一种VCSEL激光器电流偏置电路及其控制方法技术

本发明专利技术提供一种VCSEL激光器电流偏置电路及其控制方法，属于光通信领域。控制思路为：设置激光器电流偏置电路的闭环带宽低于激光驱动器低频截止频率，输出端连接激光驱动器，此时输出端上有来自激光驱动器的信号；当输出端上来自激光驱动器的信号频率低于激光器电流偏置电路的闭环带宽时，激光器电流偏置电路作为电流源产生单元，输出端输出高阻抗；当输出端上来自激光驱动器的信号频率高于激光器电流偏置电路的闭环带宽时，激光器电流偏置电路转换为电压源产生单元，输出端输出低阻抗；本发明专利技术通过输出端为激光器提供高精度宽范围的偏置电流，同时具有低阻抗和自适应激光器偏置电压和不影响激光驱动器低频截止频率及带宽的特点。的特点。的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种VCSEL激光器电流偏置电路及其控制方法


[0001]本专利技术涉及一种VCSEL激光器电流偏置电路及其控制方法，属于电路


技术介绍

[0002]在光通信领域中，VCSEL激光器是一种常见的用于短距离传输信息的激光器。目前常见的VCSEL 激光驱动器分为阴极调制激光驱动器和阳极调制激光驱动器。阴极调制激光驱动器是将激光器的阴极接激光驱动器的输出端，激光器的阳极接电源。阴极调制激光驱动器系统需要提供两组不同电压的电源，较低电压的电源为激光驱动器提供电压，更高电压的电源为激光器阳极提供电压，因此增加了激光驱动器电源系统设计的复杂度和激光驱动器系统的功耗。阳极调制激光驱动器是将激光器的阳极接激光驱动器的输出端，激光器的阴极接地，从而减少了电源系统设计的复杂度并降低了系统功耗。因此设计一种应用于阳极调制的VCSEL激光器电流偏置电路具有重要的意义。
[0003]现有技术中，通过调节电流源的电流从而调节流过激光器的偏置电流。这种激光器偏置电路的缺点包括：首先，电流源的寄生电容极大降低了激光驱动器的带宽，尽管可以通过大电感消除部分寄生电容的影响，但效果仍然不理想，同时为了消除寄生电容引入的大电感也增大了芯片面积；其次，隔直电容引入了较高的低频截止点，使激光驱动器的小信号增益特性在低频段只有很低的增益，从而加剧了光纤系统的直流漂移问题。
[0004]还有利用流过VCSEL激光器的偏置电流等于流过电阻R1的电流减去流过MOS管的漏极电流。通过调节电源的电压大小从而调节流过激光器的偏置电流。尽管偏置方案没有加剧了光纤系统的直流漂移问题，但是还存在缺点，包括：首先，调节电源的电压大小增加了驱动器芯片外部系统电源的复杂度；其次，调节电源的电压大小只能够获得激光器偏置电流的变化趋势，无法确认激光器偏置电流的具体值。
[0005]综上，设计一种VCSEL 激光器电流偏置电路具有重要的意义。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术提供了一种VCSEL激光器电流偏置电路及其控制方法，目的是能够为VCSEL 激光器提供宽范围高精度的偏置电流，同时不影响激光驱动器电路的低频截止频率和带宽。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种VCSEL激光器电流偏置电路，包括：第一压控电流源、钳位单元、参考负载单元和电压源产生单元；所述参考负载单元设有参考电流接口Iref；所述电压源产生单元设有第二压控电流源和输出端Iout；第一压控电流源和第二压控电流源分别设有电压输入端和电流输出端，第一压控电流源的电压输入端连接第二压控电流源的电压输入端，第二压控电流源的电流输出端连接输出端Iout；输出端Iout用于为激光器输出偏置电流；
钳位单元连接第一压控电流源和电压源产生单元，钳位单元用于使第一压控电流源的电流输出端电压等于第二压控电流源的电流输出端电压；参考负载单元分别连接钳位单元和电压源产生单元；输出端Iout连接激光驱动器，接收激光驱动器的信号，用于将接收的激光驱动器的信号频率与激光器电流偏置电路的闭环带宽进行比较，控制输出端Iout输出高阻抗或者低阻抗。
