專利名稱：雙閉環(huán)激光管功率控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及數(shù)字光學通信，更具體地，是一種為激光二極管而配置的雙閉環(huán)激光管功率控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在數(shù)字光學數(shù)據(jù)通信中，激光二極管(激光管)作為光通信的電光轉(zhuǎn)換的核心器件，其發(fā)光效率和發(fā)光特性的穩(wěn)定性對整個通信鏈路有至關(guān)重要的影響。如何保證激光二極管在環(huán)境條件下保持恒定的輸出光功率，以及如何保證輸出高電平和輸出低電平之間有足夠的功率差，是保證通信鏈路可靠性的關(guān)鍵。如圖1所示，是激光管輸出光功率(Pout)與驅(qū)動電流(Ilaser)之間的關(guān)系曲線。其中Pl，P2, P3及P4是激光管在溫度逐漸升高以及老化程度不斷增加情況下(曲線S)的輸出光功率和驅(qū)動電流之間的關(guān)系曲線，Ithl、Ith2、Ith3和Ith4是對應的發(fā)光閾值電流。由圖可知，激光管在不同的溫度條件下，發(fā)光閾值電流及發(fā)光效率的變化很大，具體地，在溫度升高的情況下，發(fā)光閾值電流變大，同時發(fā)光效率降低。另外，由圖1也可以看出，隨著激光管使用年限的增加，激光管的發(fā)射效率也會降低，閾值電流也會相應增加。為了解決上述問題，在應用中，需要對激光管配置驅(qū)動電路(LDD)，采用功率控制(PC)電路通過調(diào)節(jié)驅(qū)動電流來實現(xiàn)對激光管輸出功率的控制。在激光管功率控制中，驅(qū)動電流包括偏置電流和調(diào)制電流。通常，偏置電流是在激光管中保持恒定的“O”功率水平的電流，對應地，調(diào)制電流是在激光管中保持恒定的“ I ”功率水平的電流。具體地，對激光管的功率控制通常有兩種方法，一種是基于查表的開環(huán)功率控制法，該方法通過實現(xiàn)測試激光管在不同溫度條件下的發(fā)光特性，并將其制成一張表格存在芯片的存儲器中，實際使用時，根據(jù)溫度傳感器測得的溫度查表調(diào)出對應的驅(qū)動電流值。另外一種是基于反饋控制原理的自動增益控制(APC)，通過背光檢測獲得激光管的實際發(fā)送功率，然后與預設(shè)的功率進行比較，自動調(diào)整驅(qū)動電路，使之與預設(shè)值保持一致。目前，激光管驅(qū)動電路同時提供以上兩種控制模式供用戶選擇。由于激光管的偏置電流和調(diào)制電流都要進行控制，所以兩種模式可組合使用?？煞謩e采用以上兩種控制方式來控制激光管偏置電流和調(diào)制電流。因此，激光管驅(qū)動電路可包括以下四種組合模式:1、雙開環(huán)模式。在該模式中，偏置電流和調(diào)制電流均通過開環(huán)查表方式實現(xiàn)。2、調(diào)制電流閉環(huán)偏置電流開環(huán)模式。即調(diào)制電流通過APC控制，而偏置電流通過查表控制。3、調(diào)制電流開環(huán)偏置電流閉環(huán)模式，即偏置電流通過APC控制，調(diào)制電流通過查表控制。4、雙閉環(huán)模式，即偏置電流和調(diào)制電流均通過APC控制。對于上述第4種模式，公開號為CN101395771、申請?zhí)枮?00780007756.7的中國發(fā)明專利申請公開了一種雙閉環(huán)控制方案。如圖2所示，是該控制方案的一個實施方式的電路示意圖。該激光驅(qū)動電路IOOa可連接至激光二極管103。具體地，激光驅(qū)動電路IOOa包括產(chǎn)生激光驅(qū)動電流的激光二極管驅(qū)動器(LDD) 106。激光二極管驅(qū)動器106根據(jù)數(shù)據(jù)輸入，輸出施加到激光二極管103的激光驅(qū)動信號。激光二極管103產(chǎn)生激光輻射109，并將激光輻射109的一部分引導至激光檢測器113。激光檢測器113產(chǎn)生與激光輻射109成比例的反饋信號，該反饋信號施加到激光驅(qū)動電路100a。在該電路中，輸送到LDD 106的偏置電流IBias和調(diào)制電流Mod是由雙環(huán)功率控制電流123a產(chǎn)生的。其中，功率控制環(huán)路126a產(chǎn)生偏置電流IBias，功率控制環(huán)路129a產(chǎn)生調(diào)制電流Mod。功率控制環(huán)路126a和功率控制環(huán)路129a的工作方式基本相同。以功率控制環(huán)路126a為例，它包括用于產(chǎn)生偏置電流IBias的電流發(fā)生電路131，電流發(fā)生電路131包括連接到激光二極管驅(qū)動器106的數(shù)模轉(zhuǎn)換器133和PO計數(shù)器139。進一步地，功率控制環(huán)路129a還包括D觸發(fā)器146，D觸發(fā)器146產(chǎn)生輸出信號DO施加到PO計數(shù)器139。并且，功率控制環(huán)路129a包括比較器153，它產(chǎn)生施加到D觸發(fā)器146的復位輸入R的信號輸出R0。在比較器153的兩個輸入端，分別接入數(shù)模轉(zhuǎn)換器159和緩沖器/放大器166，其中，PO目標值(即產(chǎn)生邏輯“O”的預期激光功率所對應的電流)通過比較器153轉(zhuǎn)換為模擬電流，而激光光電二極管113產(chǎn)生的信號施加到緩沖器/放大器166,比較器153對兩個輸入信號，并輸出“O”或者“I”。