可调谐半导体激光器的精密控制系统设计

为了满足高精密测量领域对半导体激光器高稳定度的要求,设计了一种高稳定度、低噪声的半导体激光器控制系统。该控制系统由电流驱动和温度控制两部分组成,电流控制部分采用负反馈控制保持电流稳定,温度控制部分采用高度集成的MAX1978作为主控芯片,驱动半导体制冷器进行温度补偿。经过实验验证,电流在200mA范围内连续可调,电流控制精度高达1A,在3kHz~100kHz带宽内交流噪声有效值小于300nA,长期温度漂移小于2m℃。结果表明,该系统可用于驱动分布式反馈外腔半导体激光器和分布式布喇格反射半导体激光器。     

Laser Driver for Optic Fiber Gyro with 4 mA to 200 mA Drive Current

Abstract---The stability of the drive current is very important for a laser driver, while it is difficult to maintain the current stable at a high value for the laser driver. On the other hand, the range of the drive current is expected to be as wide as possible to be applied to different kinds of lasers. In this paper, a high current laser driver for the superluminescent light emitting diode （SLED） is presented, which is used in the optic fiber gyro embedded by a 0.35 μm bipolar complementary metal-oxide-semiconductor transistor （BiCMOS） process. The laser driver provides automatic power control and certain value of current determined by the external resister. The system is based on the optic-electric feedback theory and uses the closed-loop control technique to maintain the drive current stable. The system is capable of producing stable current ranges from 4 mA to 200 mA when the value of external resister changes.     

基于REC技术的DFB激光器阵列驱动电路的设计

为了实现DFB激光器阵列的智能化控制,提出了一种智能化、高精度、数字控制的驱动电路设计方案。该系统以单片机和FPGA为主要控制芯片,具有体积小、效率高、无冲击、开关保护等特点。DFB激光器阵列的输出可以由外部可调信号控制。该系统将模拟控制模型转化为数字控制模型,提高了驱动电路的性能。该系统能够实时监测DFB激光器阵列的温度和电流。电流的输出精度可以达到±0.1 mA,保证DFB激光器阵列稳定可靠地工作。该驱动电路有利于DFB激光器阵列的灵活使用。     

A 15 Gbps-NRZ,30 Gbps-PAM4,120 mA laser diode driver implemented in 0.15-an GaAs E-mode pHEMT technology

This paper presents the design and testing of a 15 Gbps non-return-to-zero (NRZ),30 Gbps 4-level pulse amplitude modulation (PAM4) configurable laser diode driver (LDD) implemented in 0.15-μm GaAs E-mode pHEMT technology.The driver bandwidth is enhanced by utilizing cross-coupled neutralization capacitors across the output stage.The output transmission-line back-termination,which absorbs signal reflections from the imperfectly matched load,is performed passively with on-chip 50-Ω resistors.The proposed 30 Gbps PAM4 LDD is implemented by combining two 15 Gbps-NRZ LDDs,as the high and low amplification paths,to generate PAM4 output current signal with levels of 0,40,80,and 120 mA when driving 25-Ω lasers.The high and low amplification paths can be used separately or simultaneously as a 15 Gbps-NRZ LDD.The measurement results show clear output eye diagrams at speeds of up to 15 and 30 Gbps for the NRZ and PAM4 drivers,respectively.At a maximum output current of 120 mA,the driver consumes 1.228 W from a single supply voltage of-5.2 V.The proposed driver shows a high current driving capability with a better output power to power dissipation ratio,which makes it suitable for driving high current distributed feedback (DFB) lasers.The chip occupies a total area of 0.7 × 1.3 mm2.     

