CN117061009B - 光通信发射机激光驱动器的光调制幅度控制方法及架构 - Google Patents

光通信发射机激光驱动器的光调制幅度控制方法及架构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光通信发射机激光驱动器的光调制幅度控制方法及架构，该控制方法是将监测光电二极管MPD的寄生电容作为积分器，在时钟正脉冲时间内对参考电流与监测信号电流的差值积分，然后比较的方案；方案实施的具体架构包括：激光驱动器、激光二极管LD、监测光电二极管MPD、比较器、数字控制器、偏置电流DAC、调制电流DAC、时钟信号以及开关管。本发明可实现对光通信发射机关键性能指标—光调制幅度OMA的自动控制，可解决激光二极管的电光转换特性随温度，寿命以及生产一致性等因素变化影响OMA指标的问题，并且避免了典型的激光驱动器控制方案中受MPD寄生电容影响而无法应用在高速光发射机的问题。

Description

光通信发射机激光驱动器的光调制幅度控制方法及架构
技术领域
本发明属于光通信技术领域，具体地说，是涉及一种光通信发射机激光驱动器的光调制幅度控制方法及架构。
背景技术
光通信发射机***的***框图，如图1所示，它主要包含复接器、激光驱动器和激光二极管LD（Laser Diode）。在光发射机中，首先通过同步时钟信号和复接器将并行数据输入信号转换为串行数据信号，然后输出给后级的激光驱动器；激光驱动器将前级电压信号进行放大，整形后，再驱动偏置电流和调制电流流过激光二极管LD，将电信号转换为光信号输入到光纤。
激光二极管LD作为光发射机的最后一级，是光发射机的关键元件，它的性能直接影响着光发射机的主要性能指标。由于激光二极管是半导体器件（多采用Ⅲ和Ⅴ族元素组成的化合物，常用的材料是AlGaAs/InGaAs/InP），因此其电光转换特性会受温度、寿命和生产一致性的影响，如图2所示，激光二极管的阈值电流Ith以及发光效率随温度、寿命或生产一致性变化，在相同的驱动电流情况下（相同偏置电流IBias和调制电流IMod），得到的光调制幅度(OMA, Optical Modulation Magnitude)不同，阈值电流Ith1、阈值电流Ith2不同，图2所示，P1代表高能级，P0代表低能级，OMA被定义为高能级P1与低能级P0之差；图中，OMA1为P1与P0之差；OMA2为P1’与P0’之差。
为了获得更好更稳定的发射机***性能，期望光调制幅度在工作温度范围、寿命内和批量生产中保持稳定，因此需要在激光驱动器电路中添加控制电路，以补偿激光二极管因老化、温度等因素而引起的光调制幅度OMA下降，保证发射光信号的质量。
为了解决因激光二极管的温度、寿命和一致性等因素而引起的光调制幅度OMA下降，导致的光发射机性能降低的问题，目前一种典型的激光驱动器技术方案，是采用如图3所示的控制方案。
图3中的控制方案，包括自动平均光功率控制APC（Automatic Mean PowerControl）环路和自动消光比控制ERC（Extinction Ration Control）环路。APC环路是指从激光二极管发光LD->监测光电二极管MPD->跨阻放大器->低通滤波器->放大器->偏置电流控制激光驱动器->激光二极管LD的环路。AER环路是从从激光二极管发光LD->监测光电二极管MPD->跨阻放大器->峰值检测器->放大器->调制电流控制激光驱动器->激光二极管LD的环路。
APC环路的原理是：激光驱动器驱动激光二极管发光，MPD将监测到的光信号转换为电流信号，然后跨阻放大器将流过的电流信号转成电压信号，再通过低通滤波器提取电压信号中的直流分量（平均值）到放大器负输入端，然后与放大器正端设定的参考电压VAVG值（平均光功率成正比电压）进行比较，比较结果送入控制激光驱动器的偏置电流。APC环路是一个负反馈环路，当其稳定后，MPD光电流产生的平均电压与设定VAVG电压相等，也即平均光功与设定的目标值相等。