同時，將時鐘信號Ck施加到D觸發(fā)器146和PO計數(shù)器139，并且時鐘信號在半個循環(huán)周期的時間，大于激光二極管傳輸?shù)淖畲笙嗟戎档枚鄠€連續(xù)數(shù)字的持續(xù)時間，以確保D觸發(fā)器146不受數(shù)據(jù)信號跨騎輸入信號(也就是PO目標信號)可能出現(xiàn)的切換影響。功率控制環(huán)路129a的工作方式與123a類似。通過上述反饋電路，可根據(jù)目標閾值電流及反饋電流，對偏置電流和調(diào)制電流進行調(diào)節(jié)。但是，該方案采取的是位對位(BIT-TO-BIT)的控制模式，即針對每個發(fā)射模式進行控制，為實現(xiàn)BIT-TO-BIT功率控制，放大器166和比較器153、156需要高速運行，以滿足光通信的碼率要求，因此對這些器件的要求較高，需為高速高精度器件；另外，為保證APC精度，兩個高速高精度比較器153、156需要保證足夠的比較精度，高速跨阻放大器166需要有足夠大的帶寬，從而消耗大量功耗。并且，上述電路是在發(fā)送數(shù)據(jù)信號器件對偏置電流和調(diào)制電流進行調(diào)節(jié)，因此，如果時鐘Ck采用與發(fā)射數(shù)據(jù)無關(guān)的時鐘頻率，則APC很可能會在發(fā)送數(shù)據(jù)中混疊入不想要的頻率成分，另一方面，如果Ck信號由發(fā)送數(shù)據(jù)提取，以滿足特定要求，則需要內(nèi)建高速時鐘恢復信號，這又增加了較大的額外功耗。并且，由于該電路中環(huán)路帶寬的限制，會在發(fā)送數(shù)據(jù)上疊加與APC環(huán)路帶寬相近頻率的低頻紋波信號，這進一步增加了額外噪聲。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的，在于解決現(xiàn)有的激光管功率控制電路的上述缺點，從而提供了一種創(chuàng)新的雙閉環(huán)激光管功率控制系統(tǒng)。本實用新型的雙閉環(huán)激光管功率控制系統(tǒng)，用于對激光管的輸出功率進行控制，其中，該激光管產(chǎn)生實際輸出信號至該激光管功率控制系統(tǒng)，該激光管功率控制系統(tǒng)輸出反饋控制信號至激光管，從而對該激光管的功率進行反饋控制，并且，通過數(shù)據(jù)發(fā)送機對該激光管功率控制系統(tǒng)輸出發(fā)送指令信號，控制該激光管發(fā)送該實際輸出信號，其中，當該發(fā)送指令信號為使能狀態(tài)時，該激光管發(fā)送該實際輸出信號，當該發(fā)送指令信號為非使能狀態(tài)時，該激光管停止發(fā)送該實際輸出信號，該雙閉環(huán)激光管控制控制系統(tǒng)包括調(diào)制電流控制回路、偏置電流控制回路以及驅(qū)動電路，其中，該調(diào)制電流控制回路包括:第一比較電路,該第一比較電路基于該實際輸出信號和第一目標信號值產(chǎn)生一個二進制的第一比較信號；第一調(diào)節(jié)電路，該第一調(diào)節(jié)電路用于根據(jù)該二進制的第一比較信號產(chǎn)生調(diào)制電流，該調(diào)制電流輸送至該驅(qū)動電路；該偏置電流控制回路包括:第二比較電路，該第二比較電路基于該實際輸出信號和第二目標信號值產(chǎn)生一個二進制的第二比較信號；第二調(diào)節(jié)電路，該第二調(diào)節(jié)電路用于根據(jù)該二進制的第二比較信號產(chǎn)生偏置電流，該偏置電流輸送至該驅(qū)動電路；并且，該調(diào)制電流控制回路和該偏置電流控制回路還包括一個時鐘控制電路，該時鐘控制電路用于產(chǎn)生時鐘信號，并根據(jù)時鐘信號對該調(diào)制電流以及偏置電流進行調(diào)節(jié)，其中，該時鐘信號包括第一時鐘信號和第二時鐘信號，當該發(fā)送指令信號從使能狀態(tài)到非使能狀態(tài)轉(zhuǎn)變時，該第一時鐘信號發(fā)生轉(zhuǎn)變，并對該第一比較信號和第二比較信號進行鎖存，并且，在該發(fā)送指令信號的非使能狀態(tài)時隙內(nèi)，該第二時鐘信號發(fā)生轉(zhuǎn)變，并使得該第一調(diào)節(jié)電路和該第二調(diào)節(jié)電路根據(jù)該鎖存的第一比較信號和第二比較信號對該調(diào)制電流和該偏置電流進行調(diào)節(jié)。優(yōu)選地，所述第一目標信號值為對應于該激光管輸出高電平功率水平的目標電流值。優(yōu)選地，所述第二目標信號值為對應于該激光管輸出低電平功率水平的目標電流值。優(yōu)選地，所述第一比較電路包括一個比較器，該比較器的反相輸入端順次連接有一個第一電流/電壓轉(zhuǎn)換器和第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并且所述第一目標電流值輸送至該第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該比較器的正相輸入端連接有一個第二電流/電壓轉(zhuǎn)換器，并且所述實際輸出信號輸送至該第二電流/電壓轉(zhuǎn)換器。優(yōu)選地，所述第二比較電路包括一個比較器，該比較器的反相輸入端順次連接有一個第一電流/電壓轉(zhuǎn)換器和第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并且所述第二目標電流值輸送至該第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該比較器的正相輸入端順次連接有一個高電平檢測電路和第二電流/電壓轉(zhuǎn)換器，并且所述實際輸出信號輸送至該第二電流/電壓轉(zhuǎn)換器。