CN112564810B - 一种调顶发射机电路及调顶信号传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种调顶发射机电路及调顶信号传输方法，该调顶发射机电路包括激光驱动电路和电源调制电路，所述电源调制电路与激光驱动电路连接，所述电源调制电路的输出电压为所述激光驱动电路的供电电压，所述电源调制电路可将低速信号调制到输出电压上，实现将低速信号叠加至所述激光驱动电路中的高速数据上。本发明调顶发射机电路简单可行，从光电收发器层面实现将低速管理数据调制到高速数据上，从而实现调顶，其通过在光收发机层面提出调顶解决方案，便于光模块厂商开发光模块***，并将发射机调顶所需功能进行了集成，减少光模块***所需要的元器件数量。

Description

一种调顶发射机电路及调顶信号传输方法

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，特别涉及一种调顶发射机电路及调顶信号传输方法。

背景技术

光模块作为光通信网络的重要组件，提供了高速数据通信功能。随着大数据、5G等应用崛起，光纤资源越来越紧张。因此，在波分复用(WDM)***中(如5G前传、WDM-PON)，光模块之间的通信除建立高速数据传输通道外，还希望建立简单的低速数据传输通道以方便进行光模块之间的通道监测。目前信道监测主要采用调顶技术，调顶技术是指在发射的高速数据信号上叠加小幅度低速数据信号，从而实现使用包含信道信息、信号质量等信息的低速数据信号管理信道和数据收发。如何在发射端将低速信号叠加到高速数据信号上是值得思考的。

专利CN110190904A公开了一种WDM PON***中实现光调顶的方法及装置，其基于光放大器SOA或EDFA在发射端实现光调顶，即将光模块输出的高速数据光信号作为光放大器的输入信号，通过控制电路调制光放大器工作电流，从而实现调顶。专利CN111865409A公开了一种基于微控制器的调顶信号传输方法、***及微控制器，其基于微控制器实现光调顶，即利用光模块中的微控制器对光收发器的发射模块电流进行控制实现调顶。

基于光放大器或基于微控制器是在光通信***或光模块层面实现调顶技术。基于光放大器的方式，需要额外的光放大器SOA或EDFA，以及与之配套的管理控制单元、调制单元和耦合电路。该方案增加了光通信***或光模块的成本和***复杂度。基于微控制器的方式，存在I2C通信与调顶信号冲突的问题，即当光模块与主机进行I2C通信时，如果此时有调顶信号的数据包到来，就有可能丢失调顶信号的数据包。虽然专利2解决了该问题，但是需要较高性能的微控制器，且控制流程复杂度增加。除此之外，基于微控制器的调顶技术不能实时发送调制信号。

如何用低成本实用的方法将低速的管理信号调制到高速光通道上，并且对光通信***或光模块开发者简单便捷，是本领域亟待解决的重要技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种简单可行、从光电收发器层面实现将低速管理数据调制到高速数据上的调顶发射机电路。其采用如下技术方案：

为了解决上述问题，本发明提供了一种调顶发射机电路，其包括：激光驱动电路和电源调制电路，所述电源调制电路与激光驱动电路连接，所述电源调制电路的输出电压为所述激光驱动电路的供电电压，所述电源调制电路可将低速信号调制到输出电压上，实现将低速信号叠加至所述激光驱动电路中的高速数据上。

作为本发明的进一步改进，所述激光驱动电路包括第一级驱动电路和第二级驱动电路，所述第一级驱动电路和第二级驱动电路之间直流耦合，所述电源调制电路的输出电压为所述第一级驱动电路的供电电压，所述第一级驱动电路的供电电压改变时，所述第一级驱动电路的输出共模电压改变，进而改变所述第二级驱动电路的供电电流，实现将低速信号叠加至激光驱动电路中的高速数据上。

作为本发明的进一步改进，所述激光驱动电路驱动负载激光二极管，所述负载激光二极管将激光驱动器输出的电信号线性地转换成光信号。

作为本发明的进一步改进，所述电源调制电路包括参考电压、运算放大器、晶体管、电阻R1、电阻R2，所述运算放大器的正向输入端与参考电压Vref连接，所述晶体管的第一输入端与电源Vcc连接，所述晶体管的第二输入端与运算放大器的输出端连接，所述晶体管的输出端产生输出电压，电阻R1的第一端与所述晶体管的输出端连接，电阻R1的第二端产生反馈电压且与所述运算放大器的负向输入端连接，电阻R2的第一端连接与电阻R1的第二端连接，电阻R2的第二端接地，低速信号加载在所述运算放大器的正向输入端或负向输入端。

