激光发射自动控制电路、方法及相关芯片、光模块和设备技术

本发明专利技术公开了激光发射自动控制电路、方法及相关芯片、光模块和设备。该电路包括：内环控制电路和外环控制电路；内环控制电路用于根据所发射激光的反馈和预设的功率电流控制参数，生成偏置电流；以及将偏置电流和外环控制电路输出的调制电流耦合后施加在发射的激光上；外环控制电路用于根据预设的激光器老化参数和内环控制电路的偏置电流值，输出比例控制的调制电流；本发明专利技术采用双控制环，内环控制电路使用平均功率控制的偏置电流进行激光器平均功率的控制，外环控制电路采用比例控制的调制电流实现稳定消光比的目的，并且，比例控制的系数与等效调制比例系数、调制电流和偏置电流的电流耦合系数以及调制基线抬升系数都相关，使得控制精度较高。

Laser emission automatic control circuit, method and related chip, optical module and equipment

The invention discloses a laser emission automatic control circuit, a method, a related chip, an optical module and a device. The circuit includes an inner ring and the outer ring control circuit and control circuit; loop control circuit for feedback and current power according to the preset control parameters of laser, generating a bias current; and the modulation current control circuit coupled output bias current and outer ring after applied in the launch of the laser; the outer ring control circuit according to the bias the current inner loop control circuit parameters and the preset laser aging value, modulation current output proportional control; the invention adopts double loop control, control loop control circuit of laser average power usage bias current average power control, outer loop control circuit adopts modulated current proportional control to achieve stable extinction ratio, and current, the coupling coefficient of the proportional control coefficient and equivalent modulation ratio, modulation current and bias current and modulation The line lifting coefficients are related, which makes the control accuracy higher.