優(yōu)選地，所述時鐘控制電路包括一個用于產(chǎn)生時鐘信號的時鐘控制器、一個第一 D觸發(fā)器以及一個第二 D觸發(fā)器，該時鐘控制器產(chǎn)生所述第一時鐘信號和第二時鐘信號，該第一 D觸發(fā)器根據(jù)所述第一時鐘信號的轉(zhuǎn)變鎖存所述第一比較信號，該第二 D觸發(fā)器根據(jù)所述第一時鐘信號的轉(zhuǎn)變鎖存所述第二比較信號。優(yōu)選地，所述第一調(diào)節(jié)電路包括一個計數(shù)器和一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器，當所述第二時鐘信號在所述非使能狀態(tài)時隙內(nèi)轉(zhuǎn)變時，該計數(shù)器根據(jù)所述鎖存的第一比較信號進行運算，該數(shù)模轉(zhuǎn)換器根據(jù)該計數(shù)器的值輸出所述調(diào)制電流。優(yōu)選地，所述第二調(diào)節(jié)電路包括一個計數(shù)器和一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器，當所述第二時鐘信號在所述非使能狀態(tài)時隙內(nèi)轉(zhuǎn)變時，該計數(shù)器根據(jù)所述鎖存的第二比較信號進行運算，該數(shù)模轉(zhuǎn)換器根據(jù)該計數(shù)器的值輸出所述偏置電流。優(yōu)選地，所述第一電流/電壓轉(zhuǎn)換器和所述第二電流/電壓轉(zhuǎn)換器為低速器件。優(yōu)選地，所述比較器為低速器件。優(yōu)選地，所述計數(shù)器為雙向計數(shù)器。本實用新型的雙閉環(huán)激光管功率控制系統(tǒng)，尤其適合于基于突發(fā)模式的GPON/EPON等通訊網(wǎng)絡(luò)。其在數(shù)據(jù)發(fā)送期間完成對激光管輸出功率的檢測比較，但不對輸出功率進行調(diào)節(jié)，而在發(fā)送數(shù)據(jù)的間隙內(nèi)，對調(diào)制電流和偏置電路根據(jù)前一個的發(fā)送數(shù)據(jù)幀的檢測結(jié)果進行調(diào)節(jié)，從而避免調(diào)制環(huán)路對主數(shù)據(jù)通道的影響。

圖1為在不同的溫度條件及老化程度下激光管輸出功率與驅(qū)動電流之間的關(guān)系曲線；圖2為現(xiàn)有的一種雙閉環(huán)控制的結(jié)構(gòu)框圖；圖3為本實用新型的激光管功率控制系統(tǒng)的原理圖；圖4為本實用新型的激光管功率控制系統(tǒng)的一個實施方式的組成示意圖；圖5為圖4中的激光管功率控制系統(tǒng)的控制時序圖；圖6為圖4中激光管功率控制系統(tǒng)中幾個電信號的波形轉(zhuǎn)換圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
，對本實用新型的控制系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理進行說明。在描述中，對于現(xiàn)有技術(shù)中常用的模塊的功能及作用僅作簡要說明或者略去，而對突出本實用新型特點的部分和與現(xiàn)有應用中的區(qū)別之處進行詳細闡明。參照圖3，總體而言，本實用新型旨在提供一種用于激光管的功率控制系統(tǒng)100，它用于對激光管組件10的激光管11的輸出功率進行控制，其中，激光管11通過一個激光檢測器12 (例如光電二極管)產(chǎn)生實際輸出信號IPIN至激光管功率控制系統(tǒng)100，激光管功率控制系統(tǒng)100輸出反饋控制信號Id至激光管11，從而對該激光管11的功率進行反饋控制，并且，對于本實用新型的應用而言，該系統(tǒng)外部通過數(shù)據(jù)發(fā)送機20對激光管功率控制系統(tǒng)100輸出發(fā)送指令信號(Burst信號)，控制該激光管發(fā)送該實際輸出信號，其中，當Burst信號為使能狀態(tài)(例如邏輯“I”)時，激光管11發(fā)送實際輸出信號IPIN，當Burst信號為非使能狀態(tài)時，激光管11停止發(fā)送該實際輸出信號IPIN。參照圖5，示出了 Burst信號的發(fā)送時序圖，當Burst為高電平(邏輯“I”)時，激光管11通過激光檢測器12發(fā)送數(shù)據(jù)(IPIN信號)，當Burst為低電平(邏輯“O”)時，激光管11停止發(fā)送數(shù)據(jù)(IPIN信號)。在激光管組件10中，激光管11當產(chǎn)生激光輻射時，一部分激光輻射被光電二極管11檢測到，光電二極管11產(chǎn)生實際輸出信號IPIN,在本實施方式中，該實際輸出信號是一個電流信號，該電流信號作為反饋信號被輸送到本實用新型的功率控制系統(tǒng)100中，功率控制系統(tǒng)100根據(jù)該反饋信號，輸出反饋控制信號Id，激光管11響應該Id信號，產(chǎn)生調(diào)整后的預期輻射，即輸出期望的目標功率值。如以上所述，激光管11輸出功率時，包括“高電平”信號(邏輯“I”)的輸出以及“低電平”信號(邏輯“O”)輸出，當送出的Id信號為高電平信號時，激光管11輸出高電平功率；相應地，當送出的Id信號為低電平信號時，激光管11輸出低電平功率。