一种光发射组件的EA和MPD的低功耗驱动电路和方法与流程

一种光发射组件的ea和mpd的低功耗驱动电路和方法
技术领域
1.本发明涉及光发射组件技术领域，特别涉及一种光发射组件的ea和mpd的低功耗驱动电路和方法。


背景技术：

2.光发射组件中ea为电吸收调制器，通过施加电压来高速调制激光器ld的强度。mpd为光电探测器，用于测试激光器ld的监控光电流。
3.请参见图2为传统的光发射组件对ea和mpd的驱动电路，其使用电荷泵u2(也称为chargepump)输出电源电压-3.3v，为mpd供电；同时搭配一个运算放大器u1降低电压后对ea输出供电，但此时无论ea的工作电压为多大，所消耗的电源电压都是-3.3v，造成功耗浪费，并且负电压降压过程会造成部分电压损耗。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于降低光发射组件的功耗，以及降低ea和mpd驱动电路的成本，提供一种光发射组件的ea和mpd的低功耗驱动电路和方法。
5.为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：
6.一种光发射组件的ea和mpd的低功耗驱动电路，用于驱动ea和mpd，所述驱动电路包括电源供电模块、dac控制器；
7.所述电源供电模块为dc-dc直流buck反接单元，用于将正供电电压转换为负供电电压；
8.所述dac控制器连接dc-dc直流buck反接单元，用于控制dc-dc直流buck反接单元转换的负供电电压的大小后，为ea和mpd供电。
9.在上述方案中，通过调整dac控制器输出的电压vdac_set，即可对dc-dc直流buck反接单元转换的负供电电压进行调节，实现降低对ea和mpd供电电压，且经过验证，当mpd的供电电压降低到ea的供电电压范围内时，并不影响mpd的响应工作，所以ea和mpd可以共用一个电源供电模块，有助于降低整体功耗，避免了电压损耗。
10.更进一步地，所述dc-dc直流buck反接单元包括dc-dc直流芯片u1、电感l1、电容c1、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电感l2、电感l3、电容c2、电容c3、电容c4；
11.所述dc-dc直流芯片u1的vin引脚接入外部电源电压vcc，dc-dc直流芯片u1的sw引脚与电感l1的一端连接，电感l1的另一端、电容c1的一端均连接地，dc-dc直流芯片u1的fb引脚与电容c1的另一端连接；
12.所述电阻r1的一端、电容c2的一端、电容c3的一端、电容c4的一端均连接地，电阻r1的另一端分别与电容c1的另一端、电阻r2的一端、电阻r3的一端连接，电阻r3的另一端与dac控制器的输出端连接，电阻r2的另一端分别与电容c2的另一端、电感l2的一端、电感l3的一端连接；所述电感l3的一端还与dc-dc直流芯片u1的gnd引脚连接，且连接点作为电压输出单元的输出电压监测点，用于监测输出电压vout；所述电感l2的另一端分别与电容c3
的另一端、电容c4的另一端连接，且电感l2的另一端为ea输出负供电电压；所述电感l3的另一端为mpd输出负供电电压。
13.在上述方案中，dc-dc直流buck反接单元将原本电压输出单元连接输出供电的线路连接了地电位，不仅实现了电位反转，还避免了传统方案使用运算放大器调整供电电压时所损耗的电压。
14.更进一步地，所述dac控制器用于控制dc-dc直流buck反接单元转换的负供电电压的大小：
[0015][0016]
其中，vdac_set为dac控制器输出的电压；r1为电阻r1的阻值，r2为电阻r2的阻值，r3为电阻r3的阻值；vref为dc-dc直流芯片u1的fb引脚的参考电压；
[0017]
vout＝vneg_ea＝vneg_mpd
[0018]
其中，vneg_ea为对ea的供电电压，vneg_mpd为对mpd的供电电压。
[0019]
在上述方案中，通过调整dac控制器输出的电压vdac_set即可实现对ea、mpd的供电电压的调整，控制策略简单，且不会出现电压损耗的过程。
[0020]
更进一步地，所述光发射组件包括ea、mpd、ld；所述mpd还与响应监控单元连接；