CPT原子钟垂直腔面发射激光器驱动电路设计

设计了一种输出电流范围在0~2 mA,用于驱动垂直腔面发射激光器(VCSEL)的恒流源电路。电路设计采用负反馈原理,可输出一个稳定的电压,该电压经过电压电流转化为恒定电流。为使输出电流更加稳定,在电路中加入现场可编程门阵列(FPGA)芯片EP4CE10F17C8组成控制电路。芯片通过采集负反馈的输出与预定值比较,得到误差量反馈到负反馈模块,调整负反馈电路的输入电压,从而使电路输出实现长期稳定。最后对电路输出性能进行测试,测试结果表明电流的纹波系数为0.01,电流稳定度为±0.02 mA。在驱动电流为1.2 mA、激光器工作温度为60℃时,用波长计测试激光器输出波长为795 nm,同时测得的吸收谱线也表明激光器输出波长在795 nm附近。因此,该恒流源电路可用于驱动VCSEL输出稳定波长。     

A versatile Si-bipolar driver circuit with high output voltageswing for external and direct laser modulation in 10 Gb/s optical-fiberlinks

A monolithic integrated driver circuit developed for laser modulation in a 10 Gb/s optical-fiber link is presented. The IC was fabricated in a self-aligned double-polysilicon Si-bipolar production technology with f_T≈25 GHz. The circuit can be operated up to 14 Gb/s with a maximum output voltage swing as high as 3.6 V at 50 Ω load (corresponding to an internal current swing of 108 mA), which allows the circuit to drive external modulators. In addition, the circuit can be used for direct laser modulation at 10 Gb/s, since the output current swing can easily be controlled over a wide range (e.g., from 15 mA to 60 mA). Problems in the design of such driver circuits as well as their solutions are discussed in detail     

一种非隔离型LED照明恒流驱动芯片设计

实现了一种具有超高电压输入、高精度、大调光范围、低成本的非隔离型LED恒流驱动芯片。芯片采用外接高压三极管的电压调整结构以及高精度基准电压源,以PWM峰值电流控制方式实现了高精度、高一致性的电流输出。芯片采用18 V耐压的工艺流片,实现输入电压范围从10 V达到450 V变化,电能转换效率高达92%,驱动电流可从几毫安到超过1 A间设定,电流精度和一致性可达1.5%。     

Silicon bipolar laser driving IC for 5 Gb/s and 45-mA modulationcurrent and its application in a demonstrator system

The design and implementation of a 5-Gb/s silicon bipolar laser driver IC for direct modulation of a laser diode is reported. The adjustable modulation current range is 15-45 mA. The IC can drive 25-Ω laser modules via a 25-Ω transmission line. Typical power dissipation is 930 mW for a modulation current of 45 mA. Though the IC has been fabricated on a production line instead of using a laboratory technology, it is one of the fastest laser driver ICs ever implemented in silicon. The ability to drive an ohmic load is shown, as well as the performance when driving a real laser module. The circuit has been successfully operated in a demonstrator system for digital optical-fiber transmission     

用于干涉测量的光栅外腔半导体激光器

研制了用于光干涉测量的单稳频、窄线宽光栅外腔半导体激光器(LD)。它由出光面镀有增透膜的单管半导体激光器、光束校正准直系统、闪耀光栅、注入电流驱动系统及温度控制系统组成。闪耀光栅作为外腔光反馈元件对单管半导体激光器输出的纵模进行选择，使之工作在单纵模状态。外腔的引入还使输出光的谱线宽度得以大大压窄。注入电流驱动系统为半导体激光器提供工作电流。温度控制系统由双层温控组成。第一层用于控制单管半导体激光器管芯温度；另一层用于及时带走第一层温控产生的热量，并消除环境温度影响，使外腔温度稳定。该温控系统可使所构成激光器的温度稳定在1‰℃量级。对研制的外腔半导体激光器的特性进行测试，其输出功率恒定、模式单一稳定、谱线宽度优于1．4MHz。     