以下還將詳細敘述，Id信號可根據(jù)由該系統(tǒng)產(chǎn)生的調(diào)節(jié)電流產(chǎn)生，該調(diào)節(jié)電流經(jīng)過驅(qū)動電路(例如，驅(qū)動電路可對該調(diào)節(jié)電路進行放大)后，輸出為表征為電流信號的Id信號。與現(xiàn)有技術(shù)類似，該調(diào)節(jié)電流對應于上述激光管11的高電平輸出和低電平輸出，包括調(diào)制電流(Inwd)和偏置電流(Ibias)。而本實用新型的一個主要目的，便是如何對該調(diào)節(jié)電流(調(diào)制電流和偏置電流)進行反饋控制，以將激光管11的輸出功率調(diào)整到目標范圍內(nèi)。另外，數(shù)據(jù)發(fā)送機20作為該系統(tǒng)的外部模塊，其用于控制數(shù)據(jù)發(fā)送，即激光管11的功率輸出。在現(xiàn)實應用中，激光管11并非為恒定地進行數(shù)據(jù)發(fā)送(即功率輸出)，例如在當前FTTH (光纖入戶)中的GP0N/EP0N協(xié)議標準中，可能需要進行不同的數(shù)據(jù)輸送，即在一組數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)時隙(即上一組數(shù)據(jù)和下一組數(shù)據(jù)發(fā)送之間的時間間隙)，然后再進行另一組數(shù)據(jù)的發(fā)送。對數(shù)據(jù)輸送的控制，便是通過數(shù)據(jù)發(fā)送機20來實現(xiàn)的。進一步參照圖3，在本實用新型的功率控制系統(tǒng)100中，包括比較電路110、調(diào)節(jié)電路120和時鐘控制電路130。具體地，比較電路110基于實際輸出信號IPIN和目標信號值產(chǎn)生一個二進制的比較信號；調(diào)節(jié)電路120包括一個電流發(fā)生電路121以及一個驅(qū)動電路122，電流發(fā)送電路121用于根據(jù)該二進制的比較信號產(chǎn)生一個調(diào)節(jié)電流，驅(qū)動電路122用于根據(jù)該調(diào)節(jié)電流輸出反饋控制信號Id至該激光管11 ;時鐘控制電路130用于產(chǎn)生時鐘信號，并根據(jù)時鐘信號對該調(diào)節(jié)電流進行調(diào)節(jié)。特別地，在本實用新型的功率控制系統(tǒng)100中，時鐘信號包括第一時鐘信號和第二時鐘信號，當發(fā)送指令信號(Burst)從使能狀態(tài)到非使能狀態(tài)轉(zhuǎn)變時，該第一時鐘信號發(fā)生轉(zhuǎn)變，并對該二進制的比較信號進行鎖存，并且，在發(fā)送指令信號(Burst)的非使能狀態(tài)時隙內(nèi)，該第二時鐘信號發(fā)生轉(zhuǎn)變，并使得調(diào)節(jié)電路120根據(jù)該鎖存的比較信號進行電流調(diào)節(jié)。參照圖4，是本實用新型的功率控制系統(tǒng)100的一個實施方式的組成示意圖。在該實施方式中，調(diào)制電流控制部分和偏置電流控制部分均采用本實用新型的功率控制系統(tǒng)，即調(diào)制電流控制部分采用100a，偏置電流控制部分采用100b，由此，兩個功率控制部分100a、IOOb構(gòu)成一個用于激光管的雙閉環(huán)激光管功率控制系統(tǒng)。容易理解，在調(diào)制電流控制部分IOOa中，用于與實際輸出信號IPIN進行比較的目標信號值為對應于該激光管輸出高電平功率水平的目標電流值Pavg@# ;對應地，在偏置電流控制部分IOOb中，用于于實際輸出信號IPIN進行比較的目標信號置位對應于該激光管輸出低電平功率水平的目標電流值Ptl目標。具體地，參照圖4，在用于調(diào)制電流控制的功率控制部分IOOa中，比較電路I IOa包括比較器111a，該比較器Illa的反相輸入端順次連接有電流/電壓轉(zhuǎn)換器(I/V) 112a和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(DAC) 113a，目標電流值Pavg 輸送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器113a，比較器Illa的正相輸入端連接有電流/電壓轉(zhuǎn)換器(I/V)114a，并且實際輸出信號IPIN輸送至該電流/電壓轉(zhuǎn)換器114a。在圖不的實施方式中，IPIN為一電流信號,它通過電流/電壓轉(zhuǎn)換器114a轉(zhuǎn)換為一個平均電壓值Vpavg(參照圖6，即對一個Burst內(nèi)所有傳輸?shù)臄?shù)據(jù)取平均值)，作為IPIN的比較信號輸送到比較器Illa的正相輸入端，目標電流值Pavggis經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器IlOa進行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換，然后再通過電流/電壓轉(zhuǎn)換器112a轉(zhuǎn)化為電壓信號Vatm，并輸送到比較器Illa的反相輸入端，比較器Illa對平均電壓值Vpavg和電壓信號Vato進行比較，并輸出比較結(jié)果Ravg在該實施方式的設(shè)置中，當平均電壓值Vpavg大于電壓信號Vato時，比較器Illa輸出信號Ravg為高電平(邏輯“I”)，這表示激光管11輸出的高電平光功率小于預設(shè)值，反之，當平均電壓值Vpavg小于電壓信號Vato時，比較器Illa輸出信號Ravg為低電平(邏輯“O”)，這表示激光管11輸出的高電平光功率大于預設(shè)值。