一种低温波长控制电路及光模块的制作方法

[0001]
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种低温波长控制电路及光模块。


背景技术：

[0002]
相对于dwdm(dense wavelength division multiplexing，密集型光波复用)系统，cwdm(coarse wavelength division multiplexing，稀疏波分复用)系统具有更宽的波长间隔，业界通行的标准波长间隔为20nm。对于光模块的工作中心波长要求，工作温度范围内波长偏移量
±
6.5nm之内，常见dfb(distributed feedback laser，分布式反馈激光器)激光器波长随温度偏移量0.09～0.1nm/℃。由于受限于inp(indium phosphide，磷化铟)激光器的技术瓶颈，商业级环境应用的波长要求是可以满足的，但在工业级环境应用时，因为低温波长将会超出
±
6.5nm范围，所以必须要增加激光器制热功能。
[0003]
目前，常见的两种解决方案，一种是使用tec(thermal electronic cooler，半导体制冷器)来控制波长，但电路比较复杂，激光器封装工艺复杂，成本是原本的2倍以上，在成本敏感的应用中很难批量使用；另一种则是使用加热电阻，这种方案虽然成本较低，且容易实现，但常见的使用mos管或三极管做电流的放大驱动电路存在以下几个缺陷：
[0004]
(1)mos管或三极管构成的放大驱动电路，本质属于ldo电源设计，转换效率只有20～60％，转换效率较低，存在较大的功率耗散；
[0005]
(2)由于mcu内部参考电压是2.4v，dac最大也只能输出2.4v，而常见简单的驱动电路设计是三极管或mos管一端接vcc，另一端接加热电阻，这里存在部分mos管或三极管开启电压过低，导致驱动电路无法关断，加热功能一直工作，这将会严重影响产品的可靠性；
[0006]
(3)采用dac直接驱动mos管或三极管的方式，由于没有参考电压，电路稳定性偏差，容易产生临界导通振荡问题，引起电源电压波动，可能导致mcu出现复位等异常状况。
[0007]
因此，如何对现有的低温波长控制方案进行改进，以克服上述缺陷，或者是提供一种全新的低温波长控制技术，进而增加其应用性，成为了本领域技术人员重要的研究课题之一。
[0008]
以上信息作为背景信息给出只是为了辅助理解本公开。并没有确定或者承认任意上述内容是否可用作相对于本公开的现有技术。


技术实现要素：

[0009]
本发明提供一种低温波长控制电路及光模块，以解决现有技术的不足。
[0010]
为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：
[0011]
第一方面，本发明实施例提供一种低温波长控制电路，包括电接口单元、mcu电路、dml驱动电路、dcdc电路和发射组件；其中，
[0012]
所述dcdc电路分别与所述mcu电路、所述发射组件连接；
[0013]
所述dml驱动电路分别与所述mcu电路、所述发射组件连接；
[0014]
所述电接口单元分别与所述dml驱动电路、所述mcu电路、所述dml驱动电路与所述
mcu电路之间的电路连接；
[0015]
所述电接口单元用于接收输入的电信号；
[0016]
所述dml驱动电路用于在所述mcu电路的控制下，调节偏置电流和调制电流大小，并驱动所述发射组件；
[0017]
所述发射组件用于从所述电接口单元接收所述电信号，并根据所述偏置电流和调制电流的驱动将所述电信号转换为光信号输出；
[0018]
所述dcdc电路用于在所述mcu电路的控制下，调节输出给所述发射组件的电压，以控制所述发射组件内电阻的功耗，达到加热激光器温度的目的。
[0019]
进一步地，所述低温波长控制电路中，所述发射组件包括激光二极管、光电探测二极管和加热电阻；
[0020]
所述激光二极管的正极和负极均与所述dml驱动电路连接；
[0021]
所述光电探测二极管的负极与所述dml驱动电路连接，所述光电探测二极管的正极接地；
[0022]
所述加热电阻的一端与所述dcdc电路连接，所述加热电阻的另一端接地。
[0023]
进一步地，所述低温波长控制电路中，所述电接口单元的td+引脚与所述dml驱动电路的tdip引脚连接；
[0024]
所述电接口单元的td-引脚与所述dml驱动电路的tdin引脚连接；
[0025]
所述电接口单元的vcct引脚分别与所述dml驱动电路的vcc33引脚、所述mcu电路的scl_m引脚、所述mcu电路的sda_m引脚、所述dcdc电路的vin引脚连接；
[0026]
