直调激光器驱动电路以及直调激光器系统的制作方法

本申请属于光通信技术领域，尤其涉及一种直调激光器驱动电路以及直调激光器系统。

背景技术：

目前，传统的直流耦合dml(directlymodulatedlaser,直调激光器)系统由于要给激光器提供直流偏置电流，激光二极管的阳极和阴极驱动电路不对称会导致非对称性偏置。由于激光二极管的阻抗相对比较低，在电流快速变化时，邦定线引起的寄生电感会引起比激光二极管本身阻抗更高的阻抗，从而在时域造成严重的瞬态尖峰波形，严重的影响系统的带宽、系统测试得到的眼图和抖动性能。

因此，传统的技术方案中存在带宽不足、眼图质量差以及抖动性能低的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请实施例提供了一种直调激光器驱动电路以及直调激光器系统，旨在解决传统的技术方案中存在的带宽不足、眼图质量差以及抖动性能低的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种直调激光器驱动电路，外接第一输入信号和第二输入信号，所述直调激光器驱动电路通过第一抗干扰模块与电源连接，所述直调激光器驱动电路和激光二极管连接，所述激光二极管的阳极通过所述第一抗干扰模块与所述电源连接，所述直调激光器驱动电路包括：

电流调制模块，所述电流调制模块包括第一晶体管、第二晶体管、第一电阻、第一电流阱和第二电流阱，所述第一晶体管的基极与所述第一输入信号连接，所述第一晶体管的集电极和所述激光二极管连接，所述第一晶体管的集电极为所述电流调制模块的第一输出端，所述第二晶体管的基极与所述第二控制信号连接，所述第二晶体管的集电极和所述激光二极管的阴极连接，所述第二晶体管的集电极为所述电流调制模块的第二输出端，所述第一电阻的第一端与所述第一晶体管的发射极和所述第一电流阱的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述第二晶体管的发射极和所述第二电流阱的第一端连接，所述第一电流阱的第二端和所述第二电流阱的第二端共接地；

中和模块，所述中和模块包括第一电容和第二电容，所述第一电容的第一端与所述第一晶体管的集电极连接，所述第一电容的第二端与所述第二晶体管的基极连接，所述第二电容的第一端与所述第一晶体管的基极连接，所述第二电容的第二端与所述第二晶体管的集电极连接，在传统技术中，所述第一电容和所述第二电容是差分耦合电容，在本发明中，采用分别单独优化方式来设置不同的参数加以调整，用以消除非对称偏置；以及

直流偏置模块，所述直流偏置模块包括第三电流阱，所述第三电流阱的第一端为所述直流偏置模块的第一端，所述直流偏置模块的第一端通过第二抗干扰模块接于所述激光二极管的阴极，所述第三电流阱的第二端为所述直流偏置模块的第二端，所述直流偏置模块的第二端接地，所述直流偏置模块用以给所述激光二极管提供直流偏置电流。

在其中一个实施例中，所述的中和模块包括用以调节和中和峰值行为的第一调整单元和第二调整单元，所述第一调整单元与所述第一电容串联，所述第二调整单元与所述第二电容串联。

在其中一个实施例中，所述第一调整单元包括第二电阻，所述第二调整单元包括第三电阻，所述第二电阻与所述第一电容串联，所述第三电阻与所述第二电容串联。

在其中一个实施例中，所述的电流调制模块还包括用以减缓寄生电感引起的瞬态尖峰的第一减缓单元和第二减缓单元，所述第一减缓单元的第一端接与所述第一输入信号，所述第一减缓单元的第二端接于所述第一晶体管的基极，所述第二减缓单元的第一端接于所述第二输入信号，所述第二减缓单元的第二端接于所述第二晶体管的基极。