光纤放大器抽运模块LD驱动电流源设计

为了实现光纤放大器的抽运模块驱动电源精度高、纹波系数小、转换效率高并具有一定保护功能,设计了半导体激光器的驱动电流源。该电流源由驱动、串口控制等模块组成。采用基于LM2676的开关转换方式,构建了转换效率较高的恒流源系统,并应用于LD驱动。经测试,通过LD的电流最大为2.5A,输出电流精度达到0.1%,转换效率可达85%以上,LC滤波电路使输出电流纹波减少至0.5mA;具有串口通信电流源控制系统,能够实现对驱动电流值的远程读取与设置。结果表明,该电流源达到理论设计要求,可应用于光纤放大器抽运模块。     

4～20mA电流环串行通信接口抗干扰研究

介绍了基于4²0 mA电流环串行通信接口的基本原理,创新的使用PCI转UART桥芯片实现了基于CPCI总线的420 mA电流环串行通信接口的基本原理,创新的使用PCI转UART桥芯片实现了基于CPCI总线的4²0 mA电流环串口卡,并给出了某地面测试系统中电流环接口的干扰源及其抗干扰分析。通过改进接收端施密特触发器电路,降低了输出高电平的幅值,减小了系统中干扰信号的尖峰,有效地抑制了噪声;同时,通过选取最佳的负载电阻,提高了光耦饱和度,增强了输出驱动能力。经测试,按这种方法改进后的420 mA电流环串口卡,并给出了某地面测试系统中电流环接口的干扰源及其抗干扰分析。通过改进接收端施密特触发器电路,降低了输出高电平的幅值,减小了系统中干扰信号的尖峰,有效地抑制了噪声;同时,通过选取最佳的负载电阻,提高了光耦饱和度,增强了输出驱动能力。经测试,按这种方法改进后的4²0 mA电流环串行接口电路较好地抑制了通信线束中的电磁串扰,提升了抗干扰能力。     

基于DRV595的激光器恒温控制系统

半导体激光器的输出波长和功率随温度变化而变化,为了确保激光器工作性能,须对其进行恒温控制。采用脉冲宽度调制功率驱动器DRV595驱动半导体制冷器的方法,设计了一种双向大电流输出的高精度温度控制系统。在S域对系统进行了建模分析,搭建经典比例-积分-微分控制器,采用桥式采样电阻,纯硬件电路实现,结构简单,省掉了数字控制器的复杂软件编写。在常温试验中取得了±0.03℃的控制精度,DRV595集成脉冲宽度调制和双向MOSFET,输出电流最大为±4A。双向电流驱动半导体热电制冷器,实现了无死区控制。结果表明,脉冲宽度调制方式驱动和低输出级电阻大大降低了功率耗散。该系统工作稳定、功耗低、控制精度较高,具有实用价值。     

可编程调制的智能化激光二极管驱动电源设计

设计了一种能对输出电流实现多种波形调制的半导体激光二极管(LD)驱动电源。该驱动电源嵌入单片机,控制灵活,结构简单、性能价格比高。可用于LD和LED的输出光功率直接调制,也适用于LD输出光频率调制,具有通用性。     

LED恒流驱动电路研究与设计

基于CSMC 0.5μm BCD工艺给出LED恒流驱动电路.利用MOS管饱和区恒流特性以及电流负反馈结构,给出三种恒流驱动方案.比较三种方案的恒流工作电压,确立最终结构.采用的方案能够有效降低恒流工作电压并实现利用外接电阻控制恒流输出的大小,驱动电流范围为14.5mA到91.5mA.驱动电流可以通过外接PWM数字信号实现输出使能控制,控制响应时间为7ns.可用于LED显示屏.通过Hspice软件进行仿真,5V的电源电压波动±10%时驱动电流波动小于1.85%.环境温度由25℃变化到85℃时驱动电流变化2.14%.外接电压由0V变化到5V,此时的驱动电流变化小于5.5%.当驱动电流为91.5mA时,恒流工作电压仅为0.38V.     