所述电接口单元的tx_disable引脚分别与所述mcu电路的tx_dis引脚、所述dml驱动电路的txdis引脚连接；
[0027]
所述电接口单元的sda引脚与所述mcu电路的sda引脚连接；
[0028]
所述电接口单元的scl引脚与所述mcu电路的scl引脚连接。
[0029]
进一步地，所述低温波长控制电路中，所述dml驱动电路的scl引脚与所述mcu电路的scl_m引脚连接；
[0030]
所述dml驱动电路的sda引脚与所述mcu电路的sda_m引脚连接；
[0031]
所述dml驱动电路的li引脚通过第一电感与所述dml驱动电路的lo引脚连接；
[0032]
所述dml驱动电路的pmsvcc引脚通过第一电容接地；
[0033]
所述dml驱动电路的svcc引脚连接在所述dml驱动电路的pmsvcc引脚与所述第一电容之间；
[0034]
所述dml驱动电路的outk引脚与所述激光二极管的负极连接；
[0035]
所述dml驱动电路的outa引脚与所述激光二极管的正极连接；
[0036]
所述dml驱动电路的vccta引脚通过抗干扰器件连接在所述dml驱动电路的outa引脚与所述激光二极管的正极之间；
[0037]
所述dml驱动电路的vcctk引脚通过第二电容连接在所述dml驱动电路的vccta引脚与所述抗干扰器件之间；
[0038]
所述dml驱动电路的mdin引脚与所述光电探测二极管的负极连接。
[0039]
进一步地，所述低温波长控制电路中，所述mcu电路的en引脚与所述dcdc电路的en引脚连接；
[0040]
所述mcu电路的temp_dac引脚通过第一电阻与所述dcdc电路的fb引脚连接。
[0041]
进一步地，所述低温波长控制电路中，所述dcdc电路的lx引脚通过第二电感与所述加热电阻连接；
[0042]
所述dcdc电路的gnd引脚接地；
[0043]
所述dcdc电路的fpwm引脚连接在所述dcdc电路的vin引脚与所述电接口单元的vcct引脚之间。
[0044]
进一步地，所述低温波长控制电路还包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第三电容和第四电容；
[0045]
所述第二电阻的一端连接在所述dcdc电路的fb引脚与所述第一电阻之间，所述第二电阻的另一端接地；
[0046]
所述第三电阻的一端连接在所述dcdc电路的fb引脚与所述第一电阻之间，所述第三电阻的另一端连接在dcdc电路的lx引脚与所述加热电阻之间；
[0047]
所述第四电阻的一端连接在所述dcdc电路的en引脚与所述mcu电路的en引脚之间，所述第四电阻的另一端接地；
[0048]
所述第三电容一端连接在所述dcdc电路的vin引脚与所述电接口单元的vcct引脚之间，所述第三电容的另一端接地；
[0049]
所述第四电容的一端连接在dcdc电路的lx引脚与所述加热电阻之间，所述第四电容的另一端接地。
[0050]
进一步地，所述低温波长控制电路还包括第五电阻和第六电阻；
[0051]
所述第五电阻串联在所述电接口单元的vcct引脚与所述mcu电路的sda_m引脚之间；
[0052]
所述第六电阻串联在所述电接口单元的vcct引脚与所述mcu电路的scl_m引脚之间。
[0053]
进一步地，所述低温波长控制电路中，所述抗干扰器件为铁氧体磁珠。
[0054]
第二方面，本发明实施例提供一种光模块，包括如上述第一方面所述的低温波长控制电路。
[0055]
本发明实施例提供的一种低温波长控制电路及光模块，通过采用可调的dcdc电路来输出对应电压给发射组件，可驱动发射组件中的加热电阻做对应的温度补偿，电源转换效率在90％以上，能有效降低驱动电路功率耗散，同时电路稳定性更好，波长控制精度更高，具有较高的推广应用价值。
附图说明
[0056]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0057]
图1是本发明实施例提供的一种低温波长控制电路的功能模块示意图；
[0058]
图2是本发明实施例提供的一种低温波长控制电路的电路原理示意图。
具体实施方式
[0059]
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0060]
在本发明的描述中，需要理解的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。
[0061]
此外，术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有此特定的方位、以特定的方位构造进行操作，以此不能理解为本发明的限制。