后面還將詳細描述，之后的調(diào)節(jié)電路和時鐘電路將會根據(jù)比較器IUa的輸出信號Ravg，對調(diào)制電流進行調(diào)節(jié)。在用于偏置電流的控制部分IOOb中，比較電路IlOb的設(shè)置與IlOa類似，不同的是該比較電路I IOb的放大器11 Ib的正相輸入端增加了 一個高電平檢測電路115b，具體地，比較電路IlOb包括一個比較器111b，比較器Illb的反相輸入端順次連接有電流/電壓轉(zhuǎn)換器(l/v)112b和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(DAC)113b，并且目標電流值Ptlge輸送至該模數(shù)轉(zhuǎn)換器113b，比較器Illb的正相輸入端順次連接有高電平檢測電路(THD)115b和電流/電壓轉(zhuǎn)換器(I/V) 114b，并且實際輸出信號IPIN輸送至該電流/電壓轉(zhuǎn)換器114b。高電平檢測電路115b可采用常規(guī)的峰值檢測電路構(gòu)成。容易理解，在參數(shù)設(shè)置上，兩個電流/電壓轉(zhuǎn)換器112b、114b的增益應當相同。目標電流值Ptlge經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器113b進行數(shù)模轉(zhuǎn)換并經(jīng)過電流/電壓轉(zhuǎn)換器112b轉(zhuǎn)換成電壓信號Vptltm后,輸送到比較器Illb的反相輸入端,另一方面，實際輸出信號IPIN經(jīng)過114b的電流/電壓轉(zhuǎn)換后，再通過高電平檢測電路115b對激光管11高電平時所對應的實際輸出信號IPIN進行檢測(具體見以下對圖6的時序描述)，并輸出比較信號Vptl輸送入比較器11 Ib的正相輸入端。比較器11 Ib根據(jù)兩個信號的比較結(jié)果，輸出高電平或低電平的輸出信號RP(i。與比較器Illa的輸出原理類似，當Vptl大于Vptltm時，比較器Illb輸出信號Rptl為高電平(邏輯“I”)，這表不激光管11輸出的低電平光功率小于預設(shè)值，反之，當Vptl小于Vptltm時，比較器Illb輸出信號Rro為低電平(邏輯“O”),這表不激光管11輸出的低電平光功率大于預設(shè)值。之后，后續(xù)的調(diào)節(jié)電路和時鐘電路將會根據(jù)比較器Illb的輸出信號Rpci，對偏置電流進行調(diào)節(jié)，這將在下文進行更詳細敘述。在上述比較電路IlOa和IlOb中，輸入到比較器111a、Illb兩個輸入端的比較信號為電壓信號。容易理解，也可以采用電流信號的方式，來將實際輸出信號和目標信號施加到比較器的兩個輸入端進行比較。進一步地，控制部分IOOa和控制部分IOOb中的調(diào)節(jié)電路分別包括電流發(fā)生電路121a、121b以及驅(qū)動電路122a、122b，更具體地，電流發(fā)生電路121a、121b分別包括計數(shù)器1211a、1211b和數(shù)模轉(zhuǎn)換器1212a、1212b。計數(shù)器121 la、1211b在各自的時鐘控制電路的控制下，分別對二進制的比較信號Ravg和Rpci進行計數(shù)，然后將結(jié)果輸出到數(shù)模轉(zhuǎn)換器1212a、1212b，進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，分別產(chǎn)生調(diào)制電流信號Inrod和偏置電流信號Ibias，調(diào)制電流信號Inrod和偏置電流信號Ibias分別通過驅(qū)動電路122a、122b進行一定比例的放大后，生成反饋控制信號Id并輸出到激光管11。驅(qū)動電路122a、122b分別為調(diào)制電流驅(qū)動器和偏置電流驅(qū)動器，它們可以分立設(shè)置，也可集成于同一個激光管驅(qū)動器內(nèi)?？商娲?，電流發(fā)生電路121a、121b也可采用其他設(shè)置方式來產(chǎn)生調(diào)制電流信號和偏置電流信號。例如，電流發(fā)生電路121a、121b可以是模擬電路，二進制的比較信號輸出Ravg和Rpci可以通過環(huán)路濾波器，得出模擬信號輸出并通過比例轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生調(diào)制電流和偏置電流。[0055]如上所述，電流發(fā)生電路121a、121b是在時鐘控制電路的控制下進行兩種電流的調(diào)節(jié)的。具體地，在控制部分IOOaUOOb中，時鐘控制電路分別包括用于產(chǎn)生時鐘信號的時鐘控制器131a、131b和D觸發(fā)器132a、132b，時鐘控制器131a、131b產(chǎn)生第一時鐘信號clkl和第二時鐘信號clk2，D觸發(fā)器132a、132b根據(jù)該第一時鐘信號clkl的轉(zhuǎn)變，對二進制的比較信號Ravg和Rto進行鎖存。另一方面，計數(shù)器1211a、1211b根據(jù)第二時鐘信號clk2的轉(zhuǎn)變，對Ravg和Rpci進行計數(shù)操及電流調(diào)節(jié)。在本實施例中，時鐘控制器131a、131b可以是兩個獨立的單元，也可以是兩個控制部分IOOaUOOb共用的時鐘控制單元。