专利名称：应用于激光驱动器的温度补偿电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及温度补偿电路，特别是涉及一种应用于激光驱动器的温度补偿电路。
背景技术：
光通信系统中，激光驱动器(LDD，Laser Diode Driver)以及激光器是发射端的 重要组成元件。激光驱动器为激光器提供所需要的驱动电流，针对激光器有阈值电流的特 性，其驱动电流包括调制电流和偏置电流，其中调制电流就是传输的高速数字信号，偏置电 流主要用于开启激光器的阈僖。激光器的性能参数会随着温度而变化，图1示出了激光二 极管的光功率-电流曲线，随着温度的升高，激光二极管的阈值电流会发生很大的漂移，同 时电光转换效率会随之递减。对于激光器的大多数应用范围，均要求激光器工作在-40°C至+85°C的温度范围 内，平均光功率和消光比(信号为0时平均光功率和信号为1时平均光功率的比值即消光 比)保持稳定。但是因为温度变化时，激光器的阈值电流会变化，为了保证平均光功率不 变，就需要自动功率控制来调整偏置电流的大小。如果自动功率控制的偏置电流发生变化， 此时如果调制电流不变，则消光比变化会超出正常范围。为了消除温度变化对激光器特性 的影响，现在大多数激光驱动器都针对调制电流进行温度补偿。目前，应用于激光驱动器温 度补偿的技术手段有多种，有的采用外界制冷系统对激光驱动器进行物理降温，有的在芯 片内部设计温度补偿电路对调制电流进行补偿。在实际应用中，当激光器的温度特性不同时，所需要的补偿比例也不相同，温度补 偿电路也就需要随之改变。但是，目前应用于激光驱动器的温度补偿电路普遍缺乏灵活性， 提供的温度补偿相对固定，难以实现灵活调整激光器所需要的补偿比例、维持激光器在全 温范围内的消光比稳定，难以适应不同的激光器温度特性，通用性较差。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种应用于激光驱动器的温 度补偿电路，能实现灵活调整激光器所需要的补偿比例、稳定消光比，能够适应不同激光器 的温度特性，通用性较强。本发明提供的应用于激光驱动器的温度补偿电路，包括正温度系数电流产生模 块、零温度系数电流产生模块和温度补偿比例控制模块，所述正温度系数电流产生模块的 输出端、零温度系数电流产生模块的输出端均与温度补偿比例控制模块的输入端连接；所 述正温度系数电流产生模块用于产生随温度升高而增大的正温度系数电流II，以确定 温度补偿的斜率；所述零温度系数电流产生模块用于产生与温度无关的零温度系数电流 12，以确定温度补偿的起始温度；所述温度补偿比例控制模块用于通过采样得到正温度 系数电流Il和零温度系数电流12的差值(11-12)，将所述差值(11-12)与控制补偿电流 14大小的外部输入电流13进行叠加，来确定补偿电流14的大小，以控制温度补偿的比例。在上述技术方案中，所述正温度系数电流产生模块的实现电路包括运算放大器A1、A2，NMOS管M1、M4，PMOS管M2、M3，电阻Rl、R2，可变电阻R3和PNP晶体管Q1，其中，运 算放大器Al的正极接输入电压VI，负极接NMOS管Ml的源级，输出端接NMOS管Ml的栅极， 电阻Rl —端接运算放大器Al的负极，另一端接晶体管Ql的发射极，晶体管Ql的基极和集 电极相连并接地；PMOS管M2的漏极和NMOS管Ml的漏极相连，PMOS管M2的栅极和漏极连 接，PMOS管M2、M3共栅极，PMOS管M2、M3的源极均接电源VDD，PMOS管M3的漏极分别与运 算放大器A2的正极、电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端接地，运算放大器A2的输出端 接NMOS管M4的栅极，运算放大器A2的负极分别与NMOS管M4的源级、可变电阻R3的一端 连接，可变电阻R3的另一端接地。在上述技术方案中，所述NMOS管M4的漏极为正温度系数电流产生模块的输出端， 输出所述正温度系数电流II。