【技术实现步骤摘要】
激光发射自动控制电路、方法及相关芯片、光模块和设备
本专利技术涉及光通信
，特别涉及一种激光发射自动控制电路、方法及相关芯片、光模块和设备。
技术介绍
在光通信中，光发射端是光通信中包含光模块或是含有光收发单元的设备，例如激光器，能够将电信号转变成光信号，并有效的把光信号耦合到传输光纤。激光器工作输出的平均光功率和消光比是两个重要的指标，但是由于激光器的非线性，以及激光器的发光效率的离散性及随温度、老化等因素变化和改变等原因，使得激光器发射的平均光功率和消光比会发生改变，因此稳定平均光功率和消光比参数是光发射端自动控制的重点。激光器在直接强度调制下，平均光功率和消光比是由激光器二极管驱动芯片提供的偏置电流和调制电流决定的。光发射端除了要求发送光功率在全温范围内和器件老化情况下能保持稳定的光信号功率输出外，还要求发出的光信号的消光比要尽可能保持稳定。一般来说消光比过小，调制的光信号功率在信号功率中比例会降低，最终导致光接收端的接收灵敏度较差，消光比过大时，常常会导致发光器件工作在非线性区，使得光发射输出眼图劣化，最终光接收灵敏度恶化，故对消光比的控制应该维持在一合理范围内，光接收灵敏度才能达到最佳。在实际生产中，由于芯片、激光器电路参数及工作温度的差异，消光比很难精确控制，只能将消光比控制在某一合理范围内。但环境工作温度的变化或者是器件老化会导致电路原件参数的改变，影响消光比的变化，导致灵敏度恶化，引起误码率激增，所以长期工作时维持消光比稳定对光通信的通信质量有重大意义。目前控制光发射端的参数时，对于稳定激光器光功率，往往采用单闭环方案对平均光功率进行控制，但是这样的电路往往无法达到稳定消光比的状况。而对于控制消光比的方式，一般又常用基于开环工作模式，例如下述方法：1、根据激光器的温度特性设计热敏电阻补偿电路。热敏电阻的线性度和补偿曲线的差异性，以及温度测量点的差异性使得这种补偿效果有限。2、采用K因子补偿法，激光器的驱动器中假如“K-因子”补偿特性，在激光器偏置电流增大的同时，按比例增大调制电流。这种方案参数控制比较单一，不能完全反映偏置电流对调制电流的影响效果。上述的热敏电阻补偿法和K-因子补偿法虽然实现的方式不同，但本质上都是利用开环控制消光比的稳定，这些方式的优点是实现简单，能使消光比稳定在一定的范围内，缺点是消光比的变化也取决于激光器件的一致性，补偿效果有限。稳定光发射端的平均光功率并同时稳定消光比，传统的光模块的光发射电路依然无法进行良好的控制。
技术实现思路
鉴于上述问题，提出了本专利技术以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种激光发射自动控制电路、方法及相关芯片、光模块和设备。第一方面，本专利技术实施例提供一种激光发射自动控制电路，所述控制电路包括：内环控制电路和外环控制电路；所述内环控制电路用于根据所发射激光的反馈和预设的功率电流控制参数，生成用平均功率控制的偏置电流；以及将所述偏置电流和外环控制电路输出的调制电流耦合后施加在发射的激光上；所述外环控制电路用于根据预设的激光器老化参数和所述内环控制电路的偏置电流值，输出比例控制的调制电流。在一个实施例中，所述内环控制电路，包括：顺次连接且形成闭环的激光发射电路、检测滤波电路、第一减法器、积分控制电路、偏置电流驱动电路和电流耦合电路；所述外环控制电路，包括：顺次连接的第二减法器、比例控制电路和调制电流驱动电路；其中：所述激光发射电路的输出端与所述检测滤波电路的输入端连接；所述检测滤波电路的输出端与所述第一减法器的负极输入端连接，所述第一减法器的正极输入端用于输入预设的功率电流控制参数；所述第一减法器的输出端与所述积分控制电路输入端连接；所述积分控制电路的输出端分别与所述偏置电流驱动电路的输入端以及与所述第二减法器的负极输入端连接；所述偏置电流驱动电路的输出端与所述电流耦合电路的输入端连接；所述第二减法器的正极输入端用于输入激光器老化参数；所述第二减法器的输出端与所述比例控制电路的输入端连接；所述比例控制电路的输出端与所述调制电流驱动电路的输入端连接，所述调制电流驱动电路的输出端与所述电流耦合电路的输入端连接；所述调制电流驱动电路输出的调制电流Im和所述偏置电流驱动电路输出的偏置电流Id满足：Im＝E*(Id-I’)；所述I’为激光器老化参数；所述比例控制电路的控制系数E＝(1-Z)/(ZK-A))，其中Z为等效调制比例系数、K为调制电流和偏置电流在电流耦合电路中的电流耦合系数、A为调制基线抬升系数。在一个实施例中，所述电流耦合电路的耦合方式包括：直流耦合方式和交流耦合方式。在一个实施例中，在所述直流耦合方式下：Id+K*Im＝I1Id+AIm＝I0在所述交流耦合方式下：Id+K/2*Im＝I1Id+(A-K/2)Im＝I0；上式中，Im为所述调制电流驱动电路输出的调制电流；Id为所述偏置电流驱动电路输出的偏置电流；K为调制电流和偏置电流在电流耦合电路中的电流耦合系数；A为调制基线抬升系数；I1为激光器“1”电平下的电流；I0为激光器“0”电平下的电流。在一个实施例中，所述检测滤波电路包括：背光信号检测电路和低通滤波器；所述激光发射电路的输出端与所述背光信号检测电路的输入端连接；所述背光信号检测电路的输出端与所述低通滤波器的输入端连接；所述低通滤波器的输出端与所述第一减法器的负极输入端连接。在一个实施例中，所述积分控制电路包括：顺次连接的积分控制器、偏置电流寄存器和偏置电流数模转换器；其中：所述第一减法器的输出端与所述积分控制器的输入端连接；所述偏置电流寄存器的输出端分别与所述第二减法器的负极输入端以及偏置电流数模转换器的输入端连接；所述偏置电流数模转换器的输出端与所述偏置电流驱动电路的输入端连接。在一个实施例中，所述比例控制电路包括：比例控制器、调制电流寄存器和调制电流数模转换器；其中：所述第二减法器的输出端与所述比例控制器的输入端连接，所述比例控制器还包括所述控制系数E的输入端；所述比例控制器的输出端连接所述调制电流寄存器的输入端连接；所述调制电流寄存器的输出端与所述调制电流数模转换器的输入端连接；调制电流数模转换器的输出端与所述调制电流驱动电路的输入端连接。在一个实施例中，所述第一减法器的正极输入端还连接有数模转换器。第二方面，本专利技术实施例提供的一种芯片，该芯片包含上述激光发射自动控制电路。第三方面，本专利技术实施例提供一种光模块，所述光模块包含上述激光发射自动控制电路。第四方面，本专利技术实施例还提供了一种激光发射自动控制方法，包括：根据所发射激光的反馈和预设的功率电流控制参数，生成用平均功率控制的偏置电流；根据预设的激光器老化参数和所述偏置电流值，输出经比例控制的调制电流；将所述偏置电流和所述调制电流耦合后施加在发射的激光上。在一个实施例中，根据所发射激光的反馈和预设的功率电流控制参数，生成用平均功率控制的偏置电流，包括：对所发射的激光的反馈信号进行背光电流的检测和低通滤波后，与预设的功率电流控制参数进行减法运算；将减法运算得到的结果进行积分处理，得到偏置电流值；根据所述偏置电流值输出对应的偏置电流。在一个实施例中，根据预设的激光器老化参数和所述内环控制电路的偏置电流值，输出经比例控制的调制电流，包括：将预设的激光器老本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光发射自动控制电路，其特征在于，所述控制电路包括：内环控制电路和外环控制电路；所述内环控制电路用于根据所发射激光的反馈和预设的功率电流控制参数，生成用平均功率控制的偏置电流；以及将所述偏置电流和外环控制电路输出的调制电流耦合后施加在发射的激光上；所述外环控制电路用于根据预设的激光器老化参数和所述内环控制电路的偏置电流值，输出比例控制的调制电流。