ERC环路的原理是：通过峰值检测电路检测电信号的峰值输入到放大器的负端，与放大器正端设定的参考电压VPEAK值（消光比成正比电压）进行比较，比较结果送入控制激光驱动器的调制电流。ERC环路也是一个负反馈环路，当其稳定后，MPD光电流产生的峰值电压与设定VPEAK电压相等，也即消光比与设定的目标值相等。
当上述平均光功率和消光比都等于设定值后，即实现了对输出平均光功率和峰值功率的控制，也即实现了对发射光功率的OMA调制。
该控制方案的优点是：可以自动的控制发射光调制幅度OMA，无需关心激光二极管器件电光转换的温度特性，也能解决器件的寿命问题。但是随着光通信的蓬勃发展，信号码率从早期的几十Mbps发展到了Gbps、10Gbps及以上速率，该方案的不足也显示出来：一是需要能够以比特率（Bit rate）速度工作的监测光电二极管MPD，但是目前主流的监测光电二极管MPD寄生电容都大，一般为几pF到几十pF，其与后级跨阻放大器组成的RC带宽很低，一般为几到几十兆，导致信号工作码率较低；二是需要跨阻放大器TIA和峰值检测器也必须以比特率速度工作，这在高速应用中会导致非常大的功耗和面积，并且由于MPD寄生电容值大，即使牺牲功耗和面积也无法达到千兆的应用速率；此外，上述模拟峰值检测器的保持时间有限，这可能导致在突发模式应用时，其监测的峰值电平不正确。由于上述原因，其只适用于很低速率的发射光OMA自动控制，无法满足现在光通信千兆，万兆赫兹及以上速率的发展需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光通信发射机激光驱动器的光调制幅度控制方法及架构，主要解决现有技术无法满足现在光通信千兆，万兆赫兹及以上速率的发展需求。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种光通信发射机激光驱动器的光调制幅度控制方法，包括如下步骤：
S1，由表达式可知，光调制幅度OMA由光发射机发射的光信号的两个独立的光功率能级P1、P0确定；其中，P1代表高能级，P0代表低能级；
S2，根据平均光功率表达式和消光比表达式/>，设定平均光功率 Pavg和消光比ER，求解得到 P0和P1；
S3，根据监测光电二极管MPD的光电响应表达式，带入P0和P1得出参考电流I0和参考电流I1的值；其中，/>为响应度，单位为w/A；P即光功率能级；
S4，通过参考电流产生模块得到所需的参考电流I0和参考电流I1-0；
S5，将发射机输入电信号Data和发射机突发使能信号Ben输入到激光驱动器产生电流信号；
S6，电流信号流过激光二极管LD产生光信号，光信号被监测光电二极管MPD再转换成光感应电流信号；
S7，将光感应电流信号与参考电流I0和参考电流I1-0之和相减，并对得到的差值进行积分；
S8，将积分后的电流信号输入比较器与设定的偏置电压进行比较，并采样比较器的输出；
S9，比较器输出的数字信号传输到数字控制器进行处理，输出结果用来控制BIASDAC偏置电流和MOD DAC调制电流；
S10，BIAS DAC偏置电流和MOD DAC调制电流再输入到激光驱动器，调正激光驱动器的驱动能力，形成负反馈环路；
S11，当最终达到稳定态时，监测光电二极管MPD转换成的光感应电流信号与参考电流I0和参考电流I1相等，实现光调制幅度的自动控制。
