激光驱动电路.docx

激光器驱动电路及其外部接口的设计

摘要
近几年以来，随着全球信息化的高速发展，干线传输、城域网、接入网、以太网、局域网等越来越多的采用了光纤进行传输，光纤到路边FTTC、光纤到大楼FTTB、光纤到户FTTH、光纤到桌面FTTD正在不断的发展，光接点离我们越来越近。在每个光接点上，都需要一个光纤收发模块，模块的接收端用来将接收到的光信号转化为电信号，以便作进一步的处理和识别。模块的发射端将需要发送的高速电信号转化为光信号，并耦合到光纤中进行传输，发射端需要一个高速驱动电路和一个发射光器件，发射光器件主要有发光二极管（LED）和半导体激光器（LD）。LED和LD的驱动电路有很大的区别，常用的半导体激光器有FP、DFB和VCSEL三种。激光器驱动电路调制输出接口电路是光模块核心电路之一，它主要包括激光器调制输出终端匹配和旁路RC匹配滤波以及激光器直流偏置三个部分电路，每一部分电路的设计将直接关系到模块光信号的输出质量。

关键词：激光器；驱动电路；光模块；温度控制；外部接口电路

目录
第1章半导体激光器概述
第2章激光发射模块
2.1激光发射模块概述
2.2信标光发射模块的设计
2.2.1激光器驱动电路设计
2.2.2温度控制（ATC）电路设计
第3章激光器驱动电路外部接口
3.1激光器驱动电路直流BLAS输出隔离
3.2激光器驱动电路调制匹配
3.2.1激光器直流耦合驱动
3.2.2激光器交流耦合驱动
3.2.3激光器直耦与交耦驱动方式的比较
第4章激光器驱动电路调制输出信号分析与接口电路设计
4.1传输线理论概述
4.2激光器直流偏置
4.3RC补偿网络
第5章结束语
参考文献

第一章：半导体激光器概述
半导体激光器作为常用的光发射器件，其体积小、高频响应好、调制效率高、调谐方便，且大部分激光器无需制冷，是光纤通信系统理想的光源。激光器有两种基本结构类型：（1）边缘发射激光器，有FP（Fabry-Perot）激光器和分布反馈式（DFB）激光器。FP激光器是应用最广的一种激光器，但是其噪声大，高频响应较慢，出光功率小，因此FP激光器多用于短距离光纤通信。而DFB激光器则具有较好的信噪比，更窄的光谱线宽，更高的工作速率，出光功率大，因此DFB激光器多用在长距离、高速率光传输网络中。（2）垂直腔面发射激光器（VCSEL），是近几年才成熟起来的新型商用激光器，有很高的调制效率和很低的制造成本，特别是短波长850nm的VCSEL，在短距离多模光纤传输系统中现在已经得到非常广泛的应用。

第二章：激光发射模块
2.1：激光发射模块概述
一般无线激光通信发射机主要包括信标激光发射模块和通信光发射模块两部分，其中信标激光器和通信激光器是发射模块的关键器件。两类发射模块及其通信链路示意图如图1所示。

通信激光发射模块工作原理：将编码后电信号作为调制信号，经过半导体激光驱动器，改变半导体激光器的输入电流，从而使半导体激光器输出激光的功率随调制信号而改变，即产生调制的光信号。调制光信号经光纤准直器耦合进入光学发射天线，光学发射天线压缩光束发散角，使其达到系统要求的指标，然后将光束发射出去。

2.2：信标光发射模块的设计
信标激光发射模块为激光通信链路的建立提供用来对准的信标光，为了方便激光发射和接收部分的对准，要求信标光的光束具有较大的柬散角和较高的输出功率。
信标光发射模块原理为：首先，驱动部分是由基准电压源产生基准电压，然后将激光器(LD)输出电流转换为电压进行取样，经过反馈环路与基准电压进行比较，利用反馈量来控制驱动电流大小，使供给激光器电流恒定，从而实现恒流控制；将检测二极管(PD)电流大小反馈给驱动，实现功率自动控制；其次，温度控制部分是由内部热敏电阻通过电桥电路放大供给后续的TEC电路，利用TEC处理芯片实现温度监测和控制。此外由脉冲信号源生成一定周期的时钟频率信号，作为发射模块控制频率，从而达到实现脉冲输出。

2.2.1：激光器驱动电路设计
激光器驱动电路如图2所示，电路设计中，主要采用运算HYPERLINK"http://www.chinaaet.com/search/?q=放大器"\o"放大器"放大器和自动增益控制电路。在该图中电路主要分成两个部分，图中的上半部分电路主要为脉冲驱动，下半部分电路主要为自动增益控制电压电路。

在上半部分电路中，P1为SMA接头，采用50Ω阻抗匹配将脉冲控制信号接入作为调制激光器驱动的调制信号，通过后续比较器和驱动电路实现开关控制。VD7为稳压二极管提供稳定电压，通过调整滑动变阻器来实现比较器负输入端参考电压的设定。U8为MAX953集成芯片，内部集成了比较器和放大器。在该部分设计中，通过比较器实现脉冲控制电压和参考电压的比较，将比较信号送入