參照圖4，時鐘控制器根據(jù)發(fā)送指令信號(Burst)來產(chǎn)生第一時鐘信號clkl和第二時鐘信號clk2,并且,當Burst信號從使能狀態(tài)(Burston)到非使能狀態(tài)(Burst off)轉(zhuǎn)變時，即在圖4鐘所示的發(fā)送指令信號的下降沿，第一時鐘信號clkl發(fā)生轉(zhuǎn)變(Tl時刻)，此時通過D觸發(fā)器132a、132b鎖存信號Ravg和RP(I，此后進入發(fā)送指令信號的非使能狀態(tài)時隙(即在這段時間內(nèi)，激光器11不進行數(shù)據(jù)發(fā)送)，并且，利用時鐘控制器131a、131b，在該時隙內(nèi)使第二時鐘信號clk2發(fā)生轉(zhuǎn)變(T2時刻)，從而使計數(shù)器1211a、1211b開始對鎖存的二進制信號Ravg和Rpci進行計數(shù)，在該實施方式中，計數(shù)器121 la、121 Ib為雙向計數(shù)器，即根據(jù)D觸發(fā)器132a、132b鎖存的結(jié)果進行加I或減I運算，當D觸發(fā)器132a、132b的輸出為高電平(邏輯“I”)時，計數(shù)器1211a、1211b加1，反之則減I。在一個時隙內(nèi)(不包括Burst信號反轉(zhuǎn)的兩個時刻)，第二時鐘信號clkl只轉(zhuǎn)換一次，即一次時隙計數(shù)器121 la、121 Ib只完成一次加減運算。以調(diào)制電流控制部分IOOa為例，如果計數(shù)器值增加，則對應的數(shù)模轉(zhuǎn)換器1212a的輸出電流(即調(diào)制電流Imod)增加，并通過驅(qū)動電路122a放大一定比例后輸送至激光管11。此時如果假定偏置電流不變，則激光管11的平均光功率也會增加，平均光功率的增加會導致Vpavg降低，由此,可使Vpavg逐漸逼近Vatar,從而最終使得輸出的功率和預設(shè)功率相一致，實現(xiàn)對輸出功率的控制。偏置電流控制部分IOOb與調(diào)制電流控制部分IOOa的原理類似。結(jié)合圖4，在該實施方式中，當指令發(fā)送信號Burst從非使能狀態(tài)回到使能狀態(tài)時，第一時鐘信號clkl和第二時鐘信號clk2也發(fā)生轉(zhuǎn)換(第一時鐘信號ckll從高電平翻轉(zhuǎn)為低電平，第二時鐘信號clk2從低電平翻轉(zhuǎn)為高電平)，從而完成該次調(diào)節(jié)操作，并進入下一個循環(huán)周期。另外，容易理解，第二時鐘信號clk2在T2時刻的轉(zhuǎn)換，應當在觸發(fā)器完成鎖存后進行，即Tl和T2的時間差應當滿足觸發(fā)器的鎖存操作。對于調(diào)制電流控制部分IOOa而言，電流/電壓轉(zhuǎn)換器112a、114a可采用低速器件，而對于偏置電流控制部分IOOb而言，電流/電壓轉(zhuǎn)換器114b需采用高速器件，而電流/電壓轉(zhuǎn)換器112b采用通常的低速器件即可。這是因為，在調(diào)制電流控制部分100a，可通過低速的電流/電壓轉(zhuǎn)換器114a將實際輸出信號IPIN轉(zhuǎn)化為平均電壓值，因此在轉(zhuǎn)換過程中不需要高速處理。而對于偏置電流控制部分IOOb而言，由于需通過高電平檢測電路115b檢測激光管11在低電平功率時所對應的輸出信號IPIN，電流/電壓轉(zhuǎn)換器114b需高速地完成對IPIN信號的電流/電壓轉(zhuǎn)換，因它需采用高速器件。具體地，如圖6所示，為IPIN信號經(jīng)過電流/電壓轉(zhuǎn)換器114b和高電平檢測電路115b的波形轉(zhuǎn)換圖，其中，實際輸出信號IPIN為光電二極管12的電流輸出，其中高脈沖對應于高電平狀態(tài)下(即輸出邏輯“I”)的檢測電路，低脈沖對應于低電平狀態(tài)下(即輸出邏輯“O”的檢測電流。IPIN信號經(jīng)過電流/電壓轉(zhuǎn)換后輸出電壓信號Vipin,由于電流/電壓轉(zhuǎn)換電路的極性轉(zhuǎn)換,此時高脈沖對應于低電平狀態(tài)的發(fā)送功率，而低脈沖對應于高電平狀態(tài)的發(fā)送功率。電壓信號Vipin再經(jīng)過高電平檢測電路115b后輸出電壓信號VpO。在發(fā)送指令信號的非使能狀態(tài)時(Burstoff階段)，該輸出被預設(shè)到一個預定電壓值Vpo_reset。在發(fā)送指令信號的使能狀態(tài)開始時(Burst start)，高電平檢測電路115b開始工作，經(jīng)過一段穩(wěn)定時間Tset后，電路輸出等于Vipin的高電平值，從而實現(xiàn)高電平檢測功能。在該次數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后，Vpo被重新復位至Vpo_reset,以適應不同的數(shù)據(jù)發(fā)送期間(Burst期間)內(nèi)的快速建立，滿足特定協(xié)議(如PON協(xié)議等)需求。在上述實施方式中，采用雙閉環(huán)功率控制模式，即偏置電流控制和調(diào)制電流控制部分均采用本實用新型的反饋控制方案?？商娲?，也可以僅偏置電流控制和調(diào)制控制回路中的一種采用該反饋控制方案，而另一種采用開環(huán)控制方案，例如，可采用“調(diào)制電路開環(huán)偏置電路閉環(huán)”模式，也可采用“偏置電路開環(huán)調(diào)制電路閉環(huán)”模式。對于開環(huán)控制而言，如前所述，可以采用查表法等常用的開環(huán)控制方法。本實用新型的激光管功率控制系統(tǒng)，尤其適合于基于突發(fā)(BURST)模式的GPON/EPON等通訊網(wǎng)絡(luò)。