[0021]
所述响应监控单元包括三极管q1a、三极管q1b、电阻r4、电阻r5、电阻r7；所述电阻r4的一端、电阻r5的一端分别与电感l3的另一端连接，电阻r4的另一端与三极管q1a的发射极连接，三极管q1a的集电极分别与mpd、三极管q1a的基极连接，三极管q1a的基极还与三极管q1b的基极连接，三极管q1b的发射极与电阻r5的另一端连接，三极管q1b的集电极与电阻r7的一端连接，电阻r7的另一端接入外部电源电压vcc；
[0022]
通过获取电阻r7的两端电压得到mpd的响应数值txaop_monitoradc，将txaop_monitoradc进行转换后得到mpd的响应电流i_mpd，用于测试ld的监控光电流。
[0023]
一种光发射组件的ea和mpd的低功耗驱动方法，应用于上述任一项的驱动电路，包括以下步骤：
[0024]
步骤1，电源供电模块将正供电电压转换为负供电电压；
[0025]
步骤2，dac控制器向电源供电模块输出vdac_set，以调整负供电电压的大小；
[0026]
步骤3，电源供电模块使用调整后的负供电电压为ea和mpd供电。
[0027]
更进一步地，所述步骤2具体包括：经dac控制器调整后的负供电电压vout为：
[0028][0029]
其中，vdac_set为dac控制器输出的电压.
[0030]
与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0031]
本发明相比于传统方案，使ea和mpd共用一个电源供电模块，且经过验证ea和mpd的供电电压可以相等，不影响mpd的响应工作，通过调整vdac_set即可实现降低vout，从而降低了ea和mpd的供电电压，有助于降低光发射组件的功耗，满足低功耗的要求，减少电路元器件降低了成本，且节约布板空间。
附图说明
[0032]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0033]
图1为本发明驱动电路原理图；
[0034]
图2为传统方案驱动电路原理图；
[0035]
图3为本发明实施例不同温度下vneg_mpd与txaop_monitoradc之间的关系波形图；
[0036]
图4为本发明实施例vdac_set与vout之间的关系波形图；
[0037]
图5为实施例传统光发射组件和本方案的功耗对比。
具体实施方式
[0038]
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0039]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性，或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。另外，术语“相连”、“连接”等可以是元件之间直接相连，也可以是经由其他元件的间接相连。
[0040]
实施例：
[0041]
请参见图2为传统的光发射组件对ea和mpd的驱动电路，工作原理为：电荷泵u2将电源电压3.3v转换为-3.3v后，为mpd供电；运算放大器u1接入电荷泵u2转换后的-3.3v电压，然后通过调节外部的vdac_set，使-3.3v电压升高后为ea供电。此时无论ea的实际工作电压为多大，所消耗的电源电压始终都是-3.3v，会造成功耗浪费，因为运算放大器u1在降低电压的时候，-3.3v对ea的这部分供电电压就会被运算放大器u1损耗掉。
[0042]
为了降低功耗，本发明通过下述技术方案实现，如图1所示，一种光发射组件的ea和mpd的低功耗驱动电路，用于驱动ea和mpd，所述驱动电路包括电源供电模块、dac控制器，所述光发射组件包括激光器ld(以下简称ld)、光电探测器mpd(以下简称mpd)、电吸收调制器ea(以下简称ea)。
[0043]
请参见图1，所述电源供电模块为dc-dc直流buck反接单元，用于将正供电电压转换为负供电电压；所述dac控制器连接dc-dc直流buck反接单元，用于控制dc-dc直流buck反接单元转换的负供电电压的大小后，为ea和mpd供电。
[0044]
