一种突发模式激光器偏置电流源及其控制方法

本发明属于集成电路，具体涉及一种突发模式激光器偏置电流源及其控制方法。

背景技术：

1、随着光纤通信技术的不断发展，光纤通信相较于电缆通信更适合于高带宽、长距离或抗电磁干扰的应用场景，成为现代通信的重要支柱之一，是信息社会世界新技术革命的重要标志。随着物联网、新媒体及人工智能技术的不断发展，互联网流量不断增加，对接入网带宽提出了更大的需求。

2、无源光网络(pon)是一种为终端用户提供宽带网络接入的光纤通信技术，因其低成本的特点，被互联网服务提供商所青睐，其也被称为互联网服务提供商与其客户之间的“最后一公里”。其架构为点到多点的拓扑结构，由光线路终端(olt)、光网络单元(onu)与光分配网络(odn)组成。odn使用一根光纤通过无源分光器在olt与各onu端点之间划分光纤带宽来服务多个端点。

3、商用pon技术历经三代发展，第一代下行速率2.5g/1.25gbps的gpon/epon可以为用户提供百兆带宽接入能力，已经大规模商用部署；第二代下行速率10gbps的10g epon和xg(s)-pon可以为用户提供1gbps的带宽以满足4k/8k视频业务规模应用，也已经成熟并步入大规模商用窗口期；第三代50g pon标准也已于2022年9月基本确定，其采用单波50g技术。

4、pon技术的上下游数据包传输模式不同，下游数据包作为广播数据包转发，其采用连续操作模式将相同的广播数据包同时发送给所有的onu；上游数据包则采用突发操作模式通过时分多址(tdma)方式传输。现有应用于突发模式激光器偏置电流源常采用基本电流模式逻辑(cml)电路，其输出电流摆幅等于其尾电流大小，故而应用于onu侧激光器偏置时一般将消耗数十至一百毫安以上电流，而在其突发间隔时期(即空闲状态)该电流将在激光器偏置电路内部持续消耗，造成能源浪费。

5、因此，有必要提出一种面向突发模式应用的专用激光器偏置电流源，其能够使用更小的尾电流源，而降低onu侧激光器偏置电路空闲状态能源消耗，提升系统效率，降低发热，延长器件寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服onu侧激光器偏置时能源消耗的问题，提出了一种突发模式激光器偏置电流源及其控制方法，结合低尾电流cml电路与突发响应加速电路的电路结构可有效降低onu侧激光器偏置电路空闲状态时的能源消耗，提升系统效率，降低发热，延长器件寿命。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种突发模式激光器偏置电流源，包括低尾电流cml电路u1和突发响应加速电路u2；

4、低尾电流cml电路u1包括输入级和输出级，输入级包括cml电路a1，输出级包括pmos管阵列q1，cml电路a1的输入端连接差分使能输入，cml电路a1的输出端与pmos管阵列q1的栅极和突发响应加速电路u2连接，pmos管阵列q1的漏极为激光器偏置电流输出端，cml电路a1设置偏置电流调节端；

5、突发响应加速电路u2包括cml至cmos逻辑转换电路a2与电容投切电路，cml至cmos逻辑转换电路a2的输入端与差分使能输入连接，cml至cmos逻辑转换电路a2的输出端与电容投切电路的输入端连接，电容投切电路的输出端在cml电路a1的输出端与pmos管阵列q1的栅极之间连接，电容投切电路设置接地与接电源开关状态。

6、进一步地，cml电路a1包括负载和第一尾电流源，负载包括第一共源极nmos管和二极管连接型pmos管，第一共源极nmos管的漏极与二极管连接型pmos管的漏极连接，第一共源极nmos管的源极与第一尾电流源连接。

7、进一步地，第一共源极nmos管包括第二nmos管q2和第三nmos管q3，第二nmos管q2的栅极和与差分使能输入的正极连接，第三nmos管q3的栅极与差分使能输入的负极连接；

8、二极管连接型pmos管包括第四pmos管q4和第五pmos管q5，第四pmos管q4的漏极与第二nmos管q2的漏极连接，第五pmos管q5的漏极分别与第三nmos管q3的漏极和pmos管阵列q1的栅极连接；