在上述技术方案中，所述零温度系数电流产生模块的实现电路包括运算放大器 A3、NMOS管MO、PMOS管M5、M6和可变电阻R4，其中，运算放大器A3的正极接输入电压VI， 负极接NMOS管MO的源级，输出端接NMOS管MO的栅极，可变电阻R4 —端接运算放大器A3 的负极，另一端接地，NMOS管MO的漏极和PMOS管M6的漏极连接，PMOS管M6的栅极和漏极 连接，PMOS管M5、M6共栅极，PMOS管M5、M6的源级均接电源。在上述技术方案中，所述PMOS管M5的漏极为零温度系数电流产生模块的输出端， 输出所述零温度系数电流12。在上述技术方案中，所述输入电压Vl为与温度系数无关的带隙基准电压。在上述技术方案中，所述温度补偿比例控制模块的实现电路包括PM0S管M7、M8 和匪OS管M9、M10，其中，PMOS管M7、M8共栅极，PMOS管M7、M8的源极均接电源，PMOS管M7 的栅极和漏极连接，PMOS管M8的漏极和NMOS管M9的漏极连接，NMOS管M9的漏极还连接 外部输入电流13，NMOS管M9的栅极和漏极连接，NMOS管M9、MlO共栅极，NMOS管M9、MlO 的源极均接地。在上述技术方案中，所述NMOS管M4的漏极分别于PMOS管M5、M7的漏极连接。在上述技术方案中，所述NMOS管MlO的漏极为所述温度补偿比例控制模块的输出 端，输出所述补偿电流14。与现有技术相比，本发明的优点如下(1)当温度变化引起消光比变化时，本发明能够实现灵活调整激光器所需要的补 偿比例，根据其温度特性补偿激光器的调制电流，使激光器输出的光信号具有稳定的消光 比。(2)通过改变外设电阻的阻值，来调整激光器的温度补偿起始点以及补偿斜率，来 适应不同激光器的温度特性，具有较强的通用性。(3)电路结构简单，采用价格低廉的CMOS工艺制作完成，经过CMOS工艺验证，电路 稳定可靠，性能良好，对激光器有很好的温度补偿效果。
图1是激光二极管的光功率-电流曲线图；图2是本发明实施例的实际应用示意图；图3是本发明实施例的电路5
图4是本发明实施例的补偿电流输出曲线图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述。本发明实施例应用于激光驱动器中，参见图2所示，包括应用于激光驱动器的温 度补偿电路1、调制电流输出模块2和激光器及其匹配网络3，应用于激光驱动器的温度补 偿电路1输出补偿电流14到调制电流输出模块2，调制电流输出模块2将带有补偿的调制 电流Im输出到激光器，由此对激光器本身的温度特性进行补偿。调制电流输出模块2是 一个较为通用的差分输出的控制方式，补偿电流14直接控制差分输出单元的尾电流源10， 就会直接影响到激光器的调制电流，从而达到了温度补偿的作用，即通过控制激光器的调 制电流，使激光器在全温范围内保持稳定的消光比。参见图2所示，应用于激光驱动器的温度补偿电路1包括正温度系数电流产生模 块11、零温度系数电流产生模块12和温度补偿比例控制模块13。其中，正温度系数电流产 生模块11的输出端、零温度系数电流产生模块12的输出端均与温度补偿比例控制模块13 的输入端连接，正温度系数电流产生模11用于产生随温度升高而增大的正温度系数电流 II，以确定温度补偿的斜率；零温度系数电流产生模块12用于产生与温度无关的零温度 系数电流12，以确定温度补偿的起始温度；温度补偿比例控制模块13用于通过采样得到 正温度系数电流Il和零温度系数电流12的差值(11-12)，将所述差值(11-12)与控制补偿 电流14大小的外部输入电流13进行叠加，来确定补偿电流14的大小，以控制温度补偿的 比例。下面详细说明本发明实施例的具体实现电路，在下面的电路连接关系的说明中， 如果不作特别说明，所有的NMOS管的衬底都接地，所有的PMOS管的衬底都接电源。