【技术特征摘要】
1.一种激光发射自动控制电路，其特征在于，所述控制电路包括：内环控制电路和外环控制电路；所述内环控制电路用于根据所发射激光的反馈和预设的功率电流控制参数，生成用平均功率控制的偏置电流；以及将所述偏置电流和外环控制电路输出的调制电流耦合后施加在发射的激光上；所述外环控制电路用于根据预设的激光器老化参数和所述内环控制电路的偏置电流值，输出比例控制的调制电流。2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述内环控制电路，包括：顺次连接且形成闭环的激光发射电路(1)、检测滤波电路(2)、第一减法器(3)、积分控制电路(4)、偏置电流驱动电路(5)和电流耦合电路(9)；所述外环控制电路，包括：顺次连接的第二减法器(6)、比例控制电路(7)和调制电流驱动电路(8)；其中：所述激光发射电路(1)的输出端与所述检测滤波电路(2)的输入端连接；所述检测滤波电路(2)的输出端与所述第一减法器(3)的负极输入端连接，所述第一减法器(3)的正极输入端用于输入预设的功率电流控制参数；所述第一减法器(3)的输出端与所述积分控制电路(4)输入端连接；所述积分控制电路(4)的输出端分别与所述偏置电流驱动电路(5)的输入端以及与所述第二减法器(6)的负极输入端连接；所述偏置电流驱动电路(5)的输出端与所述电流耦合电路(9)的输入端连接；所述第二减法器(6)的正极输入端用于输入激光器老化参数；所述第二减法器(6)的输出端与所述比例控制电路(7)的输入端连接；所述比例控制电路(7)的输出端与所述调制电流驱动电路(8)的输入端连接，所述调制电流驱动电路(8)的输出端与所述电流耦合电路(9)的输入端连接；所述调制电流驱动电路(8)输出的调制电流Im和所述偏置电流驱动电路(5)输出的偏置电流Id满足：Im＝E*(Id-I’)；所述I’为激光器老化参数；所述比例控制电路(7)的控制系数E＝(1-Z)/(ZK-A))，其中Z为等效调制比例系数、K为调制电流和偏置电流在电流耦合电路(9)中的电流耦合系数、A为调制基线抬升系数。3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述电流耦合电路(9)的耦合方式包括：直流耦合方式和交流耦合方式。4.如权利要求3所述的电路，其特征在于，在所述直流耦合方式下：Id+K*Im＝I1Id+AIm＝I0在所述交流耦合方式下：Id+K/2*Im＝I1Id+(A-K/2)Im＝I0；上式中，Im为所述调制电流驱动电路输出的调制电流；Id为所述偏置电流驱动电路输出的偏置电流；K为调制电流和偏置电流在电流耦合电路中的电流耦合系数；A为调制基线抬升系数；I1为激光器“1”电平下的电流；I0为激光器“0”电平下的电流。5.如权利要求2-4任一项所述的电路，其特征在于，所述检测滤波电路(2)包括：背光信号检测电路(21)和低通滤波器(22)；所述激光发射电路(1)的输出端与所述背光信号检测电路(21)的输入端连接；所述背...

【专利技术属性】
技术研发人员：张劲松，
申请(专利权)人：武汉汉源光通信技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42