[发明专利]一种用于光通信激光器驱动的自动功率控制电路

说明书

技术领域

本发明涉及光通信激光器，属于光通信集成电路设计领域，具体说是一种用于光通信激光器驱动的自动功率控制电路。

所述自动功率控制（Automatic Power Control，或者简称APC）电路，可用于激光器的偏置电流的产生，以及激光器的发光功率的自动控制。

背景技术

在光通信中，光纤是用来传输光信号的介质，而激光器就是产生光信号的部件，它能够完成电信号到光信号的转换。激光器的工作由专门的激光二极管驱动器（Laser Diode Driver，或者简称LDD）芯片来负责控制。

通常，一个激光器内部会同时封装有一个发送数据的激光二极管（Laser Diode,或LD），和一个负责进行功率监测的光电二极管（Photo Diode，或PD）。其中的激光二极管有别于普通的发光二极管（Light Emitting Diode，或LED）。当提供给激光二极管的电流小于阈值电流I_TH时，激光器只能发出跟发光二极管类似的普通光；而当提供给激光二极管的电流大于或者等于阈值电流I_TH时，激光二极管把电流转换为光的效率大大提高，这时候发出的光才是激光，才能进行高速光信号发送。

因此，激光器需要LDD芯片来提供这个驱动电流。提供给激光器的驱动电流有两种，一种是静态偏置电流I_BIAS，另外一种是跟需要发送的数据相关的调制电流I_MOD（图1中未示出），这个电流会跟随0或者1的数据变化而高速变化。这两种电流会同时提供给激光二极管LD。

激光器的发光功率与静态偏置电流I_BIAS提供的电流大小成线性关系。I_BIAS可以根据不同的激光器的最佳工作功率点以及阈值电流I_TH值进行设定。而I_TH和最佳工作功率点会随着工作温度和激光器的寿命变化，需要随时对I_BIAS进行一定程度的修正和补偿。

图1所示，为一个典型的自动功率控制（APC）电路框图。

图1中，光电二极管PD感应到激光二极管LD发出的光，并按照一定的比例关系产生监测电流I_MD，这个监测电流I_MD与LD的发光功率成正比例线性关系。

电阻R_APCSET的阻值可调。其电阻值的大小一般会根据不同的激光器，以及其阈值电流I_TH等特性，预先设定好不同的值。根据电阻R_APCSET的阻值，按以下公式得到一个对比电流I_APCSET：

I_APCSET=V_BG/R_APCSET。V_BG是带隙稳压源产生的与工艺、温度和电压无关的基准参考电压。

误差放大器比较对比电流I_APCSET和监测电流I_MD的差别，结合静态偏置电流I_BIAS-发光功率-监测电流I_MD之间的线性关系，判断出这时候的激光二极管LD的偏置电流或者说，平均发光功率的大小与设定的值之间的差别，根据这个差别，误差放大器的输出再调整监测电流I_BIAS的电流大小，最终保证I_APCSET和I_MD一样，从而实现对I_BIAS的修正和补偿工作。比如，LD因为老化，在同样的静态偏置电流I_BIAS条件下，发出的光变弱，监测电流I_MD就变小，而对比电流I_APCSET不变，误差放大器就会控制静态偏置电流I_BIAS电流，使之增大，从而使LD的发光变强，监测电流I_MD回升，直到和对比电流I_APCSET一样为止。

通常APC电路的实现方法多种多样，从集成电路设计的角度，主要需要考虑的有两点：

第一点，APC电路，实际上是一个负反馈环路，需要考虑环路稳定性的问题。电容C_APC和电容C_MD在APC电路里是不可避免的，其形成的极点对环路相位裕度的影响也是在设计时首先需要考虑的。但是除此两个极点以外，APC电路中，很可能还存在其他的极点和零点，为环路设计带来了稳定性方面的挑战。