基于上述方法，本发明还提供一种光通信发射机激光驱动器的光调制幅度控制架构，包括激光驱动器，与激光驱动器的输出端相连的光发射组件，通过两个开关与光发射组件相连的参考电流产生模块，正端与光发射组件和参考电流产生模块相连且负端接Vref的比较器，与比较器的输出端相连的数字控制器，以及输入端分别通过控制总线与数字控制器相连用于产生偏置电流到激光驱动器的第一数模转换器和用于产生调制电流到激光驱动器的第二数模转换器；所述参考电流产生模块和比较器均通过同一个开关控制模块输出的开关控制信号控制；所述开关控制模块由突发使能信号Ben、发射机输入电信号Data、时钟信号Dclk以及数字控制器产生的标志位Flag共同控制。
进一步地，在本发明中，所述开关控制模块包括输入端输入突发使能信号Ben、输出端输出Sw1信号的缓冲器，两输入端输入Sw1信号与Dclk信号产生Reset信号的与非门，以及3个输入端分别输入标志位Flag、Sw1信号和发射机输入电信号Data并输出Sw2信号的与门；其中，Sw1信号、Sw2信号用于控制参考电流产生模块，Reset信号用于控制比较器。
进一步地，在本发明中，所述参考电流产生模块由控制总线APC_SET<7:0>和控制总线ERC_SET<7:0>共同控制；控制总线APC_SET<7:0>设置8位APC_DAC输出电流2*Iavg，2*Iavg电流被分成8条支路，每条支路的分流比例分别为1：2：4：8：16：32：64：128，每条支路通过开关管选择联通的电路；其中，所述开关管通过控制总线ERC_SET<7:0>控制；所述8条支路经开关管选择后形成左通路输出和右通路输出；电流2*Iavg被分为两部分，一部分通过左通路输出流入左通路，并通过镜像输出为I0，一部分通过右通路输出流入右通路，并减去I0，通过镜像输出为I1-0。
进一步地，在本发明中，所述数字控制器包括3个计数器、1个分频器、1个内部寄存器和1个状态控制器；所述数字控制器的输入信号包括主时钟信号Mclk，比较器输出信号Vcmp，发射机突发使能信号Ben、复位信号Rst，以及IIC数字通信接口信号SDA和SCL；其中，
所述分频器用于将主时钟信号Mclk分频产生时钟信号Dclk；
其中，3个计数器记为第一计数器、第二计数器、第三计数器，第一计数器的功能是在时钟信号Dclk下降沿时刻判断比较器输出信号Vcmp的值，当输出信号Vcmp为高电平，则计数器减一，当输出信号Vcmp为低电平，则计数器加一，然后将计数器的结果输出到第一数模转换器的控制总线；
同理，第二计数器的功能是将该计数器的结果输出到第二数模转换器的控制总线；
第三计数器用于在数字控制器进入稳定态后分配第一数模转换器和第二数模转换器的调整比例；
所述内部寄存器用于存储内部状态控制器的参数；
所述状态控制器用于根据输入输出信号的组合，来调整第一数模转换器和第二数模转换器的工作状态。
进一步地，在本发明中，所述光发射组件由激光二极管LD、监测光电二极管MPD和寄生电容CMPD组成；其中，激光二极管LD的阴极端接激光驱动器的输出端，激光二极管LD的阳极端接VDD，监测光电二极管MPD的阴极端接VDD，监测光电二极管MPD的阳极端输出光感应电流信号至参考电流产生模块；寄生电容CMPD并联于监测光电二极管MPD两端。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过设置平均光功率和消光比指标，可实现对光通信发射机关键性能指标—光调制幅度OMA的自动控制，可解决激光二极管的电光转换特性随温度，寿命以及生产一致性等因素变化影响OMA指标的问题，并且避免了典型的激光驱动器控制方案中受MPD寄生电容影响而无法应用在高速光发射机的问题；无需高速模拟模块，功耗较小；可适用于突发模式高速率信号的应用，满足目前主流的千兆，万兆赫兹光通信发射端的需求。
附图说明
图1为现有技术中的光通信发射机***框图。
图2为现有技术中的激光二极管输出光功率与驱动电流之间的关系图。