[0062]
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
[0063]
实施例一
[0064]
有鉴于上述现有的激光器制热技术存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种能够解决光模块低温波长漂移问题的方案，使生产出来的光模块更具可靠性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
[0065]
请参考图1～2，本发明实施例提供一种低温波长控制电路包括电接口单元j1、mcu电路u2、dml驱动电路u1、dcdc电路u3和发射组件j2；其中，
[0066]
所述dcdc电路u3分别与所述mcu电路u2、所述发射组件j2连接；
[0067]
所述dml驱动电路u1分别与所述mcu电路u2、所述发射组件j2连接；
[0068]
所述电接口单元j1分别与所述dml驱动电路u1、所述mcu电路u2、所述dml驱动电路u1与所述mcu电路u2之间的电路连接；
[0069]
所述电接口单元j1用于接收输入的电信号；
[0070]
所述dml驱动电路u1用于在所述mcu电路u2的控制下，调节偏置电流和调制电流大小，并驱动所述发射组件j2；
[0071]
所述发射组件j2用于从所述电接口单元j1接收所述电信号，并根据所述偏置电流和调制电流的驱动将所述电信号转换为光信号输出；
[0072]
所述dcdc电路u3用于在所述mcu电路u2的控制下，调节输出给所述发射组件j2的电压，以控制所述发射组件j2内电阻的功耗，达到加热激光器温度的目的。
[0073]
需要说明的是，所述mcu电路u2通过slave iic(s_iic)读取所述电接口单元j1的信息，并采用master iic(m_iic)实现对dml驱动电路u1的寄存器配置和读取；dml驱动电路u1的内部cdr使用1.8v供电，而采用dcdc电路u3能实现有效降低芯片整体功耗和保障信号高速传输。
[0074]
另外，高速差分线输出驱动端采用直流耦合方式，相比交流耦合方式更节省功耗；所述发射组件j2(激光器)的ld正电压是由dml驱动电路u1的内部dcdc buck-boost转换电路输出提供偏置电流和正向电压，且会自动调整ld正电压大小，始终保持ld负端电压恒定。
[0075]
在本实施例中，所述发射组件j2包括激光二极管ld、光电探测二极管pd和加热电
阻rt；
[0076]
所述激光二极管ld的正极(ld+)和负极(ld-)均与所述dml驱动电路u1连接；
[0077]
所述光电探测二极管pd的负极(pd-)与所述dml驱动电路u1连接，所述光电探测二极管pd的正极(pd+)接地；
[0078]
所述加热电阻rt的一端与所述dcdc电路u3连接，所述加热电阻rt的另一端接地。
[0079]
在本实施例中，所述电接口单元j1的td+引脚与所述dml驱动电路u1的tdip引脚连接；
[0080]
所述电接口单元j1的td-引脚与所述dml驱动电路u1的tdin引脚连接；
[0081]
所述电接口单元j1的vcct引脚分别与所述dml驱动电路u1的vcc33引脚、所述mcu电路u2的scl_m引脚、所述mcu电路u2的sda_m引脚、所述dcdc电路u3的vin引脚连接；
[0082]
所述电接口单元j1的tx_disable引脚分别与所述mcu电路u2的tx_dis引脚、所述dml驱动电路u1的txdis引脚连接；
[0083]
所述电接口单元j1的sda引脚与所述mcu电路u2的sda引脚连接；
[0084]
所述电接口单元j1的scl引脚与所述mcu电路u2的scl引脚连接。
[0085]
在本实施例中，所述dml驱动电路u1的scl引脚与所述mcu电路u2的scl_m引脚连接；
[0086]
所述dml驱动电路u1的sda引脚与所述mcu电路u2的sda_m引脚连接；
[0087]
所述dml驱动电路u1的li引脚通过第一电感l1与所述dml驱动电路u1的lo引脚连接；
[0088]
所述dml驱动电路u1的pmsvcc引脚通过第一电容c1接地；
[0089]
所述dml驱动电路u1的svcc引脚连接在所述dml驱动电路u1的pmsvcc引脚与所述第一电容c1之间；
[0090]
所述dml驱动电路u1的outk引脚与所述激光二极管ld的负极(ld-)连接；
[0091]
所述dml驱动电路u1的outa引脚与所述激光二极管ld的正极(ld+)连接；
[0092]
所述dml驱动电路u1的vccta引脚通过抗干扰器件连接在所述dml驱动电路u1的outa引脚与所述激光二极管ld的正极(ld+)之间；