所述dc-dc直流buck反接单元包括dc-dc直流芯片u1、电感l1、电容c1、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电感l2、电感l3、电容c2、电容c3、电容c4；所述dc-dc直流芯片u1的vin引脚接
入外部电源电压vcc，dc-dc直流芯片u1的sw引脚与电感l1的一端连接，电感l1的另一端、电容c1的一端均连接地，dc-dc直流芯片u1的fb引脚与电容c1的另一端连接。
[0045]
所述电阻r1的一端、电容c2的一端、电容c3的一端、电容c4的一端均连接地，电阻r1的另一端分别与电容c1的另一端、电阻r2的一端、电阻r3的一端连接，电阻r3的另一端与dac控制器的输出端连接，电阻r2的另一端分别与电容c2的另一端、电感l2的一端、电感l3的一端连接；所述电感l3的一端还与dc-dc直流芯片u1的gnd引脚连接，且连接点作为电压输出单元的输出电压监测点，用于监测输出电压vout；所述电感l2的另一端分别与电容c3的另一端、电容c4的另一端连接，且电感l2的另一端为ea输出负供电电压；所述电感l3的另一端为mpd输出负供电电压。
[0046]
所述dc-dc直流芯片u1接入的外部电源电压vcc大小为3.3v，经过dc-dc直流buck反接单元后转换为-3.3v，由于dc-dc直流buck反接单元中由dc-dc直流芯片u1的sw引脚输出连接地，而fb引脚输出供电，实现反接，从而可以将正供电电压3.3v转换为负供电电压-3.3v。
[0047]
再通过dac控制器对负供电电压的大小进行调整，调整为vout后，为ea和mpd供电。容易理解的，vout＝vneg_ea＝vneg_mpd，其中vneg_ea为对ea的供电电压，vneg_mpd为对mpd的供电电压，且vout、vneg_ea、vneg_mpd为大于-3.3v的负电压。
[0048]
输出电压vout为：
[0049][0050]
其中，vdac_set为dac控制器输出的电压；优选地，r1＝422k，r2＝240k，r3＝240k。可见，只需调整vdac_set即可控制vout的大小。根据实验结果，当vdac_set的调整范围由2.5v至0v时，vout的变化范围大致为-0.0438v至-1.637v。
[0051]
所述dc-dc直流buck反接单元可以是型号为tps6208818、tps62088或tps62088310或其他型号或厂牌的芯片，下面仅以上述型号的芯片做可调整输出负压的计算示例。请参见表1-1，芯片型号为tps6208818，参考电压vref为1.8v，vdac_set与vout之间的关系。
[0052]
表1-1
[0053]
芯片为tps6208818
ꢀꢀ
vdac_setvrefvout2.51.80.0752.31.8-0.0962.11.8-0.2671.91.8-0.4381.71.8-0.6091.51.8-0.7791.31.8-0.9501.11.8-1.1210.91.8-1.2920.71.8-1.463
0.51.8-1.6340.31.8-1.8050.11.8-1.97601.8-2.062
[0054]
请参见表1-2，芯片型号为tps62088，参考电压vref为0.6v，vdac_set与vout之间的关系。
[0055]
表1-2
[0056][0057][0058]
请参见表1-3，芯片型号为tps62088310，参考电压vref为1v，vdac_set与vout之间的关系。
[0059]
表1-3
[0060]
芯片为tps62088310
ꢀꢀ
vdac_setvrefvout2.51-0.0442.31-0.1712.11-0.2991.91-0.4261.71-0.5541.51-0.6811.31-0.8091.11-0.9360.91-1.0640.71-1.1910.51-1.319
0.31-1.4460.11-1.57401-1.637
[0061]
请参见图4为参考电压vref为1.8v时，vdac_set与vout之间的关系波形图，可以看出，vdac_set和vout是线性的变化关系。
[0062]