在其中一个实施例中，所述电流调制模块还包括用以减缓寄生电感引起的瞬态尖峰的第三减缓单元，所述第三减缓单元与所述第一电阻串联。

在其中一个实施例中，所述直调激光器驱动电路还包括用以提高和固定晶体管电压裕度的伺服环路模块，所述伺服环路模块的第一输入端与预设电压值连接，所述伺服环路模块的第二输入端与所述第一电阻的中心点连接，所述伺服环路模块的第三输入端与所述第一输入信号连接，所述伺服环路模块的第四输入端与所述第二输入信号连接，所述伺服环路模块的第一输出端与所述第一晶体管的基极连接，所述伺服环路模块的第二输出端与所述第二晶体管的基极连接。

在其中一个实施例中，所述伺服环路模块包括第一比较器和第一运算放大器，所述第一比较器的正相输入端为所述伺服环路模块的第一输入端，所述第一比较器的负相输入端为所述伺服环路模块的第二输入端，所述第一比较器的输出端与所述第一运算放大器控制端连接，所述第一运算放大器的第一输入端为所述伺服环路模块的第三输入端，所述第一运算放大器的第二输入端为所述伺服环路模块的第四输入端，所述第一运算放大器的第一输出端为所述伺服环路模块的第一输出端，所述第一运算放大器的第二输出端为所述伺服环路模块的第二输出端。

在其中一个实施例中，所述电流调制模块还包括用以补偿带宽变化的第一补偿单元，所述第一补偿单元串联到所述第一电流阱和第二电流阱的偏置输入端。

在其中一个实施例中，所述直调激光器驱动电路还包括用以补偿带宽变化的第二补偿单元，所述第二补偿单元的第一端与所述电流调制模块的第一输出端连接，所述第二补偿单元的第二端与所述电流调制模块的第二输出端连接。

本申请实施例的第二方面提供了一种直调激光器系统，包括上述的直调激光器驱动电路、电源、第一抗干扰模块、第二抗干扰模块、第三抗干扰模块以及激光二极管，所述电源通过所述第一抗干扰模块接于所述直调激光器驱动电路，所述第二抗干扰模块的第一端连接于所述激光二极管阴极，所述第二抗干扰模块的第二端连接与所述直流偏置模块的第一端。所述第三抗干扰模块的第一端连接于所述直流偏置模块的第一端，所述第三抗干扰模块的第二端连接与所述直流偏置模块的第二端。

在其中一个实施例中，所述第一抗干扰模块包括第一磁珠，所述第二抗干扰模块包括第二磁珠，所述第三抗干扰模块包括第三电容。

上述的直调激光器驱动电路，通过采用分别单独优化方式，对中和模块中的电容设置不同的参数加以调整，来消除由激光二极管负载和驱动电路引起的非对称偏置，从而提高了系统的带宽，进而提高了系统测试得到的眼图的质量和抑制了系统的抖动，解决了传统技术方案中，存在的存在带宽不足、眼图质量差以及抖动性能低的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，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他的附图。

图1为本申请一实施例提供的直调激光器驱动电路的电路原理图；

图2为图1所示的直调激光器驱动电路中的中和模块在另一实施例的电路原理图；

图3为图1所示的直调激光器驱动电路中电流调制模块在另一实施例的电路原理图；

图4为本申请一实施例提供的直调激光器驱动电路的电路原理图；

图5为图1所示的直调激光器驱动电路中电流调制模块在另一实施例的电路原理图；

图6为图1所示的直调激光器驱动电路中伺服环路模块的电路原理图；

图7为图1所示的直调激光器驱动电路中电流调制模块在另一实施例的电路原理图；

图8为图1所示的直调激光器驱动电路中第二补偿单元的电路原理图；

图9为本申请第二方面一实施例提供的直调激光器驱动系统的电路原理图；

图10为图9所示的直调激光器驱动系统的电路原理图；

图11为本申请的一实施例中直调激光器驱动电路采用非对称电容调节后得到的系统带宽图；

图12为本申请的一实施例中直调激光器驱动电路加入了补偿单元后得到的系统测试眼图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

请参阅图1，本申请其中一个实施例提供的一种直调激光器驱动电路的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