在數(shù)據(jù)發(fā)送期間(BURST0N)完成對激光管輸出功率的檢測比較，但不對輸出功率進行調(diào)節(jié)，而在發(fā)送數(shù)據(jù)的間隙(BURST OFF)內(nèi)，對調(diào)制電流和偏置電路根據(jù)前一個的發(fā)送數(shù)據(jù)幀(即在一個BURST ON期間發(fā)送的數(shù)據(jù))的檢測結(jié)果進行調(diào)節(jié)，從而避免調(diào)制環(huán)路對主數(shù)據(jù)通道的影響。與現(xiàn)有的功率控制系統(tǒng)相比，本實用新型不是根據(jù)每個發(fā)送數(shù)據(jù)進行調(diào)節(jié)，而是根據(jù)每個數(shù)據(jù)時隙進行調(diào)節(jié)，該調(diào)節(jié)方式符合激光管老化和溫度變化的緩變特征，同時避免高速比較器、高速時鐘生成電路的使用，由此大大降低了電路的設(shè)計難度以及電路功耗。另外，本實用新型的控制系統(tǒng)中，采用了雙向計數(shù)器來保存調(diào)節(jié)結(jié)果，這避免了采用電容儲存易漏電而導致的精度缺失，從而大大提高了電路的控制精度，并適用于長時間的BURST OFF的應用領(lǐng)域。
權(quán)利要求1.一種雙閉環(huán)激光管功率控制系統(tǒng)，用于對激光管的輸出功率進行控制，其中，該激光管產(chǎn)生實際輸出信號至該激光管功率控制系統(tǒng)，該激光管功率控制系統(tǒng)輸出反饋控制信號至激光管，從而對該激光管的功率進行反饋控制，并且，通過數(shù)據(jù)發(fā)送機對該激光管功率控制系統(tǒng)輸出發(fā)送指令信號，控制該激光管發(fā)送該實際輸出信號，其中，當該發(fā)送指令信號為使能狀態(tài)時，該激光管發(fā)送該實際輸出信號，當該發(fā)送指令信號為非使能狀態(tài)時，該激光管停止發(fā)送該實際輸出信號，其特征在于，該雙閉環(huán)激光管控制控制系統(tǒng)包括調(diào)制電流控制回路、偏置電流控制回路以及驅(qū)動電路， 其中，該調(diào)制電流控制回路包括: 第一比較電路，該第一比較電路基于該實際輸出信號和第一目標信號值產(chǎn)生一個二進制的第一比較信號； 第一調(diào)節(jié)電路，該第一調(diào)節(jié)電路用于根據(jù)該二進制的第一比較信號產(chǎn)生調(diào)制電流，該調(diào)制電流輸送至該驅(qū)動電路； 該偏置電流控制回路包括: 第二比較電路，該第二比較電路基于該實際輸出信號和第二目標信號值產(chǎn)生一個二進制的第二比較信號； 第二調(diào)節(jié)電路，該第二調(diào)節(jié)電路 用于根據(jù)該二進制的第二比較信號產(chǎn)生偏置電流，該偏置電流輸送至該驅(qū)動電路； 并且，該調(diào)制電流控制回路和該偏置電流控制回路還包括一個時鐘控制電路，該時鐘控制電路用于產(chǎn)生時鐘信號，并根據(jù)時鐘信號對該調(diào)制電流以及偏置電流進行調(diào)節(jié)，其中， 該時鐘信號包括第一時鐘信號和第二時鐘信號，當該發(fā)送指令信號從使能狀態(tài)到非使能狀態(tài)轉(zhuǎn)變時，該第一時鐘信號發(fā)生轉(zhuǎn)變，并對該第一比較信號和第二比較信號進行鎖存，并且，在該發(fā)送指令信號的非使能狀態(tài)時隙內(nèi)，該第二時鐘信號發(fā)生轉(zhuǎn)變，并使得該第一調(diào)節(jié)電路和該第二調(diào)節(jié)電路根據(jù)該鎖存的第一比較信號和第二比較信號對該調(diào)制電流和該偏置電流進行調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙閉環(huán)激光管功率控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一目標信號值為對應于該激光管輸出高電平功率水平的目標電流值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙閉環(huán)激光管功率控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第二目標信號值為對應于該激光管輸出低電平功率水平的目標電流值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙閉環(huán)激光管功率控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一比較電路包括一個比較器，該比較器的反相輸入端順次連接有一個第一電流/電壓轉(zhuǎn)換器和第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并且所述第一目標電流值輸送至該第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該比較器的正相輸入端連接有一個第二電流/電壓轉(zhuǎn)換器，并且所述實際輸出信號輸送至該第二電流/電壓轉(zhuǎn)換器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙閉環(huán)激光管功率控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第二