请继续参见图1，所述光发射组件的mpd还与响应监控单元连接，所述响应监控单元包括三极管q1a、三极管q1b、电阻r4、电阻r5、电阻r7；所述电阻r4的一端、电阻r5的一端分别与电感l3的另一端连接，电阻r4的另一端与三极管q1a的发射极连接，三极管q1a的集电极分别与mpd、三极管q1a的基极连接，三极管q1a的基极还与三极管q1b的基极连接，三极管q1b的发射极与电阻r5的另一端连接，三极管q1b的集电极与电阻r7的一端连接，电阻r7的另一端接入外部电源电压vcc；通过获取电阻r7的两端电压得到mpd的响应数值txaop_monitoradc，将txaop_monitoradc进行转换后即可得到mpd的响应电流i_mpd，用于测试ld的监控光电流。
[0063]
请参见表2-1，参考电压为1.8v，温度为-40
°
，vdac_set与vout、vneg_mpd、txaop_monitoradc之间的关系。
[0064]
表2-1
[0065][0066]
请参见表2-2，参考电压为1.8v，温度为25
°
，vdac_set与vout、vneg_mpd、txaop_monitoradc之间的关系。
[0067]
表2-2
[0068][0069][0070]
请参见表2-3，参考电压为1.8v，温度为0
°
，vdac_set与vout、vneg_mpd、txaop_monitoradc之间的关系。
[0071]
表2-3
[0072][0073]
请参见表2-4，参考电压为1.8v，温度为75
°
，vdac_set与vout、vneg_mpd、txaop_monitoradc之间的关系。
[0074]
表2-4
[0075][0076][0077]
请参见表2-5，参考电压为1.8v，温度为85
°
，vdac_set与vout、vneg_mpd、txaop_monitoradc之间的关系。
[0078]
表2-5
[0079][0080]
请参见图3为不同温度下vneg_mpd与txaop_monitoradc之间的关系波形图，由表2-1至表2-5以及图3可以看出，随着vdac_set的调整，vout与vneg_mpd也在随之变化，且vout与vneg_mpd近似相等；在全温度范围内，当vneg_mpd小于-0.45v时，txaop_monitoradc没有波动，说明vdac_set的调整对mpd的响应工作没有影响，而ea的偏执电压通常低于-0.6v，所以mpd和ea可以共用电源供电模块，通过降低vout的方式使整体功耗降低，同时也避免了电压损耗。
[0081]
请参见图5为传统光发射组件和本方案的功耗对比，可以看出本方案在降低vout
后，总的功耗可以节省0.1w左右，对于低功耗设计是非常可观的(以光模块的功耗要求低于1.5w的模块为例)，因此本方案有助于降低光发射组件的功耗，满足低功耗的要求，减少电路元器件从而又能降低成本，节约布板空间。
[0082]
基于上述驱动电路，本方案还提出一种光发射组件的ea和mpd的低功耗驱动方法，包括以下步骤：
[0083]
步骤1，电源供电模块将正供电电压转换为负供电电压。
[0084]
由dc-dc直流buck反接单元输出正供电电压3.3v，并将正供电电压3.3v转换为负供电电压。
[0085]
步骤2，dac控制器向电源供电模块输出vdac_set，以调整负供电电压的大小。
[0086]
经dac控制器调整后的负供电电压vout为：
[0087][0088]
其中，vdac_set为dac控制器输出的电压；优选地，r1＝422k，r2＝240k，r3＝240k。
[0089]
步骤3，电源供电模块使用调整后的负供电电压为ea和mpd供电。
[0090]
调整后的负供电电压vout即为对ea的供电电压vneg_ea和对mpd的供电电压vneg_mpd。