9、第一尾电流源包括第六nmos管q6，第六nmos管q6的栅极与偏置电流调节端连接，第六nmos管q6的漏极与第一共源极nmos管的源极连接。

10、进一步地，pmos管阵列q1与第五pmos管q5构成电流镜。

11、进一步地，cml至cmos逻辑转换电路a2包括第一级增益级和第二级增益级，第一级增益级的输入端与差分使能输入连接，第一级增益级的输出端与第二级增益级的输入端连接，第二级增益级的输出信号端与电容投切电路连接。

12、进一步地，电容投切电路由开关电路s1和电容阵列c1组成，开关电路s1的输入端与第二级增益级的输出端连接；开关电路s1的输出端通过电容阵列c1与pmos管阵列q1的栅极连接。

13、进一步地，第一级增益级包括第二共源极nmos管、第一级二极管连接型交叉耦合负载和第二尾电流源，第二级增益级包括第三共源极pmos管和第二级二极管连接型交叉耦合负载，第二共源极nmos管的漏极分别与第一级二极管连接型交叉耦合负载和第三共源极pmos管的栅极连接，第二共源极nmos管的漏极与第二尾流源连接，第三共源极pmos管的漏极与第二级二极管连接型交叉耦合负载连接，第二级二极管连接型交叉耦合负载与开关电路s1的输入端连接。

14、进一步地，第二共源极nmos管包括第七nmos管q7和第八nmos管q8，第七nmos管q7的栅极与差分使能输入的正极连接，第八nmos管q8的栅极与差分使能输入的负极连接；

15、第一级二极管连接型交叉耦合负载包括第十pmos管q10、第十一pmos管q11、第十二pmos管q12、第十三pmos管q13，第三共源极pmos管包括第十五pmos管q15和第十六pmos管q16，第十pmos管q10的漏极、第十二pmos管q12的漏极、第十五pmos管q15的栅极相连，第十一pmos管q11的漏极、第十三pmos管q13的漏极、第十六pmos管q16的栅极相连；

16、第二级二极管连接型交叉耦合负载包括第十七nmos管q17、第十八nmos管q18、第十九nmos管q19、第二十nmos管q20；开关电路s1由第二十一nmos管q21和第二十二pmos管q22构成；

17、第十七nmos管q17的漏极、第十八nmos管q18的的漏极、第十五pmos管q15的漏极相连，第十九nmos管q19的漏极、第二十nmos管q20的漏极、第十六pmos管q16的漏极相连，第二十nmos管q20的漏极、第二十一nmos管q21的栅极、第二十二pmos管q22的栅极相连，第二十一nmos管q21的漏极、第二十二pmos管q22的漏极、电容阵列c1相连。

18、进一步地，第二尾电流源包括第十四nmos管q14，第十四nmos管q14的栅极与偏置电流调节端连接，第十四nmos管q14的漏极与第二共源极nmos管的源极连接。

19、一种突发模式激光器偏置电流源的控制方法，利用所述的一种突发模式激光器偏置电流源，包括如下步骤：激光器开关信号经过差分使能输入端分别控制低尾电流cml电路u1和突发响应加速电路u2；

20、当激光器工作状态从关断状态切换为开启状态时，pmos阵列q1的栅极从关断状态的高电平转换为开启状态的低电平，cml至cmos逻辑转换电路a2将控制电容投切电路接地与pmos管阵列q1的栅极电容进行电荷分享，pmos阵列q1的栅极充电，电荷分享结束后，通过cml电路a1充放电荷输出激光器偏置电流；

21、当激光器工作状态从开启状态切换为关闭状态时，pmos阵列q1的栅极从开启状态的低电平转换为关断状态的高电平，cml至cmos逻辑转换电路a2控制电容投切电路连接电源与pmos管阵列q1的栅极电容进行电荷分享，pmos阵列q1的栅极放电，电荷分享结束后通过cml电路a1继续放电，等待下次突发使能状态的到来。

22、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

23、本发明提出的一种突发模式激光器偏置电流源，适用于突发模式应用突发响应加速电路，结合低尾电流cml电路，可使用低尾电流实现与现有技术相近的激光器偏置电流开关突发响应时间，有效降低onu侧激光器偏置电路空闲状态时的能源消耗，提升系统效率，降低发热，延长器件寿命。