[0008]进一步的，钳位单元包括第一钳位电路、第一分压电路和第三误差放大器；第一分压电路的第一端用于采样第一压控电流源的电流输出端电压，第一分压电路的第二端用于将第一端采样的第一压控电流源的电流输出端电压信号传输至第三误差放大器的反相输入端，第一分压电路的第三端连接地；第一钳位电路的第一端连接第一压控电流源的电流输出端，第一钳位电路的第二端连接第三误差放大器的输出端，第三误差放大器用于通过第一钳位电路的第二端控制第一钳位电路的第一端电压，从而控制第一压控电流源的电流输出端电压；第一钳位电路的第三端连接参考负载单元，参考负载单元通过第一钳位电路的第三端采样第一钳位电路的第一端电流，从而采样第一压控电流源的电流输出端电流。
[0009]进一步的，电压源产生单元还包括第二分压电路和第一误差放大器；第二分压电路的第一端用于采样第二压控电流源的电流输出端电压，并将采样结果通过第二分压电路的第四端输入第三误差放大器的同相输入端，第二分压电路的第一端还用于采样输出端Iout的电压并通过第二分压电路的第二端输出到第一误差放大器的同相输入端，第一误差放大器的反相输入端连接参考负载单元，第一误差放大器用于比较同相输入端和反相输入端的电压，第一误差放大器的输出端连接第二压控电流源的电压输入端，用于调节第二压控电流源电流输出端的输出电流使第一误差放大器的同相输入端和反相输入端电压相同；第二分压电路的第三端连接地。
[0010]进一步的，所述参考负载单元还包括第二误差放大器、第一参考负载和第二参考负载；第一参考负载的第一端连接第一钳位电路的第三端，用于采样第一压控电流源的电流输出端电流并转换成电压通过第一参考负载的第二端输出到第二误差放大器的反相输入端，第二参考负载通过第二参考负载的第一端采样参考电流接口Iref输入电流并转换成电压通过第二参考负载的第二端输出到第二误差放大器的同相输入端，第二误差放大器用于比较其同相输入端和反相输入端电压，并将比较结果输出到第一误差放大器的反相输入端，第二参考负载的第三端连接地。
[0011]进一步的，第一压控电流源包括晶体管MP2和电源VCC；第二压控电流源包括晶体管MP1和电源VCC；第一钳位电路包括晶体管MP3；第一分压电路包括电阻R7和电阻R8；第三误差放大器包括放大器AMP3；晶体管MP1的源极连接电源VCC,晶体管MP1的栅极连接晶体管MP2的栅极和放大器AMP1的输出端，晶体管MP1的漏极连接端口Iout和电阻R1的正极；晶体管MP2的源极连接电源VCC，晶体管MP2的栅极连接晶体管MP1的栅极，晶体管MP2的漏极连接电阻R7的正极和晶体管MP3的源极；晶体管MP3的栅极连接放大器AMP3的输出端；电阻R7的负极连接电阻R8的正极和放大器AMP3的反相输入端；电阻R8的负极连接地。
[0012]进一步的，第二分压电路包括电阻R1和电阻R2；第一误差放大器包括放大器AMP1；第二误差放大器包括放大器AMP2；第一参考负载包括电阻R5和电阻R9；第二参考负载包括
电阻R6和电容C3；电阻R9的正极连接晶体管MP3的漏极和电阻R5的正极，电阻R9的负极连接地，电阻R1的正极连接晶体管MP1的漏极和输出端Iout，电阻R1的负极连接电阻R2的正极和放大器AMP3的同相输入端以及放大器AMP1的同相输入端，电阻R2的负极连接地，电阻R6的正极连接参考电流端口Iref和电容C3的正极以及放大器AMP2的同相输入端，电阻R6的负极连接地，电容C3的负极连接地，电阻R5的正极连接电阻R9的正极和晶体管MP3的漏极，电阻R5的负极连接电容C2的正极和放大器AMP2的反相输入端，电容C2的负极连接电阻R4的正极，电阻R4的负极连接放大器AMP2的输出端、放大器AMP1的反相输入端、及电流源I1的负极、电阻R3的正极和电容C1的正极，电容C1的负极接地，电阻R3的负极接地，电流源I1的正极连接电源本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种VCSEL激光器电流偏置电路，其特征在于，包括：第一压控电流源、钳位单元、参考负载单元和电压源产生单元；所述参考负载单元设有参考电流接口Iref；所述电压源产生单元设有第二压控电流源和输出端Iout；第一压控电流源和第二压控电流源分别设有电压输入端和电流输出端，第一压控电流源的电压输入端连接第二压控电流源的电压输入端，第二压控电流源的电流输出端连接输出端Iout；输出端Iout用于为激光器输出偏置电流；钳位单元连接第一压控电流源和电压源产生单元，钳位单元用于使第一压控电流源的电流输出端电压等于第二压控电流源的电流输出端电压；参考负载单元分别连接钳位单元和电压源产生单元；输出端Iout连接激光驱动器，接收激光驱动器的信号，用于将接收的激光驱动器的信号频率与激光器电流偏置电路的闭环带宽进行比较，控制输出端Iout输出高阻抗或者低阻抗。