图3为现有技术的一种典型的激光驱动器控制方案结构图。
图4为本发明的控制方法流程图。
图5为本发明的控制架构图。
图6为本发明中的开关控制模块的典型结构图。
图7为本发明中的参考电流产生模块的典型结构图。
图8为本发明中的数字控制器的典型结构图。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
由背景技术可知，由于光发射组件TOSA的监测光电二极管MPD的寄生电容值较大，一般为几pF到几十pF，其与后级的跨阻放大器形成的带宽只有几十兆赫兹，限制了典型光发射机的高速率应用。
如图4所示，本发明提供的一种光通信发射机激光驱动器的光调制幅度控制方法的流程图，该流程图有两条支路，一条支路为参考电流I0和I1的产生支路，一条支路为激光驱动器的光调制幅度控制环路。
对于光发射机，其发射的光信号为二进制非归零NRZ（non-return-to-zero）码，信号只有两个独立的光功率能级，如前面图2所示，P1代表高能级，P0代表低能级，OMA被定义为高能级与低能级之差，表达式为：
从上式中可知，只要确定了P0和P1就确定了OMA。在光发射机的应用中，通常采用平均光功率和消光比，这两个指标来确定P0和P1。
平均光功率的表达式为：
消光比的表达式为：
上面的两个公式可构成一个二元一次方程，设定好平均光功率和消光比指标，就可得出P0和P1的值，然后再根据MPD监测光电二极管的光电响应表达式，如下所示：
其中ρ为响应度w/A；从而得出响应电流I0和I1的值。
利用上述原理和电路，产生所需的参考电流I0和I1-0。
在另一环路中，发射机输入电信号Data和发射机突发使能信号Ben，输入到激光驱动器产生电流信号，电流信号流过激光二极管LD产生光信号，光信号被监测光电二极管MPD再转换成光感应电流信号，产生的光感应电流信号与前面产生参考电流信号I0和I1-0相减，然后在时钟信号Dclk时钟的正脉冲时间范围内进行积分，与设定偏置电压进行比较，再在Dclk时钟的下降沿采样比较器的输出，比较器输出的数字信号传输到数字控制器进行处理，输出结果用来控制BIAS DAC偏置电流和MOD DAC调制电流。最后，偏置电流和调制电流再输入到激光驱动器，调正激光驱动器的驱动能力，形成负反馈环路。当最终达到稳定态时候，监测光电二极管MPD转换成的光感应电流信号与设定的参考电流I0和I1相等，实现光调制幅度的自动控制。
基于上述原理，本发明还提供一种光通信发射机激光驱动器的光调制幅度控制的架构，如图5所示，该包括激光驱动器，与激光驱动器的输出端相连的光发射组件，通过两个开关与光发射组件相连的参考电流产生模块，正端与光发射组件和参考电流产生模块相连且负端接Vref的比较器，与比较器的输出端相连的数字控制器，以及输入端分别通过控制总线与数字控制器相连用于产生偏置电流到激光驱动器的第一数模转换器和用于产生调制电流到激光驱动器的第二数模转换器；所述参考电流产生模块和比较器均通过同一个开关控制模块输出的开关控制信号控制；所述开关控制模块由突发使能信号Ben、发射机输入电信号Data、时钟信号Dclk以及数字控制器产生的标志位Flag共同控制。
在本实施例中，由于只有一个比较器，它消耗的功耗要小得多；通过采样保持技术还消除了传统方法中模拟峰值检测器有限保持时间的问题；整体电路在Dclk时钟下而不是逐比特bit的基础上操作，因此不需要快速且耗电的电路；而且寄生光电二极管电容Cmpd在传统方法中是一个麻烦（限制了发射机信号应用速率），但在这里被用作积分器，不会限制信号带宽。