本实施例中的直调激光器驱动电路外接第一输入信号inputsingal-1和第二输入信号inputsingal-2，直调激光器驱动电路通过第一抗干扰模块600与电源vcc连接，直调激光器驱动电路和激光二极管d1连接，激光二极管d1的阳极通过第一抗干扰模块600与电源vcc连接。

在一个实施例中，直调激光器驱动电路包括中和模块100、电流调制模块200、直流偏置模块300、第一抗干扰模块600以及第二抗干扰模块700，其中，中和模块100包括电容c1和电容c2，电流调制模块200包括晶体管q1和晶体管q2、电阻r1、第一电流阱210和第二电流阱220，直流偏置模块300包括第三电流阱310。

应理解，电容c1和电容c2不必保持对称，而是采用分别单独优化方式，通过对电容c1和电容c2设置不同的参数加以调整，使得中和模块可以消除由激光二极管d1和直调激光器驱动电路本身引起的非对称结构所带来的影响，进而提高系统的带宽、提高系统测试得到的眼图质量以及抑制抖动。

应理解，晶体管q1和q2具体是的三端型晶体管，例如，pnp型三极管、npn型三极管、场效应管、mos管或者igbt晶闸管等，q1和q2可以是差分对称的，本实施例对应的附图1中示出的晶体管q1、q2以及两者组成的差分对类型只是其中一种示例，并不对晶体管和差分对类型做限定。

应理解，电流阱具体可以采用由晶体管及电阻、电容。电感等电子元器件搭成的恒流源。

第一抗干扰模块600和第二抗干扰模块700可以采用能滤除高频噪声、保持电流恒定的器件，例如磁珠、电容等。

晶体管q1的基极与第一输入信号inputsingal-1连接，晶体管q1的发射极与电阻r1的第一端和第一电流阱210的第一端连接，晶体管q1的集电极与激光二极管d1和电源vcc连接，晶体管q2的基极与第二输入信号inputsingal-2连接，晶体管q2的发射极与电阻r1的第二端和第二电流阱220的第一端连接，晶体管q2的集电极与激光二极管d1的阴极连接，电阻r1的第一端与晶体管q1的发射极和第一电流阱210的第一端连接，电阻r1的第二端与晶体管q2的发射极和第二电流阱220的第一端连接，第一电流阱210的第二端和第二电流阱220的第二端连接与地。

电容c1的第一端与晶体管q1的集电极连接，电容c1的第二端与晶体管q2的基极连接，电容c2的第一端与晶体管q1的基极连接，电容c2的第二端与晶体管q2的集电极连接。

第三电流阱310的第一端为直流偏置模块300的第一端，直流偏置模块的第一端通过第二抗干扰模块700接于激光二极管d1的阴极，第三电流阱310的第二端为直流偏置模块300的第二端，直流偏置模块300的第二端接地，直流偏置模块300用以给激光二极管d1提供直流偏置电流。

参阅图11，图11为本实施例电路在仿真系统建模后的到的结果，可以看出，系统的带宽明显提高。

本实施例中的直调激光器驱动电路，通过采用分别单独优化方式，对中和模块中的电容设置不同的参数加以调整，来消除由激光二极管负载和驱动电路引起的非对称偏置，从而提高了系统的带宽，进而提高了系统测试得到的眼图的质量和抑制了系统的抖动，解决了传统技术方案中，存在的存在带宽不足、眼图质量差以及抖动性能低的问题。

请参阅图1和图2，在进一步的实施例中，中和模块100还包括用以调节和中和峰值的第一调整单元101和第二调整单元102，第一调整单元101与电容c1串联，第二调整单元102与电容c2串联。电容c1和c2分别加入串联调整器件来更加精细调节和中和峰值行为，从而提高了系统测试中眼图和抖动的性能。

在一个实施例中，第一调整单元101包括电阻r2，第二调整单元102包括电阻r3，电阻r2与电容c1串联，电阻r3与电容c2串联。本实施例中，通过在电容c1和c2分别加入串联电阻；在其他实施例中，第一调整单元101、第二调整单元102可以为其他器件，如电感、电容、二极管、晶体管等。