作为本发明的进一步改进，通过改变输入的低速信号幅度，可以改变输出所述电源调制电路的输出电压上叠加信号的幅度，从而改变所述激光驱动电路输出波形的调制深度，进而改变所述负载激光二极管输出光信号的调制深度。

作为本发明的进一步改进，通过控制参考电压Vref、运算放大器、晶体管、电阻R1和电阻R2构成反馈环路的环路带宽，从而改变所述激光驱动电路输出波形的摆幅，进而改变所述负载激光二极管输出光信号的强度。

作为本发明的进一步改进，所述晶体管为MOS transistor或BJT transistor。

本发明还公开了一种调顶信号传输方法，应用于上述任一所述的调顶发射机电路，其包括：

所述电源调制电路将低速信号调制到输出电压上，实现将低速信号叠加至所述激光驱动电路中的高速数据上。

本发明的有益效果：

本发明调顶发射机电路结构简单，从光电收发器层面实现将低速管理数据调制到高速数据上，从而实现调顶，其通过在光收发机层面提出调顶解决方案，便于光模块厂商开发光模块***，并将发射机调顶所需功能进行了集成，减少光模块***所需要的元器件数量。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明优选实施例中调顶发射机电路的示意图；

图2是本发明优选实施例中激光驱动电路的示意图；

图3是本发明优选实施例中电源调制电路的示意图一；

图4是本发明优选实施例中电源调制电路的示意图二；

图5是本发明优选实施例中得到的调制带宽和调制深度的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明优选实施例中的调顶发射机电路包括：激光驱动电路和电源调制电路，所述电源调制电路与激光驱动电路连接，所述电源调制电路的输出电压为所述激光驱动电路的供电电压，所述电源调制电路可将低速信号调制到输出电压上，实现将低速信号叠加至所述激光驱动电路中的高速数据上。

如图1-2所示，可选的，所述激光驱动电路包括第一级驱动电路Stage1和第二级驱动电路Stage2，所述第一级驱动电路Stage1和第二级驱动电路Stage2之间直流耦合，所述电源调制电路的输出电压Vout为所述第一级驱动电路Stage1的供电电压，所述第一级驱动电路Stage1的供电电压改变时，所述第一级驱动电路Stage1的输出共模电压Vcm改变，进而改变所述第二级驱动电路Stage2的供电电流，实现将低速信号叠加至激光驱动电路中的高速数据上。其中，低速信号的波形为Wave1，高速数据的波形为Wave2，输出电压Vout的波形为Wave3，在第二级驱动电路Stage2的输出端得到的叠加后的波形为Wave4，实现了调顶。

可选的，所述激光驱动电路驱动负载激光二极管LD，负载激光二极管LD将激光驱动器输出的电信号线性地转换成光信号。

可选的，第二级驱动电路Stage2包括gm transistor，所述第一级驱动电路Stage1的输出共模电压Vcm发生变化时，gm transistor的电流大小会跟随发生变化。

如图3-4所示，在一些实施例中，所述电源调制电路包括参考电压Vref、运算放大器OPAMP、晶体管transistor、电阻R1、电阻R2，所述运算放大器OPAMP的正向输入端与参考电压Vref连接，所述晶体管transistor的第一输入端与电源Vcc连接，所述晶体管transistor的第二输入端与运算放大器OPAMP的输出端连接，所述晶体管transistor的输出端OPAMP产生输出电压Vout，电阻R1的第一端与所述运算放大器OPAMP的输出端连接，电阻R1的第二端产生反馈电压且与所述运算放大器OPAMP的负向输入端连接，电阻R2的第一端连接与电阻R1的第二端连接，电阻R2的第二端接地，低速信号加载在所述运算放大器OPAMP的正向输入端或负向输入端，图3对应低速信号加载在所述运算放大器OPAMP的负向输入端，图4对应低速信号加载在所述运算放大器OPAMP的正向输入端。