在本实例中，光发射组件TOSA由激光二极管LD和监测光电二极管MPD及其寄生电容CMPD组成。激光二极管LD将激光驱动器产生的电流信号转换成光信号，一部分传输到光纤，一部分传输到监测光电二极管被再度转换成响应电流Impd。分别由Sw1和Sw2开关控制的参考电流I0和I1-0都接入到监测光电二极管MPD的阳极端，同时监测光电二极管MPD的阳极端也接入到比较器的正端。
监测光电二极管MPD的寄生电容Cmpd，没有像前面所述接到跨阻放大器TIA的输入，此时被用作积分电容器CMPD，不会限制信号的带宽，电压积分表达式为：
积分电容器CMPD在时钟信号Dclk时钟的正脉冲时间TDclk内对MPD的响应电流与参考电流I0和I1-0的差值进行积分产生电压Vmpd。Vmpd与比较器负端输入的参考电压Vref进行比较，然后在Dclk时钟的下降沿对比较器的输出进行采样，表达式为：
通过上两式可知，寄生光电二极管电容CMPD的值对比较器结果没有影响，因此是不重要的。光电二极管和参考电流脉冲之间的I0和I1-0延迟，例如，由导通延迟补偿引起的延迟，对比较器决策也没有影响。
电压信号Vcmp输入到数字控制器；同时，在Dclk时钟的负脉冲时间或发射机突发使能信号Ben为低电平时控制开关Reset连接比较器的正端和负端。
比较器输出Vcmp传输到数字控制器进行处理。根据Vcmp结果，控制激光输出功率的计数器是递增或递减的，例如，Vcmp为高电平，表明IMPD大于参考电流，因此，数字控制器内部的计数器被逐步降低。计数器输出结果通过数字总线控制BIAS DAC偏置电流和MODDAC调制电流。
最后，偏置电流和调制电流再输入到激光驱动器，调正激光驱动器的驱动电流，形成负反馈环路。当最终达到稳定态时候，监测光电二极管MPD转换成的电流信号与设定的参考电流I0和I1相等，实现光调制幅度的自动控制。
如图6所示，为本实施例采用的开关控制模块的典型结构，该开关控制模块包括输入端输入突发使能信号Ben、输出端输出Sw1信号的缓冲器，两输入端输入Sw1信号与Dclk信号产生Reset信号的与非门，以及3个输入端分别输入标志位Flag、Sw1信号和发射机输入电信号Data并输出Sw2信号的与门；其中，Sw1信号、Sw2信号用于控制参考电流产生模块，Reset信号用于控制比较器。
如图7所示，为本实施例采用的参考电流产生模块的典型结构，该参考电流产生模块由控制总线APC_SET<7:0>和控制总线ERC_SET<7:0>共同控制；控制总线APC_SET<7:0>设置8位APC_DAC输出电流2*Iavg，2*Iavg电流被分成8条支路，每条支路的分流比例分别为1：2：4：8：16：32：64：128，每条支路通过开关管选择联通的电路；然后，通过控制总线ERC_SET<7:0>控制这8条支路的选择开关管ERC_SET<0>~ERC_SET<7>，例如，高电平选左通路，低电平选右通路；即所述8条支路经开关管选择后形成左通路输出和右通路输出；电流2*Iavg被分为两部分，一部分通过左通路输出流入左通路，并通过镜像输出为I0，一部分通过右通路输出流入右通路，并减去I0，通过镜像输出为I1-0。
如图8所示，为本实施例采用的数字控制器的典型结构，所述数字控制器包括3个计数器、1个分频器、1个内部寄存器和1个状态控制器；所述数字控制器的输入信号包括主时钟信号Mclk，比较器输出信号Vcmp，发射机突发使能信号Ben、复位信号Rst，以及IIC数字通信接口信号SDA和SCL；其中，所述分频器用于将主时钟信号Mclk分频产生时钟信号Dclk。
3个计数器分别记为计数器1、计数器2、计数器3。计数器1的功能是在时钟信号Dclk下降沿时刻（Ben为高电平时）判断比较器输出信号Vcmp的值，当输出信号Vcmp为高电平，则计数器1减一，当输出信号Vcmp为低电平，则计数器加一，然后将计数器1的结果输出到第一数模转换器的控制总线。同理，计数器2的功能是将该计数器的结果输出到第二数模转换器的控制总线；计数器3用于在数字控制器进入稳定态后分配第一数模转换器和第二数模转换器的调整比例；例如每64个Dclk周期，分配56个Dclk周期调整BIAS DAC（第一数模转换器），8个Dclk周期调整MOD DAC（第二数模转换器）。