2.根据权利要求1所述的VCSEL激光器电流偏置电路，其特征在于，钳位单元包括第一钳位电路、第一分压电路和第三误差放大器；第一分压电路的第一端用于采样第一压控电流源的电流输出端电压，第一分压电路的第二端用于将第一端采样的第一压控电流源的电流输出端电压信号传输至第三误差放大器的反相输入端，第一分压电路的第三端连接地；第一钳位电路的第一端连接第一压控电流源的电流输出端，第一钳位电路的第二端连接第三误差放大器的输出端，第三误差放大器用于通过第一钳位电路的第二端控制第一钳位电路的第一端电压，从而控制第一压控电流源的电流输出端电压；第一钳位电路的第三端连接参考负载单元，参考负载单元通过第一钳位电路的第三端采样第一钳位电路的第一端电流，从而采样第一压控电流源的电流输出端电流。3.根据权利要求2所述的VCSEL激光器电流偏置电路，其特征在于，电压源产生单元还包括第二分压电路和第一误差放大器；第二分压电路的第一端用于采样第二压控电流源的电流输出端电压，并将采样结果通过第二分压电路的第四端输入第三误差放大器的同相输入端，第二分压电路的第一端还用于采样输出端Iout的电压并通过第二分压电路的第二端输出到第一误差放大器的同相输入端；第一误差放大器的反相输入端连接参考负载单元，第一误差放大器用于比较同相输入端和反相输入端的电压，第一误差放大器的输出端连接第二压控电流源的电压输入端，用于调节第二压控电流源电流输出端的输出电流使第一误差放大器的同相输入端和反相输入端电压相同；第二分压电路的第三端连接地。4.根据权利要求3所述的VCSEL 激光器电流偏置电路，其特征在于，所述参考负载单元还包括第二误差放大器、第一参考负载和第二参考负载；第一参考负载的第一端连接第一钳位电路的第三端，用于采样第一压控电流源的电流输出端电流并转换成电压通过第一参考负载的第二端输出到第二误差放大器的反相输入端；通过第二参考负载的第一端采样参考电流接口Iref输入电流并转换成电压通过第二参考负载的第二端输出到第二误差放大器的同相输入端，第二误差放大器用于比较其同相
输入端和反相输入端电压，并将比较结果输出到第一误差放大器的反相输入端，第二参考负载的第三端连接地。5.根据权利要求3所述的VCSEL 激光器电流偏置电路，其特征在于，第一压控电流源包括晶体管MP2和电源VCC；第二压控电流源包括晶体管MP1和电源VCC；第一钳位电路包括晶体管MP3；第一分压电路包括电阻R7和电阻R8；第三误差放大器包括放大器AMP3；晶体管MP1的源极连接电源VCC，晶体管MP1的栅极连接晶体管MP2的栅极和放大器AMP1的输出端，晶体管MP1的漏极连接端口Iout和电阻R1的正极；晶体管MP2的源极连接电源VCC，晶体管MP2的栅极连接晶体管MP1的栅极，晶体管MP2的漏极连接电阻R7的正极和晶体管MP3的源极；晶体管MP3的栅极连接放大器AMP3的输出端；电阻R7的负极连接电阻R8的正极和放大器AMP3的反相输入端；电阻R8的负极连接地。6.根据权利要求5所述的VCSEL 激光器电流偏置电路，其特征在于，第二分压电路包括电阻R1和电阻R2；第一误差放大器包括放大器AMP1；第二误差放大器包括放大器AMP2；第一参考负载包括电阻R5和电阻R9；第二参考负载包括电阻R6和电容C3；电阻R9的正极连接晶体管MP3的漏极和电阻R5的正极，电阻R9的负极连接地，电阻R1的正极连接晶体管MP1的漏极和输出端Iout，电阻R1的负极连接电阻R2的正极和放大器AMP3的同相输入端以及放大器AMP1的同相输入端，电阻R2的负极连接地，电阻R6的正极连接参考电流端口Iref和电容C3的正极以及放大器AMP2的同相输入端，电阻R6的负极连接地，电容C3的负极连接地，电阻R5的正极连接电阻R9的正极和晶体管MP3的漏极，电阻R5的负极连接电容C2的正极和放大器AMP2的反相输入端，电容C2的负极连接电阻R4的正极，电阻R4的负极连接放大器AMP2的输出端、放大器AMP1的反相输入端、及电流源I1的负极、电阻R3的正极和电容C1的正极，电容C1的负极接地，电阻R3的负极接地，电流源I1的正极连接电源VCC，放大器AMP1的输出端连接晶体管MP1的栅极和晶体管MP2的栅极。7.根据权利要求3所述的VCSEL 激光器电流偏置电路，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李长波，黄磊，汪晓东，
申请(专利权)人：中晟微电子南京有限公司，
类型：发明
国别省市：