专利名称：一种用于激光驱动器的自动发光功率控制电路的制作方法
技术领域：
本发明属于光通信领域，尤其涉及一种用于激光驱动器的自动发光功率控制电路。
背景技术：
国内外研究者对LDD(激光驱动器)作了大量的研究。由于用于光通信领域的激光发光器件在不同的温度下的发光特性呈现明显的非线性特征，同时发光器件的老化也会造成其发光特性曲线的飘移，这就要求相应的LDD需要在不同的温度下自动补偿发光器件受各种因素变化的影响。
目前大致有两种激光发光器件的发光补偿方式。第一种为开环补偿方式，即根据每种激光发光器件的特性曲线而制定出相应的补偿曲线，并通过电路组合而实现。这种补偿方式很容易受激光发光器件的个体差异的影响。
第二种为闭环补偿方式，即采用带发光监控的激光发光器件，根据发光监控的信号实时调整LDD的驱动输出功率，从而补偿激光发光器件的特性曲线。这种补偿方式虽然克服了开环补偿方式的大部分缺点，但是当补偿电路本身的温度或者制造工艺发生变化时，依然有可能导致补偿的总体效果不理想。
完全可以补偿由任何因素造成的激光发光器件输出光功率的变化的电路目前在国内外都没有报导。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于激光驱动器的自动发光功率控制电路，该控制电路特征在于其包括激光器组件，其包括监控二极管和激光二极管，通过输入电流驱动激光二极管发出激光，监控二极管用于监控激光二极管发光的强度而输出相应比例的电流；带隙放大器电路，其输出经过电流镜电路、激光器组件与用户配置电路分压后反馈回其输入端；启动电路，用于启动带隙放大器电路；电流镜及监控电路，用于驱动激光二极管并监控驱动电流，输出一个与驱动电流成比例的监控电流信号；用户配置电路，用于用户自行设置。
本发明提出的自动发光功率控制电路可以补偿由任何因素造成的激光发光器件输出光功率的变化，使输出光功率维持在固定的水平。并且用户能够通过改变外围元件的参数自行设置输出光功率水平。
图1是根据本发明的自动发光功率控制电路的功能框图；图2是根据本发明的自动发光功率控制电路的原理图。
具体实施例方式
图1是根据本发明的自动发光功率控制电路的功能框图，由带隙放大器电路、启动电路、电流镜和监控电路以及用户配置电路构成。
图2是根据本发明的用于激光驱动器的自动发光功率控制电路的原理图。图中，PD(监控二极管)和LD(激光器)是带监控二极管的激光器组件。LD为发光器件，通过输入电流驱动而发出激光。PD为监控二极管，监控LD发光的强度而输出相应比例的电流。晶体管Q1、Q2、M3、M4和电阻R2、R3构成带隙放大器电路。Q3、Q4和R4构成带隙放大器的启动电路；M5作为带隙放大器的输出负载，推动Q6和Q7构成的电流镜，以驱动激光管LD；Q8为驱动电流监控，输出一个与驱动电流成比例的监控电流信号。RSET是用户用于自行设置输出光功率水平电阻。C1为与激光器组件配合的一个外接滤波电容。图中粗黑框以内的部分能够集成在同一个集成电路管芯内，即带隙放大器电路、启动电路、输出负载、电流镜及监控电路能够集成在同一个集成电路管芯内。
图2中，由晶体管Q1、Q2、M3、M4和电阻R2、R3构成的带隙放大器是本发明的重要组成部分，其中Q2的发射结面积为Q1的n倍，并且R2、R3的取值为特定的倍数关系。
从带隙基准的相关理论可以得到，零温度系数的基准为Vref≈Vbe+17.2Vt≈1.3V (1)其中Vt为电子的热电压，Vref是带隙基准电压，Vbe是三极管的基极-发射极压降。
图2中由于晶体管Q1、Q2的基级电位相等，有I2R2＝Vbe1-Vbe2＝Vtlnn (2)故流过晶体管Q2的电流为I2＝Vtlnn/R2 (3)所以带隙电压为V＝Vbe2+Vtlnn (1+2R3/R2)这样，可以选择n＝31，R3/R2＝2的组合，使得lnn(1+2R3/R2)≈17.2，以得到零温度系数。其中Vbe1是Q1的基极-发射极压降，Vbe2是Q2的基极-发射极压降。