其中，Vout为第一级驱动电路Stage1提供供电电压，运算放大器OPAMP通过比较参考电压Vref以及电阻R1和电阻R2的分压feedback，输出电压Vmod，通过输出电压Vmod调节输出电压Vout。

如图5所示，通过改变输入的低速信号幅度，可以改变输出所述电源调制电路的输出电压上叠加信号的幅度，从而改变所述激光驱动电路输出波形的调制深度，进而改变负载激光二极管LD输出光信号的调制深度，参照图中AdpativeAM index，可以根据***需要调整低速信号幅度即可调整调制深度。通过控制参考电压Vref、运算放大器、晶体管、电阻R1和电阻R2构成反馈环路的环路带宽，从而改变所述激光驱动电路输出波形的摆幅，进而改变负载激光二极管LD输出光信号的强度，参照图中Adpative Date bandwidth，可以满足协议要求速率的同时，通过优化电源调制带宽减小噪声对高速数据的影响。实现了调制带宽和调制深度可调。

可选的，所述晶体管transistor为MOS transistor或BJT transistor等。

本发明优选实施例还公开一种调顶信号传输方法，应用于上述实施例中的调顶发射机电路，其包括以下步骤：

所述电源调制电路将低速信号调制到输出电压上，实现将低速信号叠加至所述激光驱动电路中的高速数据上。

本发明调顶发射机电路结构简单，从光电收发器层面实现将低速管理数据调制到高速数据上，从而实现调顶，其通过在光收发机层面提出调顶解决方案，便于光模块厂商开发光模块***，并将发射机调顶所需功能进行了集成，减少光模块***所需要的元器件数量。

以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (4)

1.一种调顶发射机电路，其特征在于，包括：激光驱动电路和电源调制电路，所述电源调制电路与激光驱动电路连接，所述电源调制电路的输出电压为所述激光驱动电路的供电电压，所述电源调制电路可将低速信号调制到输出电压上，实现将低速信号叠加至所述激光驱动电路中的高速数据上；

所述激光驱动电路包括第一级驱动电路和第二级驱动电路，所述第一级驱动电路和第二级驱动电路之间直流耦合，所述电源调制电路的输出电压为所述第一级驱动电路的供电电压，所述第一级驱动电路的供电电压改变时，所述第一级驱动电路的输出共模电压改变，进而改变所述第二级驱动电路的供电电流，实现将低速信号叠加至激光驱动电路中的高速数据上；

所述激光驱动电路驱动负载激光二极管，负载激光二极管将负载激光驱动器输出的电信号线性地转换成光信号；

所述电源调制电路包括参考电压Vref、运算放大器、晶体管、电阻R1、电阻R2，所述运算放大器的正向输入端与参考电压Vref连接，所述晶体管的第一输入端与电源Vcc连接，所述晶体管的第二输入端与运算放大器的输出端连接，所述晶体管的输出端产生输出电压，电阻R1的第一端与所述晶体管的输出端连接，电阻R1的第二端产生反馈电压且与所述运算放大器的负向输入端连接，电阻R2的第一端连接与电阻R1的第二端连接，电阻R2的第二端接地，低速信号加载在所述运算放大器的正向输入端或负向输入端；

通过改变输入的低速信号幅度，可以改变输出所述电源调制电路的输出电压上叠加信号的幅度，从而改变所述激光驱动电路输出波形的调制深度，进而改变所述负载激光二极管输出光信号的调制深度。

2.如权利要求1所述的调顶发射机电路，其特征在于，通过控制参考电压Vref、运算放大器、晶体管、电阻R1和电阻R2构成反馈环路的环路带宽，从而改变所述激光驱动电路输出波形的摆幅，进而改变所述负载激光二极管输出光信号的强度。

3.如权利要求1所述的调顶发射机电路，其特征在于，所述晶体管为MOS transistor或BJT transistor。

4.一种调顶信号传输方法，应用于上述权利要求1-3任一所述的调顶发射机电路，其特征在于，包括：

所述电源调制电路将低速信号调制到输出电压上，实现将低速信号叠加至所述激光驱动电路中的高速数据上。

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