[0093]
所述dml驱动电路u1的vcctk引脚通过第二电容c2连接在所述dml驱动电路u1的vccta引脚与所述抗干扰器件之间；
[0094]
所述dml驱动电路u1的mdin引脚与所述光电探测二极管pd的负极(pd-)连接。
[0095]
需要说明的是，所述第一电感l1和第一电容c1是dml驱动电路u1的内部dcdc buck-boost转换电路的必须元件，具体的，所述第一电感l1是储能电感，所述第一电容c1是去耦滤波电容。
[0096]
所述抗干扰器件为偏置电流滤波网络，另外也隔离高频信号传输作用，所述第二电容c2为内部差分驱动输出电路提供阻抗匹配，所述dml驱动电路u1的mdin引脚为所述发射组件j2的pd提供正向偏压。
[0097]
优选的，所述抗干扰器件选用铁氧体磁珠fb1。
[0098]
在本实施例中，所述mcu电路u2的en引脚与所述dcdc电路u3的en引脚连接；
[0099]
所述mcu电路u2的temp_dac引脚通过第一电阻r1与所述dcdc电路u3的fb引脚连接。
[0100]
在本实施例中，所述dcdc电路u3的lx引脚通过第二电感l2与所述加热电阻rt连接；
[0101]
所述dcdc电路u3的gnd引脚接地；
[0102]
所述dcdc电路u3的fpwm引脚连接在所述dcdc电路u3的vin引脚与所述电接口单元j1的vcct引脚之间。
[0103]
优选的，所述低温波长控制电路还包括第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第三电容c3和第四电容c4；
[0104]
所述第二电阻r2的一端连接在所述dcdc电路u3的fb引脚与所述第一电阻r1之间，所述第二电阻r2的另一端接地；
[0105]
所述第三电阻r3的一端连接在所述dcdc电路u3的fb引脚与所述第一电阻r1之间，所述第三电阻r3的另一端连接在dcdc电路u3的lx引脚与所述加热电阻rt之间；
[0106]
所述第四电阻r4的一端连接在所述dcdc电路u3的en引脚与所述mcu电路u2的en引脚之间，所述第四电阻r4的另一端接地；
[0107]
所述第三电容c3一端连接在所述dcdc电路u3的vin引脚与所述电接口单元j1的vcct引脚之间，所述第三电容c3的另一端接地；
[0108]
所述第四电容c4的一端连接在dcdc电路u3的lx引脚与所述加热电阻rt之间，所述第四电容c4的另一端接地。
[0109]
优选的，所述低温波长控制电路还包括第五电阻r5和第六电阻r6；
[0110]
所述第五电阻r5串联在所述电接口单元j1的vcct引脚与所述mcu电路u2的sda_m引脚之间；
[0111]
所述第六电阻r6串联在所述电接口单元j1的vcct引脚与所述mcu电路u2的scl_m引脚之间。
[0112]
需要说明的是，所述dcdc电路设计中，使能脚与电压调节功能脚是分开的，再加上内部存在参考电压，电路稳定性更好。所述mcu电路u2通过io口(en引脚)控制所述dcdc电路的使能输出，第四电阻r4使所述mcu电路u2上电和初始化过程中，所述dcdc电路始终使能关断状态；第三电容c3、第四电容c4为所述dcdc电路u3必须的滤波电容，第二电感l2为储能电感，dcdc电路u3的电压负反馈脚(fb引脚)采样第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3的电阻电压，对比内部参考电压vref，动态调节pwm占空比大小，改变电压降低的多少；当占空比越小，电压下降得越低，输出最小电压接近内部参考电压(vmin＝vref)，当占空比为1时，输出最大电压接近输入电源电压(vmax＝vin)。
[0113]
输出电压计算公式如下：(fb引脚为高阻输入)
[0114][0115]
从如上公式可以看出，当所述mcu电路u2的vdac为0v时，所述dcdc电路u3的输出电压最小，当mcu的vdac为2.4v时，所述dcdc电路u3的输出电压最大。
[0116]
所述发射组件j2的内部设计中，加热电阻为薄膜电阻，在管座上的贴片位置尽量靠近ld位置，以达到更好的制热效果，功能连接的一端与管座连接，另一端引出到管座pin脚。
[0117]
本发明采用开关型的dcdc稳压电源设计代替ldo线性稳压电源，内部的mos管只工
作在开关状态，避免三极管或mos管工作在放大区而产生较大功耗，电源转换效率在90％以上，能有效降低驱动电路功率耗散。
[0118]
由于选用可调的dcdc电路u3驱动加热电阻rt，可输出的电压动态范围为vref≤vout≤vcc，因此可以根据低温波长的偏差情况做温度补偿，从而动态节省功耗。