内部寄存器功能是存储内部状态控制器的参数，例如分频器的分频比例，计数器1和计数器2中的初始值和步进值，以及计数器3中设置比例等。
状态控制器的主要功能是根据输入输出信号的各种组合，来调整BIAS DAC和MODDAC的工作状态，主要有4种工作状态：一是待机状态，当复位Rst信号为低电平，则数字控制器的所有输出信号复位为低电平；二是调整I0态，当Rst信号为高电平，在输入Ben为高电平时，将MOD DAC控制总线设为0，只调整BIAS DAC控制总线，一直到BIAS DAC的步进为1Lsb，Flag输出为高电平；三是调整I1态，当Rst信号为高电平，在输入Ben为高电平时，将BIASDAC控制总线保持不变，只调整MOD DAC控制总线，一直到MOD DAC的步进为1Lsb， Flag2输出为高电平；四是稳定态，当Flag和Flag2均为高电平后，通过计数器3的配置，分时调整BIAS DAC控制总线和MOD DAC控制总线，调整的步进均为1Lsb。
当Rst复位信号由低电平变为高电平后，本实施例的时序首先进入调整I0态；此时BIAS DAC输出初始值bias_dac[0]，MOD DAC输出值为0，开关管Sw1在Ben为高电平时一直开启，比较器在Dclk时钟为高电平时，对Impd和I0的差值的积分进行比较，在Dclk的下降沿进行采样并输出给数字控制器，数字控制器在Dclk为低电平时，对BIAS DAC进行调整；最初Vcmp一直为低电平，BIASDAC调整为线性步进模式bias_dac[n]= bias_dac[n-1]+ bias_dac[n-1]/K，其中bias_dac[n]表示当前第n次调整数据，bias_dac[n-1]表示上一次的调整数据，K为2整数倍常数，表示步进的比例。随着BIAS DAC的逐步增加，当Vcmp第一次变为高电平后，此时BIAS DAC调整进入二进制步进模式，即当Vcmp的高低电平发生切换，BIAS DAC调整步进为上一次步进的二分之一。当二进制步进调整到BIAS DAC的步进变为最小步进1Lsb，此时BIASDAC调整进入稳定步进模式，此后的步进均为1Lsb调整，并且数字控制器输出标志位Flag为高电平，表示调整I0态结束，进入调整I1态。
当控制时序进入调整I1态；此时BIAS DAC输出值保持进入调整I1态前的值不变，MOD DAC输出值为初始值mod_dac[0]，开关管Sw1在Ben为高电平时一直开启，开关管Sw2在Ben和Data为高电平时开启。同样，比较器在Dclk时钟为高电平时，对Impd和I0，I1-0的差值的积分进行比较，在Dclk的下降沿进行采样并输出给数字控制器，数字控制器在Dclk为低电平时，对MOD DAC进行调整；最初Vcmp一直为低电平，MOD DAC调整为线性步进模式mod_dac[n]=mod_dac[n-1]+ mod_dac[n-1]/K，其中mod_dac[n]表示当前第n次调整数据，mod_dac[n-1]表示上一次的调整数据，K为2整数倍常数，表示步进的比例。随着MOD DAC的逐步增加，当Vcmp第一次变为高电平后，此时Mod DAC调整进入二进制步进模式，即当Vcmp的高低电平发生切换，MOD DAC调整步进为上一次步进的二分之一。当二进制步进调整到MOD DAC的步进变为最小步进1Lsb，此时MODDAC调整进入稳定步进模式，此后的步进均为1Lsb调整，并且此时数字控制器输出标志位Flag2为高电平，表示调整I1态结束，进入稳定态。