请参阅图1和图3，在进一步的实施例中，电流调制模块200还包括用以减缓寄生电感引起的瞬态尖峰的第一减缓单元201和第二减缓单元202，第一减缓单元201的第一端接与第一输入信号inputsingal-1，第一减缓单元201的第二端接于晶体管q1的基极，第二减缓单元的第一端接于第二输入信号inputsingal-2，第二端接于晶体管q2的基极。

应理解，在印刷电路板布线和过孔时，容易寄生电感，在本实施例中，寄生电感存在于直调激光器驱动电路中会对直调激光器驱动电路和与直调激光器驱动电路连接的器件产生极大的危害，例如：消弱电路中电容的作用、减弱系统的滤波功能等，为了便于理解，请参见图4，图4中示例了寄生电感存在的其中一种位置情况，其中包含寄生电感bw1和寄生电感bw2，本申请中的其他实施例中的寄生电感位置也可参照此图。

在一个实施例中，第一减缓单元201包括电感l1，第二减缓单元202包括电感l2，电感l1的第一端接与第一输入信号inputsingal-1，电感l1的第二端接于晶体管q1的基极，电感l2的第一端接于第二输入信号inputsingal-2，电感l2的第二端接于晶体管q2的基极。在其他实施例中，第一减缓单元201、第二减缓单元202可以为其他器件，如磁珠等感性器件。

电流调制模块200通过加入减缓单元201、202，利用感性器件本身对电流变化的阻滞特性(楞次定律或法拉第定律)减缓直调激光器驱动电路存在的寄生电感引起的过度剧烈的瞬间尖峰值，从而提高了眼图的质量和抑制了系统抖动。

请参阅图1和图5，在进一步的实施例中，电流调制模块200还包括用以减缓寄生电感引起的瞬态尖峰的第三减缓单元203，第三减缓单元203与电阻r1串联。

在一个实施例中，第三减缓单元203可以由对电流变化有阻滞特性的器件构成，例如电感或磁珠等。

本实施例中，通过加入电感，利用感性器件本身对电流变化的阻滞特性(楞次定律或法拉第定律)减缓直调激光器驱动电路存在的寄生电感引起的过度剧烈的瞬间尖峰值，从而提高了眼图的质量和抑制了系统抖动。本实施例与上一个实施例可以同时进行也可以单独进行。

请参阅图1和图6，在一个实施例中，直调激光器驱动电路还包括用以提高和固定晶体管电压裕度的伺服环路模块400，伺服环路模块400的第一输入端与预设电压值连接，伺服环路模块400的第二输入端与电阻r1中心点连接，伺服环路模块400的第三输入端与第一输入信号inputsingal-1连接，伺服环路模块400的第四输入端与第二输入信号inputsingal-2连接，伺服环路模块400的第一输出端与晶体管q1的基极连接，伺服环路模块400的第二输出端与晶体管q2的基极连接。

在具体的应用中，伺服环路模块400可以由采用模拟负反馈控制电路，例如由比较器u1和运算放大器u2构成的负反馈控制电路，比较器u1的正相输入端为伺服环路模块400的第一输入端，负相输入端为伺服环路模块400的第二输入端，比较器u1的输出端与运算放大器u2控制端连接，运算放大器u2的第一输入端为伺服环路模块400的第三输入端，运算放大器u2的第二输入端为伺服环路模块400的第四输入端，运算放大器u2的第一输出端为伺服环路模块400的第一输出端，运算放大器u2的第二输出端为伺服环路模块400的第二输出端。

本实施例中，加入了伺服环路模块，通过负反馈来更改前置驱动级的运算放大器的供电电压，从而调节运算放大器输出端的共模电压，然后控制q1和q2的基级节点的直流偏压大小，即将电阻r1中心处的电压值与一个预设的参考电压ref做比较，并将得到的电压差值驱动运算放大器，运算放大器的驱动级输出控制q1和q2的基级节点的直流偏压，比如需要升高共模电压0.2v，就把反馈运放的输出端接到前一级电压串联的pmos开关栅极，反馈电路会自动调整该pmos的漏极电压升高0.2v，本实施例加入的伺服环路模块使得q1和q2的基极共模电压被固定在预设值(接近运放输入参考电压)，从而可以避免在特定的电压，温度，或者制造偏差情况下电压裕度问题。