比較電路包括一個比較器，該比較器的反相輸入端順次連接有一個第一電流/電壓轉(zhuǎn)換器和第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并且所述第二目標電流值輸送至該第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該比較器的正相輸入端順次連接有一個高電平檢測電路和第二電流/電壓轉(zhuǎn)換器，并且所述實際輸出信號輸送至該第二電流/電壓轉(zhuǎn)換器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙閉環(huán)激光管功率控制系統(tǒng)，其特征在于，所述時鐘控制電路包括一個用于產(chǎn)生時鐘信號的時鐘控制器、一個第一 D觸發(fā)器以及一個第二 D觸發(fā)器，該時鐘控制器產(chǎn)生所述第一時鐘信號和第二時鐘信號，該第一 D觸發(fā)器根據(jù)所述第一時鐘信號的轉(zhuǎn)變鎖存所述第一比較信號，該第二 D觸發(fā)器根據(jù)所述第一時鐘信號的轉(zhuǎn)變鎖存所述第二比較信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙閉環(huán)激光管功率控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一調(diào)節(jié)電路包括一個計數(shù)器和一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器，當所述第二時鐘信號在所述非使能狀態(tài)時隙內(nèi)轉(zhuǎn)變時，該計數(shù)器根據(jù)所述鎖存的第一比較信號進行運算，該數(shù)模轉(zhuǎn)換器根據(jù)該計數(shù)器的值輸出所述調(diào)制電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙閉環(huán)激光管功率控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第二調(diào)節(jié)電路包括一個計數(shù)器和一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器，當所述第二時鐘信號在所述非使能狀態(tài)時隙內(nèi)轉(zhuǎn)變時，該計數(shù)器根據(jù)所述鎖存的第二比較信號進行運算，該數(shù)模轉(zhuǎn)換器根據(jù)該計數(shù)器的值輸出所述偏置電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙閉環(huán)激光管功率控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一電流/電壓轉(zhuǎn)換器和所述第二電流/電壓轉(zhuǎn)換器為低速器件。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙閉環(huán)激光管功率控制系統(tǒng)，其特征在于，所述比較器為低速器件。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙閉環(huán)激光管功率控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一電流/電壓轉(zhuǎn)換器為低速器件，所述第二電流/電壓轉(zhuǎn)換器為高速器件。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙閉環(huán)激光管功率控制系統(tǒng)，其特征在于，所述比較器為低速器件。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的雙閉環(huán)激光管功率控制系統(tǒng)，其特征在于，所述計數(shù)器為雙向計數(shù)器。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所 述的雙閉環(huán)激光管功率控制系統(tǒng)，其特征在于，所述計數(shù)器為雙向計數(shù)器。
專利摘要本實用新型公開了一種雙閉環(huán)激光管功率控制系統(tǒng)，包括調(diào)制電流控制回路、偏置電流控制回路以及驅(qū)動電路，其中，該調(diào)制電流控制回路包括第一比較電路，該第一比較電路基于該實際輸出信號和第一目標信號值產(chǎn)生一個二進制的第一比較信號；第一調(diào)節(jié)電路，該第一調(diào)節(jié)電路用于根據(jù)該二進制的第一比較信號產(chǎn)生調(diào)制電流，該調(diào)制電流輸送至該驅(qū)動電路；該偏置電流控制回路包括第二比較電路；第二調(diào)節(jié)電路；并且，該調(diào)制電流控制回路和該偏置電流控制回路還包括一個時鐘控制電路。本實用新型的雙閉環(huán)激光管功率控制系統(tǒng)避免了調(diào)制環(huán)路對主數(shù)據(jù)通道的影響。
文檔編號H01S5/0683GK202977971SQ20122066150
公開日2013年6月5日 申請日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者陳良生, 劉巖海, 張建玲, 朱腓利, 過奕先, 丁學欣 申請人:上海貝嶺股份有限公司