当控制时序进入稳定态；此时BIAS DAC输出值，根据Vcmp的采样值，在前一状态的基础上进行1Lsb的调整，同时MOD DAC输出保持前一状态输出值不变；然后几个采样周期后，MOD DAC输出值，根据Vcmp的采样值，在前一状态的基础上进行1Lsb的调整，同时BIASDAC输出保持前一状态输出值不变，即进入稳定态后，BIASDAC和MOD DAC是分时调整的，分时的比例可由计数器3设置。当Rst由高电平边为低电平，则数字控制器是输出均被复位为低电平。
本发明的示例图，是精简的结构图。只要主体方案与本发明一致，增加非影响功能的模块，不影响本发明的保护。例如，本发明架构中的积分器，比较器以及参考电流产生电路是主要功能模块，也可以引入延迟器或驱动器等非逻辑模块。
本发明的示例图，都是典型结构图。改变接口的连接方式不影响本发明的保护。例如MPD采用的是电流源的连接方式，参考电流I1-0和I0采用的是电流沉的连接方式，实际也可以反过来连接。
本发明的逻辑信号的控制，按照典型高电平使能，低电平不使能；正脉冲积分，负脉冲采样。改变逻辑信号的控制极性，不影响本发明的保护。
本发明中提到的功能模块，都是以最简化的形式描述。增加这些模块的细节描述，不影响本发明的保护。例如，积分器，比较器以及数字控制器在时钟的上下半周期的工作模式，实际也可以反过来或是由专门的时序逻辑电路产生不同的时钟相位。
本发明的发射机工作在突发模式下，但实际也可以应用在连续模式下，即Ben一直保持高，不影响本发明的保护。
通过上述设计，本发明可实现对光通信发射机关键性能指标—光调制幅度OMA的自动控制，可解决激光二极管的电光转换特性随温度，寿命以及生产一致性等因素变化影响OMA指标的问题，并且避免了典型的激光驱动器控制方案中受MPD寄生电容影响而无法应用在高速光发射机的问题；无需高速模拟模块，功耗较小；可适用于突发模式高速率信号的应用，满足目前主流的千兆，万兆赫兹光通信发射端的需求。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种光通信发射机激光驱动器的光调制幅度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，由表达式可知，光调制幅度/>由光发射机发射的光信号的两个独立的光功率能级P1、P0确定；其中，P1代表高能级，P0代表低能级；
S2，根据平均光功率表达式和消光比表达式/>，设定平均光功率和消光比ER，求解得到 P0 和P1；
S3，根据监测光电二极管MPD的光电响应表达式，带入P0 和P1得出参考电流I0和参考电流I1的值；其中，/>为响应度，单位为w/A；P即光功率能级；
S4，通过参考电流产生模块得到所需的参考电流I0和参考电流I1-0；其中，I1-0= I1- I0；
S5，将发射机输入电信号Data和发射机突发使能信号Ben输入到激光驱动器产生电流信号；
S6，电流信号流过激光二极管LD产生光信号，光信号被监测光电二极管MPD再转换成光感应电流信号；
S7，将光感应电流信号与参考电流I0和参考电流I1-0之和相减，并对得到的差值进行积分；
S8，将积分后的电流信号输入比较器与设定的偏置电压进行比较，并采样比较器的输出；
S9，比较器输出的数字信号传输到数字控制器进行处理，输出结果用来控制BIAS DAC偏置电流和MOD DAC调制电流；
S10，BIAS DAC偏置电流和MOD DAC调制电流再输入到激光驱动器，调正激光驱动器的驱动能力，形成负反馈环路；
S11，当最终达到稳定态时，监测光电二极管MPD转换成的光感应电流信号与参考电流I0和参考电流I1相等，实现光调制幅度的自动控制。