请参阅图1、图7和图12，在一个实施例中，电流调制模块200还包括用以补偿带宽变化的第一补偿单元204，第一补偿单元204串联接于第一电流阱210和第二电流阱220的偏置输入端。

在具体的应用中，第一补偿单元204可以采用具有抵消直流偏置作用的器件，例如偏置电阻。

图12示出了采用本实施例时系统测试得到的眼图，可以看出，该眼图中的“眼睛”张开大，眼图端正，码间串扰小。

当电流阱的偏置电流被上调或者下调时，会导致中频的极点和零点位置改变，从而影响直调激光器驱动电路的频率响应，而本实施例在电路中加入了第一补偿单元，将偏置电阻r5串联到电流阱的偏置输入端，可以补偿上述的带宽变化，进而提高了系统测试的眼图质量。

请参阅图1和图8，在一个实施例中，直调激光器驱动电路还包括用以补偿带宽变化的第二补偿单元500，第二补偿单元500的第一端与电流调制模块的第一输出端连接，第二补偿单元500的第二端与电流调制模块的第二输出端连接。

在具体的应用中，第二补偿单元500可以有可调电容构成，例如可变电容阵列。

在本实施例中，通过在电流调制模块的输出端之间加入具有可调电容的第二补偿单元，其参数是根据电路的高频反应做相应的调整的，实现对系统带宽变化的补偿。

请参阅图9，本申请的第二方面提供了一种直调激光器系统，直调激光器系统包括上述的直调激光器驱动电路、激光二极管d1、电源vcc、第一抗干扰模块600、第二抗干扰模块700以及第三抗干扰模块800。

在具体的应用中，抗干扰模块可以采用能滤除高频噪声、保持电流恒定的器件，例如磁珠、电容等。

电源通过第一抗干扰模块600接于直调激光器驱动电路，第二抗干扰模块700的第一端接于激光二极管d1的阴极，第二抗干扰模块700的第二端接于直流偏置模块300的第一端。

请参阅图10，在一个实施例中，第一抗干扰模块600包括第一磁珠，第二抗干扰模块700包括第二磁珠701，第三抗干扰模块800包括电容c3，第一磁珠601的第一端与电源连接，第一磁珠601的第二端与第一晶体管的发射极连接，第二磁珠701的第一端与激光二极管d1的阴极连接，第二磁珠701的第二端与直流偏置模块300的第一端连接，电容c3的第一端与直流偏置模块的第一端连接，电容c3的第二端与直流偏置模块的第二端连接。

在本文对各种器件、电路、装置、系统和/或方法描述了各种实施方式。阐述了很多特定的细节以提供对如在说明书中描述的和在附图中示出的实施方式的总结构、功能、制造和使用的彻底理解。然而本领域中的技术人员将理解，实施方式可在没有这样的特定细节的情况下被实施。在其它实例中，详细描述了公知的操作、部件和元件，以免使在说明书中的实施方式难以理解。本领域中的技术人员将理解，在本文和所示的实施方式是非限制性例子，且因此可认识到，在本文公开的特定的结构和功能细节可以是代表性的且并不一定限制实施方式的范围。

在整个说明书中对“各种实施方式”、“在实施方式中”、“一个实施方式”或“实施方式”等的引用意为关于实施方式所述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施方式中。因此，短语“在各种实施方式中”、“在一些实施方式中”、“在一个实施方式中”或“在实施方式中”等在整个说明书中的适当地方的出现并不一定都指同一实施方式。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施方式中以任何适当的方式组合。因此，关于一个实施方式示出或描述的特定特征、结构或特性可全部或部分地与一个或多个其它实施方式的特征、结构或特性进行组合，而没有假定这样的组合不是不合逻辑的或无功能的限制。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。