为了达到以上发明目的，本实用新型提供一种用于突发模式激光驱动器的数字控制式APC模块，包括基准源产生电路，电流放大及比较电路，受控偏置电流源，调制电流源，开关电流模块，其中，

所述电流放大及比较电路包括电流放大电路，比较器，数字滤波器，逻辑控制单元，偏置电流查表寄存器，锁存器，以及电阻(R1)，电容(C1)，第一开关(S1)，第二开关(S2)，第三开关(S3)；

所述电流放大电路的输出端连接第三开关(S3)的一端，第三开关(S3)另一端连接第二开关(S2)的一端、电阻(R1)的一端、电容(C1)的一端以及所述比较器的负输入端，第二开关(S2)的另一端连接基准源产生电路的Iref端，电阻(R1)的另一端连接第一开关(S1)的一端，第一开关(S1)的另一端连接基准源产生电路的Vref端以及比较器的正输入端，电容(C1)的另一端接地；

所述比较器的输出端和所述数字滤波器的输入端连接，逻辑控制单元的一个输入端连接数字滤波器的输出端，另一个输入端与外部时钟信号相连，逻辑控制单元的一个输出端连接所述偏置电流查表寄存器的一端，另一个输出端连接外部数据调制模块，偏置电流查表寄存器的另一端连接所述锁存器的输入端，锁存器的输出端连接外部直流偏置模块。

采用了本实用新型公开的数字控制式APC模块的激光驱动器在得到APC使能信号后，先完成一个快速启动过程——即通过三个阶段，快速将激光器的偏置电流快速拉高到所需电流值，并通过锁存器保持该偏置电流的控制信号；数据发送周期在锁存的控制信号的基础上快速恢复激光器偏置电流；并能够在每个突发传送周期内，通过比较器监控，以数字滤波方式完成对激光器偏置电流的控制。这种快速启动过程以及对应的状态保持机制，使得本实用新型的APC模块满足背景技术中描述的激光器驱动电路的两项要求，减少突发传送周期内的偏置电流建立时间，提高数据传输效率。

附图说明

图1是目前典型的突发模式激光驱动器APC模块示意图

图2是本实用新型公开的一种用于突发模式激光驱动器的数字控制式APC模块。

图3是采用了本实用新型公开的APC模块的激光驱动器开启时序图

具体实施方式

为了能更好地对本实用新型的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例并结合附图进行详细地说明：

如图2所示，本实用新型公开的用于突发模式激光驱动器的数字控制式APC模块示意图，包括基准源产生电路，电流放大及比较电路，受控偏置电流源，调制电流源，开关电流模块，其中电流放大及比较电路包括电流放大电路，比较器，数字滤波器，逻辑控制单元，偏置电流查表寄存器，锁存器，以及电阻(R1)，电容(C1)，第一开关(S1)，第二开关(S2)，第三开关(S3)。

这里的数字滤波器，逻辑控制单元，偏置电流查表寄存器，锁存器，R1，C1是本实用新型的核心模块，也是区别于典型模块的重要改进。由于大部分是数字模块，故将此称之为数字控制式APC模块。

数字滤波器，接收比较器的输出(逻辑‘H’/‘L’电平)。在一定的时间窗口内，对比较器的输出按照一定的采样周期进行采样，比较‘H’，‘L’的个数差，把比较结果传送给逻辑控制单元。

逻辑控制单元，相当于一个小cpu，控制着整个APC的工作。具体就是协调控制APC在禁用，使能开始，以及突发数据传送和非突发周期的激光器截止的工作。在快速启动过程中，按照既定算法，将偏置电流快速拉高到期望值。在突发传送周期内，接收数字滤波器的输出，按照一定的算法，将‘H’，‘L’的个数差转换成一定的偏置电流控制信号(借助于偏置电流寄存器的配合)，从而控制偏置电流达到期望值。这样能保证在时间窗口范围内，偏置电流是恒定的，干净的。如果相对于期望值存在较大差异，会在下一个时间窗口开始时修正。

偏置电流查表寄存器，顾名思义，就是一个寄存器，内部存放着众多的偏置电流的控制信号，以配合逻辑控制单元进行偏置电流控制。

锁存器，接收来自偏置电流查表寄存器的输出，锁存并传送给受控的偏置电流源，完成偏置电流的控制任务。

电阻R1，是将基准电流源Iref与电流放大器输出电流的差值，在电阻R1上面转换为相对于基准电压源Vref的电压差，作为比较器输入端。

电容C1，在非突发传送周期内，上极板悬空，将保持上一周期的电压。以利于下一周期快速恢复。

下面，将按照图3所示的时序，具体介绍本实用新型在激光驱动器中的控制作用：

一.