参见图3所示，正温度系数电流产生模块11的实现电路包括运算放大器A1、A2， NMOS管Ml、M4，PMOS管M2、M3，电阻R1、R2，可变电阻R3和PNP晶体管Ql，其中，运算放大器 Al的正极接输入电压Vl (输入电压Vl是一个与温度系数无关的带隙基准电压)，NMOS管 Ml是运算放大器Al的输出管，运算放大器Al的输出端和NMOS管Ml的栅极连接，运算放大 器Al的负极和NMOS管Ml的源级连接。电阻Rl的一端接运算放大器Al的负极，另一端接 晶体管Ql的发射极，晶体管Ql的基极和集电极相连并接地。PMOS管M2的漏极和NMOS管 Ml的漏极相连，PMOS管M2的栅极和漏极连接，PMOS管M2、M3共栅极，PMOS管M2、M3的源 极均接电源VDD，PM0S管M3的漏极分别与运算放大器A2的正极、电阻R2的一端相连，电阻 R2的另一端接地，运算放大器A2的输出端接NMOS管M4的栅极，运算放大器A2的负极分别 与NMOS管M4的源级、可变电阻R3的一端连接，可变电阻R3的另一端接地。NMOS管M4的 漏极为正温度系数电流产生模块11的输出端，输出正温度系数电流II。参见图3所示，零温度系数电流产生模块12的实现电路包括运算放大器A3、 NMOS管MO、PMOS管M5、M6和可变电阻R4，其中，运算放大器A3的正极接输入电压Vl (该 输入电压Vl和正温度系数电流产生模块11中的输入电压Vl来自同一个基准电压)，运算 放大器A3的负极接NMOS管MO的源级，运算放大器A3的输出端接NMOS管MO的栅极。可 变电阻R4的一端接运算放大器A3的负极，另一端接地，NMOS管MO的漏极和PMOS管M6的 漏极连接，PMOS管M6的栅极和漏极连接，PMOS管M5、M6共栅极，PMOS管M5、M6的源级均接电源。PMOS管M5的漏极为零温度系数电流产生模块12的输出端，输出零温度系数电流 12。参见图3所示，温度补偿比例控制模块13的实现电路包括PM0S管M7、M8和NMOS 管M9、M10，其中，PMOS管M7、M8共栅极，PMOS管M7、M8的源极均接电源，PMOS管M7的栅极 和漏极连接，PMOS管M8的漏极和NMOS管M9的漏极连接，NMOS管M9的漏极还连接外部输 入电流13，NMOS管M9的栅极和漏极连接，NMOS管M9、MlO共栅极，NMOS管M9、MlO的源极 均接地。NMOS管MlO的漏极为温度补偿比例控制模块13的输出端，输出补偿电流14。正温度系数电流产生模块11的输出端和零温度系数电流产生模块12的输出端连 接，同时和温度补偿比例控制模块13的输入端连接在一起，参见图3所示，在具体的实现电 路中NM0S管M4的漏极与PMOS管M5的漏极连接，同时和PMOS管M7的漏极连接在一起。本发明实施例的原理详细阐述如下(一 )正温度系数电流产生模块11的电路原理正温度系数电流产生模块11的主要任务是产生一个与温度成正比的电流，即正 温度系数电流II，也就是图3中NMOS管M4的漏极电流。输入电压Vl是正温度系数电流产 生模块11的输入信号，即一个零温度系数的带隙基准电压。从图3中正温度系数电流产生 模块11的电路图分析，可以得到PMOS管M2漏极的电流IDM2的表达式如下
权利要求
1.一种应用于激光驱动器的温度补偿电路，其特征在于包括正温度系数电流产生模 块(11)、零温度系数电流产生模块(1 和温度补偿比例控制模块(13)，所述正温度系数电 流产生模块(11)的输出端、零温度系数电流产生模块(1 的输出端均与温度补偿比例控 制模块(1 的输入端连接；所述正温度系数电流产生模块(11)用于产生随温度升高而增大的正温度系数电流 II，以确定温度补偿的斜率；所述零温度系数电流产生模块(12)用于产生与温度无关的零温度系数电流12，以确 定温度补偿的起始温度；所述温度补偿比例控制模块(13)用于通过采样得到正温度系数电流Il和零温度系 数电流12的差值(11-12)，将所述差值(11-12)与控制补偿电流14大小的外部输入电流 13进行叠加，来确定补偿电流14的大小，以控制温度补偿的比例。