带隙放大器的输出经M5，Q6，Q7，LD，PD与RSET分压后反馈回Q1和Q2的输入端，构成一个直流负反馈系统。这个系统是把Q1和Q2的输入端电压与带隙放大器内建的约1.3V的带隙基准电压相比较，负反馈的特性能保证当RSET在500Ω到5KΩ之间内取任意值时，并且环境温度在-20℃到+70℃之间内取任意值时，RSET上的电压恒等于带隙基准电压。所以，用户通过调整RSET的值就可以调整流过RSET支路的电流值，也就同时调整了流过PD(监控二极管)的电流。在环路负反馈机制的作用下，流过LD(激光器)的电流也会相应发生改变。这样，在设计范围内的任意条件下，即满足整个电路以及各个器件能够处于正常工作状态条件下，激光二极管的发光功率均为用户设定的值。
图2中，若温度、老化等因素造成的激光发光器件的发光效率下降而出现输出光功率出现下降的趋势，则PD检测到的光功率也会有下降的趋势，造成流过RSET的电流下降趋势，进而造成带隙放大器输入端电压下降的趋势。然而在环路负反馈机制的控制下，带隙放大器检测到了这种趋势，会相应降低M5输入的电位，以抵消输出光功率下降的趋势的影响。M5输入的电位的降低会增大通过Q6的电流，并镜像到Q7，最终增加了LD(激光器)的电流，使得实际输出的光功率维持在用户设定的水平，从而补偿激光器的输出光功率。
这个直流负反馈系统的理论分析如下设η为LD/PD组件的光功率到电流的转换系数，β为LD中流过的电流到其光功率的转换系数，取带隙放大器内部基准电压Vref＝1.3V。则有1.3/RSET＝P(LD)·η(4)所以LD的平均发光功率P(LD)＝1.3/(RSET·η) (5)又由于P(LD)＝I(avg)·β(6)这时流过LD的平均电流I(avg)为1.3/(RSET·η·β) (7)从公式(6)可见，激光器的出光功率只与RSET的值和LD/PD组件的功率电流转换系数相关，与其它的温度变化及LD的老化特性无关。从公式(7)可见流过LD的平均电流会随着LD发光效率的变化而变化，以修正由于温度变化及老化等因素造成的影响。
可见，以上电路是一种先进的自动发光功率控制电路，可以有效地应用于光通信激光驱动器设计中。
权利要求
1.一种用于激光驱动器的自动发光功率控制电路，其特征在于包括激光器组件，其包括监控二极管和激光二极管，通过输入电流驱动激光二极管发出激光，监控二极管用于监控激光二极管发光的强度而输出相应比例的电流；带隙放大器电路，其输出经过电流镜电路、激光器组件与用户配置电路分压后反馈回其输入端；启动电路，用于启动带隙放大器电路；电流镜及监控电路，用于驱动激光二极管并监控驱动电流，输出一个与驱动电流成比例的监控电流信号；用户配置电路，用于用户自行设置。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于用户配置电路是一个用于自行设置输出光功率的电阻。
3.根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于进一步包括一个晶体管，作为带隙放大器的输出负载。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于激光器组件配合一个外接滤波电容。
5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于通过调整用户配置电路的电阻值来自行设置激光二极管的输出光功率。
6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于带隙放大器检测到其输入端电压下降，会相应降低输入到其输出负载的电位，从而补偿激光二极管的输出光功率。
7.权利要求6所述的电路，其特征在于带隙放大器电路、启动电路、输出负载、电流镜及监控电路可以集成在同一个集成电路管芯内。
全文摘要
本发明涉及一种用于激光驱动器的自动发光功率控制电路，该控制电路其特征在于由激光器组件、带隙放大器、启动电路、电流镜和监控以及用户配置电路构成。本发明提出的自动发光功率控制电路可以补偿由任何因素造成的激光发光器件输出光功率的变化，使输出光功率维持在固定的水平；并且用户能够通过改变外围元件的参数自行设置输出光功率水平。
文档编号H01S5/00GK101030693SQ20071009068
公开日2007年9月5日 申请日期2007年4月3日 优先权日2007年4月3日
发明者蒋湘, 杜明鲜, 王丽芳, 周华, 冯玮, 叶亚琴 申请人:烽火通信科技股份有限公司