[0119]
所述mcu电路u2的dac输出电压，通过电阻分压方式，反馈对比内部运放的vref参考电压去调整占空比大小，不是简单的用dac直接去驱动放大管的导通程度，不会存在临界导通的振荡问题，电路工作更稳定。
[0120]
尽管本文中较多的使用了诸如电接口单元、mcu电路、dml驱动电路、dcdc电路和发射组件等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
[0121]
本发明实施例提供的一种低温波长控制电路，通过采用可调的dcdc电路来输出对应电压给发射组件，可驱动发射组件中的加热电阻做对应的温度补偿，电源转换效率在90％以上，能有效降低驱动电路功率耗散，同时电路稳定性更好，波长控制精度更高，具有较高的推广应用价值。
[0122]
实施例二
[0123]
本发明实施例二提供一种光模块，包括如实施例一所述的低温波长控制电路。
[0124]
本发明实施例提供的一种光模块，由于包含了所述的低温波长控制电路的全部实施例，因此也就具有上述低温波长控制电路的所有有益效果，此处不再赘述。
[0125]
至此，以说明和描述的目的提供上述实施例的描述。不意指穷举或者限制本公开。特定的实施例的单独元件或者特征通常不受到特定的实施例的限制，但是在适用时，即使没有具体地示出或者描述，其可以互换和用于选定的实施例。在许多方面，相同的元件或者特征也可以改变。这种变化不被认为是偏离本公开，并且所有的这种修改意指为包括在本公开的范围内。
[0126]
提供示例实施例，从而本公开将变得透彻，并且将会完全地将该范围传达至本领域内技术人员。为了透彻理解本公开的实施例，阐明了众多细节，诸如特定零件、装置和方法的示例。显然，对于本领域内技术人员，不需要使用特定的细节，示例实施例可以以许多不同的形式实施，而且两者都不应当解释为限制本公开的范围。在某些示例实施例中，不对公知的工序、公知的装置结构和公知的技术进行详细地描述。
[0127]
在此，仅为了描述特定的示例实施例的目的使用专业词汇，并且不是意指为限制的目的。除非上下文清楚地作出相反的表示，在此使用的单数形式“一个”和“该”可以意指为也包括复数形式。术语“包括”和“具有”是包括在内的意思，并且因此指定存在所声明的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或额外地具有一个或以上的其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。除非明确地指示了执行的次序，在此描述的该方法步骤、处理和操作不解释为一定需要按照所论述和示出的特定的次序执行。还应当理解的是，可以采用附加的或者可选择的步骤。
[0128]
当元件或者层称为是“在
……
上”、“与
……
接合”、“连接到”或者“联接到”另一个元件或层，其可以是直接在另一个元件或者层上、与另一个元件或层接合、连接到或者联接到另一个元件或层，也可以存在介于其间的元件或者层。与此相反，当元件或层称为是“直接在
……
上”、“与
……
直接接合”、“直接连接到”或者“直接联接到”另一个元件或层，则可
能不存在介于其间的元件或者层。其他用于描述元件关系的词应当以类似的方式解释(例如，“在
……
之间”和“直接在
……
之间”、“相邻”和“直接相邻”等)。在此使用的术语“和/或”包括该相关联的所罗列的项目的一个或以上的任一和所有的组合。虽然此处可能使用了术语第一、第二、第三等以描述各种的元件、组件、区域、层和/或部分，这些元件、组件、区域、层和/或部分不受到这些术语的限制。这些术语可以只用于将一个元件、组件、区域或部分与另一个元件、组件、区域或部分区分。除非由上下文清楚地表示，在此使用诸如术语“第一”、“第二”及其他数值的术语不意味序列或者次序。因此，在下方论述的第一元件、组件、区域、层或者部分可以采用第二元件、组件、区域、层或者部分的术语而不脱离该示例实施例的教导。
[0129]
空间的相对术语，诸如“内”、“外”、“在下面”、“在
……
的下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，在此可出于便于描述的目的使用，以描述如图中所示的一个元件或者特征和另外一个或多个元件或者特征之间的关系。空间的相对术语可以意指包含除该图描绘的取向之外该装置的不同的取向。例如如果翻转该图中的装置，则描述为“在其他元件或者特征的下方”或者“在元件或者特征的下面”的元件将取向为“在其他元件或者特征的上方”。因此，示例术语“在
……
的下方”可以包含朝上和朝下的两种取向。该装置可以以其他方式取向(旋转90度或者其他取向)并且以此处的空间的相对描述解释。