为‘H’，APC不工作，偏置电流源Ibias和调制电流源Imod都处于禁用状态——没有输出电流。则激光器也无输出。并将锁存器清空。

二.

由‘H’变‘L’，APC进入快速启动过程：

阶段1.Data通路被逻辑控制单元的信号截断，电流开关模块的输入短接，并接到偏置电压点上，电流开关调制电流的两个输出达到平衡，会有Imod/2的电流流入激光器。

阶段2.逻辑控制单元控制偏置电流查表寄存器输出一偏置电流控制信号，对应到偏置电流输出大小为A。

接下来，在A的基础上，以频率Fclk，偏置电流按照B步长开始累加，直到比较器探测监视用的光电二级管的电流超过期望的基准电流Iref。由于从偏置电流的建立到耦合到光电二极管上的电流建立存在一定的延时，所以偏置电流相对于期望值会有一定的过冲。需要下一阶段继续调整。

阶段3.数字滤波器的时间窗口设定为n×1/Fclk(图中的D)，在阶段2的基础上，先下降C，之后通过反馈回路配合逻辑控制单元进行数字式逼近期望平均功率，最多八步，将偏置电流快速而准确地设定到期望值上。放大的时间窗口可以将反馈的延时进行一定程度的抵消。

完成之后，Data通路导通，偏置电流的控制也交由更低频率的APC环路来控制(数字滤波器的时间窗口设定为N×1/Fclk，N＞n)。

Note：阶段1和2其实同时发生，没有时间上的先后次序。但为了阐述方便，这里将其分成两个阶段。

三.

为‘L’的非快速启动过程，如果BEN为‘H’，激光驱动器应该处于突发传送周期——Data传输阶段，偏置电流源Ibias和电流开关输出电流(Data调制电流)接到激光驱动器。由于锁存器上保留了上一周期(有可能是快速启动，也可能是突发传送周期)的偏置电流控制信号Bias_ctrl，所以可以在突发周期刚一开始，就可以快速恢复到上一周期的偏置电流。同时由于C1的保持电位作用，在突发周期刚一开始，可以让比较器输出平衡，不会因为电流探测回路的延时造成偏置电流过冲(overshot)。偏置电流建立之后，就开始传送有效数据，即调制电流在Data输入的控制下传递到激光驱动器上，从而完成数据的传送。

四.

为‘L’的非快速启动过程，如果BEN为‘L’，则不在突发模式周期内，激光驱动器禁用，通过将偏置电流源Ibias和电流开关输出电流(Data调制电流)到激光驱动器的连接断开实现。同时保持基准源产生电路的基准电流输出(Iref)，电流放大器的输出，以及电阻R1，都与比较器的负输入端断开，从而让C1保持住上一周期的此点电位。并且让锁存器锁住上一周期的偏置电流控制信号(Bias_Ctrl)。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (1)

1.一种用于突发模式激光驱动器的数字控制式APC模块，包括基准源产生电路，电流放大及比较电路，受控偏置电流源，调制电流源，开关电流模块，其特征在于：

所述电流放大及比较电路包括电流放大电路，比较器，数字滤波器，逻辑控制单元，偏置电流查表寄存器，锁存器，以及电阻R1，电容C1，第一开关S1，第二开关S2，第三开关S3；

所述电流放大电路的输出端连接第三开关S3的一端，第三开关S3另一端连接第二开关S2的一端、电阻R1的一端、电容C1的一端以及所述比较器的负输入端，第二开关S2的另一端连接基准源产生电路的Iref端，电阻R1的另一端连接第一开关S1的一端，第一开关S1的另一端连接基准源产生电路的Vref端以及比较器的正输入端，电容C1的另一端接地；

所述比较器的输出端和所述数字滤波器的输入端连接，逻辑控制单元的一个输入端连接数字滤波器的输出端，另一个输入端与外部时钟信号相连，逻辑控制单元的一个输出端连接所述偏置电流查表寄存器的一端，另一个输出端连接外部数据调制模块，偏置电流查表寄存器的另一端连接所述锁存器的输入端，锁存器的输出端连接外部直流偏置模块。 

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