2.如权利要求1所述的应用于激光驱动器的温度补偿电路，其特征在于所述正温度 系数电流产生模块(11)的实现电路包括运算放大器Al、A2，NMOS管Ml、M4，PMOS管M2、 M3，电阻R1、R2，可变电阻R3和PNP晶体管Ql，其中，运算放大器Al的正极接输入电压VI， 负极接NMOS管Ml的源级，输出端接NMOS管Ml的栅极，电阻Rl —端接运算放大器Al的负 极，另一端接晶体管Ql的发射极，晶体管Ql的基极和集电极相连并接地；PMOS管M2的漏 极和NMOS管Ml的漏极相连，PMOS管M2的栅极和漏极连接，PMOS管M2、M3共栅极，PMOS管 M2、M3的源极均接电源VDD，PMOS管M3的漏极分别与运算放大器A2的正极、电阻R2的一 端相连，电阻R2的另一端接地，运算放大器A2的输出端接NMOS管M4的栅极，运算放大器 A2的负极分别与NMOS管M4的源级、可变电阻R3的一端连接，可变电阻R3的另一端接地。
3.如权利要求2所述的应用于激光驱动器的温度补偿电路，其特征在于所述NMOS管 M4的漏极为正温度系数电流产生模块(11)的输出端，输出所述正温度系数电流II。
4.如权利要求2所述的应用于激光驱动器的温度补偿电路，其特征在于所述零温度 系数电流产生模块(12)的实现电路包括运算放大器A3、NMOS管MO、PMOS管M5、M6和可 变电阻R4，其中，运算放大器A3的正极接输入电压Vl，负极接NMOS管MO的源级，输出端接 NMOS管MO的栅极，可变电阻R4 —端接运算放大器A3的负极，另一端接地，NMOS管MO的漏 极和PMOS管M6的漏极连接，PMOS管M6的栅极和漏极连接，PMOS管M5、M6共栅极，PMOS管 M5、M6的源级均接电源。
5.如权利要求4所述的应用于激光驱动器的温度补偿电路，其特征在于所述PMOS管 M5的漏极为零温度系数电流产生模块(12)的输出端，输出所述零温度系数电流12。
6.如权利要求2或4要求所述的应用于激光驱动器的温度补偿电路，其特征在于，所述 输入电压Vl为与温度系数无关的带隙基准电压。
7.如权利要求4所述的应用于激光驱动器的温度补偿电路，其特征在于所述温度补 偿比例控制模块(13)的实现电路包括PM0S管M7、M8和匪OS管M9、M10，其中，PMOS管M7、 M8共栅极，PMOS管M7、M8的源极均接电源，PMOS管M7的栅极和漏极连接，PMOS管M8的漏 极和NMOS管M9的漏极连接，NMOS管M9的漏极还连接外部输入电流13，NMOS管M9的栅极 和漏极连接，NMOS管M9、MlO共栅极，NMOS管M9、MlO的源极均接地。
8.如权利要求7所述的应用于激光驱动器的温度补偿电路，其特征在于所述NMOS管 M4的漏极分别于PMOS管M5、M7的漏极连接。
9.如权利要求7所述的应用于激光驱动器的温度补偿电路，其特征在于所述NMOS管 MlO的漏极为所述温度补偿比例控制模块(13)的输出端，输出所述补偿电流14。
全文摘要
本发明公开了一种应用于激光驱动器的温度补偿电路，包括正温度系数电流产生模块、零温度系数电流产生模块和温度补偿比例控制模块，正温度系数电流产生模块、零温度系数电流产生模块的输出端均接温度补偿比例控制模块输入端；正温度系数电流产生模块产生随温度升高而增大的正温度系数电流，以确定温度补偿的斜率；零温度系数电流产生模块产生与温度无关的零温度系数电流，以确定温度补偿的起始温度；温度补偿比例控制模块采样到正温度系数电流和零温度系数电流的差值，将差值与控制补偿电流的外部输入电流叠加，确定补偿电流，以控制温度补偿的比例。本发明能灵活调整激光器的补偿比例、稳定消光比、适应不同激光器的温度特性、通用性强。
文档编号H03B5/04GK102064765SQ20101060320
公开日2011年5月18日 申请日期2010年12月24日 优先权日2010年12月24日
发明者周华 申请人:烽火通信科技股份有限公司