[发明专利]通过激光电源电压闭环控制的平均功率控制环路及方法

说明书

本发明公开了一种通过激光电源电压闭环控制的平均功率控制环路及方法。根据所述方法中的一个，将开关变换器耦合以向激光二极管的第一端子提供功率，将可编程电流源耦合以控制通过激光二极管的平均电流，将平均功率控制电路耦合至监控二极管，以监控激光二极管的平均功率输出，并且控制可编程电流源来维持激光二极管的期望的平均功率输出，并且响应于可编程电流源的动态余量来调整所述开关变换器的输出以将开关变换器的输出限制为仍将保证电流源的充分操作的电压。公开了各种实施例。

技术领域

本发明涉及用于数据通信的激光驱动器的领域，并且更具体地涉及用于光纤网络中的数据通信的激光驱动器。

背景技术

在光纤网络中的通信是使用光纤收发器模块完成的，数据中心中通常存在大量的光纤收发器模块。这样的收发器模块包括传输激光二极管和激光二极管驱动电路等等。光纤收发器模块消耗相当大的功率，大部分功率消耗在激光二极管和驱动器电路中。这具有两个主要的效果。首先，它限制了每个开关卡可以使用的端口或通道的数量，因此给定数量的端口需要更大的空间。其次，操作光纤收发器模块的成本很高，所述光纤收发器模块通常每天工作24小时。在那方面，电费对于数据中心的设备所有权成本而言是单一最大的贡献者，因此激光驱动器的功率消耗的降低是数据中心的意外之财。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的示图。

图2是本发明的另一个实施例的示图。

图3是本发明的第三实施例的示图。

图4是本发明的另一个实施例的示图。

具体实施方式

首先参考图1，可以看到本发明的一个实施例。监控二极管Dmd设置为接收传输激光二极管Dld的发射的部分（fraction）以向平均功率控制电路（APC）提供对激光二极管的输出的测量值。平均功率控制电路APC也向放大器A1的一个输入端提供Bias_Cntl（偏置控制）信号，所述放大器A1控制晶体管Q1的栅极以及副本晶体管（replica transistor）QR的栅极，所述副本晶体管是晶体管Q1的尺寸的相对小的部分（1/Kb）。激光二极管Dld由电压（Vapc-Vbias）偏置，其中Vbias被提供为差分放大器A2的一个输入。放大器A2的另一个输入由副本晶体管QR的漏极电压提供。晶体管Q2的栅极由差分放大器A2控制，其漏极形成差分放大器A1的第二输入。在操作中，差分放大器A1驱动晶体管Q2的栅极，使得放大器A2的差分输入是零。因此，副本晶体管QR上的漏极电压等于晶体管Q1上的漏极电压，即电压Vbias。作为放大器A1的输出的晶体管Q1的栅极电压以及副本晶体管QR的栅极电压也耦合为APC的输入。该环路具有高的频率响应，所述频率响应使Q1看起来像响应于Bias_Cntl信号的可编程电流源。在APC通过Bias_Cntl信号控制IBias的同时，它也监控晶体管Q1的栅极电压以确保该栅极电压保持在期望的操作电压或在期望的操作范围内。晶体管Q1上的栅极电压太高意味着它在竭尽全力向激光二极管Dld提供期望的偏置电流，因为可编程的电流源不具有足以进行令人满意的操作的动态余量（headroom），并且相应地，APC向上调整Vbias_tgt，从而增加DC/DC转换器的输出，以向上调整Vapc，使得在平均功率控制环路仍将激光二极管Dld的偏置维持在（Vapc-Vbias）的同时，更高的Vapc增加了可编程电流源的动态余量以在仍维持激光二极管的偏置的同时将晶体管Q1上的栅极电压向下拉。晶体管Q1的栅极上的电压太低意味着供应激光二极管（以及平均功率控制环路的其它部分）的电压Vapc高于所需的电压，并且在没必要地浪费了功率。相应地，APC向下调整Vbias_tgt，从而降低DC/DC转换器的输出以向下调整Vapc，使得在平均功率控制环路再次仍将激光二极管Dld的偏置维持在（Vapc-Vbias）的同时，更低的Vapc降低了可编程电流源的动态余量以将栅极电压向上拉。新的效果是自动地调整（限制）了电压Vapc，以在仍维持充足但不会过多的各种操作条件下的可编程电流源的动态余量的同时最小化由激光电路消耗的功率。