[0091]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种光发射组件的ea和mpd的低功耗驱动电路，用于驱动ea和mpd，其特征在于：所述驱动电路包括电源供电模块、dac控制器；所述电源供电模块为dc-dc直流buck反接单元，用于将正供电电压转换为负供电电压；所述dac控制器连接dc-dc直流buck反接单元，用于控制dc-dc直流buck反接单元转换的负供电电压的大小后，为ea和mpd供电。2.根据权利要求1所述的一种光发射组件的ea和mpd的低功耗驱动电路，其特征在于：所述dc-dc直流buck反接单元包括dc-dc直流芯片u1、电感l1、电容c1、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电感l2、电感l3、电容c2、电容c3、电容c4；所述dc-dc直流芯片u1的vin引脚接入外部电源电压vcc，dc-dc直流芯片u1的sw引脚与电感l1的一端连接，电感l1的另一端、电容c1的一端均连接地，dc-dc直流芯片u1的fb引脚与电容c1的另一端连接；所述电阻r1的一端、电容c2的一端、电容c3的一端、电容c4的一端均连接地，电阻r1的另一端分别与电容c1的另一端、电阻r2的一端、电阻r3的一端连接，电阻r3的另一端与dac控制器的输出端连接，电阻r2的另一端分别与电容c2的另一端、电感l2的一端、电感l3的一端连接；所述电感l3的一端还与dc-dc直流芯片u1的gnd引脚连接，且连接点作为电压输出单元的输出电压监测点，用于监测输出电压vout；所述电感l2的另一端分别与电容c3的另一端、电容c4的另一端连接，且电感l2的另一端为ea输出负供电电压；所述电感l3的另一端为mpd输出负供电电压。3.根据权利要求2所述的一种光发射组件的ea和mpd的低功耗驱动电路，其特征在于：所述dac控制器用于控制dc-dc直流buck反接单元转换的负供电电压的大小：其中，vdac_set为dac控制器输出的电压；r1为电阻r1的阻值，r2为电阻r2的阻值，r3为电阻r3的阻值；vref为dc-dc直流芯片u1的fb引脚的参考电压；vout＝vneg_ea＝vneg_mpd其中，vneg_ea为对ea的供电电压，vneg_mpd为对mpd的供电电压。4.根据权利要求1所述的一种光发射组件的ea和mpd的低功耗驱动电路，其特征在于：所述光发射组件包括ea、mpd、ld；所述mpd还与响应监控单元连接；所述响应监控单元包括三极管q1a、三极管q1b、电阻r4、电阻r5、电阻r7；所述电阻r4的一端、电阻r5的一端分别与电感l3的另一端连接，电阻r4的另一端与三极管q1a的发射极连接，三极管q1a的集电极分别与mpd、三极管q1a的基极连接，三极管q1a的基极还与三极管q1b的基极连接，三极管q1b的发射极与电阻r5的另一端连接，三极管q1b的集电极与电阻r7的一端连接，电阻r7的另一端接入外部电源电压vcc；通过获取电阻r7的两端电压得到mpd的响应数值txaop_monitoradc，将txaop_monitoradc进行转换后得到mpd的响应电流i_mpd，用于测试ld的监控光电流。5.一种光发射组件的ea和mpd的低功耗驱动方法，应用于权利要求1-4任一项所述的驱动电路，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，电源供电模块将正供电电压转换为负供电电压；
步骤2，dac控制器向电源供电模块输出vdac_set，以调整负供电电压的大小；步骤3，电源供电模块使用调整后的负供电电压为ea和mpd供电。6.根据权利要求5所述的一种光发射组件的ea和mpd的低功耗驱动方法，其特征在于：所述步骤2具体包括：经dac控制器调整后的负供电电压vout为：其中，vdac_set为dac控制器输出的电压。

技术总结
本发明涉及光发射组件的EA和MPD的低功耗驱动电路，用于驱动EA和MPD，所述驱动电路包括电源供电模块、DAC控制器；所述电源供电模块为DC-DC直流Buck反接单元；所述DC-DC直流Buck反接单元用于将正供电电压转换为负供电电压；所述DAC控制器连接DC-DC直流Buck反接单元，用于控制DC-DC直流Buck反接单元转换的负供电电压的大小后，为EA和MPD供电。本发明的目的在于降低光发射组件的功耗，以及降低EA和MPD驱动电路的成本。路的成本。路的成本。


技术研发人员：杨洪 孙凤兰 郑军 蔡瑞刚
受保护的技术使用者：索尔思光电(成都)有限公司
技术研发日：2023.03.15
技术公布日：2023/7/18