2.一种用于实现如权利要求1所述的光通信发射机激光驱动器的光调制幅度控制方法的***，包括激光驱动器，其特征在于，还包括与激光驱动器的输出端相连的光发射组件，通过两个开关与光发射组件相连的参考电流产生模块，正端与光发射组件和参考电流产生模块相连且负端接Vref的比较器，与比较器的输出端相连的数字控制器，以及输入端分别通过控制总线与数字控制器相连用于产生偏置电流到激光驱动器的第一数模转换器和用于产生调制电流到激光驱动器的第二数模转换器；所述参考电流产生模块和比较器均通过同一个开关控制模块输出的开关控制信号控制；所述开关控制模块由突发使能信号Ben、发射机输入电信号Data、时钟信号Dclk以及数字控制器产生的标志位Flag共同控制。
3.根据权利要求2所述的一种用于实现光通信发射机激光驱动器的光调制幅度控制方法的***，其特征在于，所述开关控制模块包括输入端输入突发使能信号Ben、输出端输出Sw1信号的缓冲器，两输入端输入Sw1信号与Dclk信号产生Reset信号的与非门，以及3个输入端分别输入标志位Flag、Sw1信号和发射机输入电信号Data并输出Sw2信号的与门；其中，Sw1信号、Sw2信号用于控制参考电流产生模块，Reset信号用于控制比较器。
4.根据权利要求3所述的一种用于实现光通信发射机激光驱动器的光调制幅度控制方法的***，其特征在于，所述参考电流产生模块由控制总线APC_SET<7:0>和控制总线ERC_SET<7:0>共同控制；控制总线APC_SET<7:0>设置8位APC_DAC输出电流2*Iavg，2*Iavg电流被分成8条支路，每条支路的分流比例分别为1：2：4：8：16：32：64：128，每条支路通过开关管选择联通的电路；其中，所述开关管通过控制总线ERC_SET<7:0>控制；所述8条支路经开关管选择后形成左通路输出和右通路输出；电流2*Iavg被分为两部分，一部分通过左通路输出流入左通路，并通过镜像输出为I0，一部分通过右通路输出流入右通路，并减去I0，通过镜像输出为I1-0。
5.根据权利要求4所述的一种用于实现光通信发射机激光驱动器的光调制幅度控制方法的***，其特征在于，所述数字控制器包括3个计数器、1个分频器、1个内部寄存器和1个状态控制器；所述数字控制器的输入信号包括主时钟信号Mclk，比较器输出信号Vcmp，发射机突发使能信号Ben、复位信号Rst，以及IIC数字通信接口信号SDA和SCL；其中，
所述分频器用于将主时钟信号Mclk分频产生时钟信号Dclk；
其中，3个计数器记为第一计数器、第二计数器、第三计数器，第一计数器的功能是在时钟信号Dclk下降沿时刻判断比较器输出信号Vcmp的值，当输出信号Vcmp为高电平，则计数器减一，当输出信号Vcmp为低电平，则计数器加一，然后将计数器的结果输出到第一数模转换器的控制总线；
同理，第二计数器的功能是将该计数器的结果输出到第二数模转换器的控制总线；
第三计数器用于在数字控制器进入稳定态后分配第一数模转换器和第二数模转换器的调整比例；
所述内部寄存器用于存储内部状态控制器的参数；
所述状态控制器用于根据输入输出信号的组合，来调整第一数模转换器和第二数模转换器的工作状态。
6.根据权利要求5所述的一种用于实现光通信发射机激光驱动器的光调制幅度控制方法的***，其特征在于，所述光发射组件由激光二极管LD、监测光电二极管MPD和寄生电容CMPD组成；其中，激光二极管LD的阴极端接激光驱动器的输出端，激光二极管LD的阳极端接VDD，监测光电二极管MPD的阴极端接VDD，监测光电二极管MPD的阳极端输出光感应电流信号至参考电流产生模块；寄生电容CMPD并联于监测光电二极管MPD两端。
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