Design and implement of LED drive circuit chip with the controllable constant output current

Owing to the fact that the LED drive circuit must have constant output current control, we propose a controlled current driver with a high precision for the white light LED. Three discrete constant current settings are available and may be selected at the supply voltage from 2.9 V to 4.4 V, which is up to 1 A. An autozero transconductance amplifier is proposed, which effectively improves the precision, reduces the offset voltage and the noise. The variation in the ratio of the external resistor current to the LED load current is less than 2.3%, when the LED load current changes from 200 mA to 800 mA.     

大电流长脉宽LD激光器驱动电源的研制

本文主要介绍了一种大电流长脉宽半导体激光器骄动电源的设计方法。根据大功率脉冲型LD的工作特性,作者设计了一套采用L—C串联谐振的恒流充电电路与大功率金属氧化层半导体场效应管（MOSFET）线性控制脉冲放电电路相结合的驱动电源。此电源满足了输出脉冲电流幅值、脉宽、重频、调Q精确延时均方便可调的要求;并且辅助以片上系统（soc）单片机和CPLD为核心的控制电路,使电源电路具有结构简单,控制灵活,精度高等特点;同时结合多路在线实时保护电路,有效保证了LD的安全工作。该电源已经成功应用于“XX装置”预放大器项目。     

无电解电容LED驱动电路

针对现有LED驱动电路存在电解电容限制寿命的不足,提出了一种无电解电容的LED驱动电路的设计方法。该方法采用Panasonic松下MIP553内置PFC可调光LED驱动电路的芯片,与外部非隔离底边斩波电路合成作为基本的电路结构,输出稳定的电流用以满足LED工作的需要。同时设计保护电路来保护负载。实验结果表明,控制器芯片能稳定工作,并且可以实现27 V的恒压输出和350 mA的恒流输出。     

一种可调节电流的电流型PWM直流转换器

介绍一种用于驱动发光二极管(LED)的可调节电流的电流型PWM直流转换器.该直流转换器由于接有一个外接电阻,可以通过调节外接电阻的大小来调节输出电流.输出电流调节范围在5～40mA之间.主要分析了电路的输出电流调节功能,和这种输出电流可变的电流型PWM直流转换器的电流和电压反馈环的反馈实现原理.并简要介绍了这种带电流调节功能的PWM直流转换器的工作原理,最后给出了电路在输出不同电流时使用HSPICE软件对反馈参考电压,PWM锁存器输出波形的仿真结果.     

大功率半导体激光器驱动电源及温控系统设计

为了解决大功率半导体激光器的输出波长和功率的稳定性问题,设计了一套大功率激光器恒流驱动电源及温控系统。利用深度负反馈电路实现对激光器驱动电流的恒流控制,采用硬件比例-积分（Proportional-Integral,PI）温控电路结合恒流驱动,控制半导体制冷器（Thermoelectric Cooler,TEC）的工作电流,实现激光器工作温度的精确控制。所设计的驱动电源可实现输出电流0~12.5 A连续可调,同时具有电流检测、过流保护、晶体管-晶体管逻辑（Transistor-Transistor Logic,TTL）信号调制等功能。所设计的温控系统的控制精度可达到0.05℃,同时设定温度连续可调,温度可实时监测。实验结果表明该设计能够保证稳定的电流输出和温度控制,满足大功率激光器的使用要求。     

高精度半导体激光器驱动电源及温控电路设计

为了解决布里渊光纤传感系统中半导体激光器光源输出功率和波长易受驱动电流和温度影响的问题,设计了一种高精度恒流驱动和温控电路。该电路利用深度负反馈积分电路对激光器驱动电流进行精密的恒流控制,同时采用集成温度控制芯片MAX1978控制半导体制冷片的工作电流,实现对激光器工作温度的精确控制。结果表明,本设计实现了驱动电流0mA~100mA可调,电流控制最大相对误差为0.06%,电流稳定度为0.02%,温度控制最大误差为0.03℃,在温控的条件下,光功率稳定性达到0.5%,最大漂移量为0.005dBm。该设计实现了对电流和温度的有效控制,保证了输出光的稳定性。