800nm波段半導(dǎo)體激光器的開關(guān)驅(qū)動數(shù)字電路設(shè)計

劉菁菁

摘要：在激光通信的發(fā)射系統(tǒng)中，激光器光源起到了不可忽視的作用，因此驅(qū)動電路的設(shè)計也尤為重要，關(guān)系到整個通信系統(tǒng)質(zhì)量的好壞。本課題主要工作是為800nm波段半導(dǎo)體激光器中驅(qū)動電路設(shè)計開關(guān)電路。

關(guān)鍵詞：發(fā)射系統(tǒng)；驅(qū)動技術(shù)；開關(guān)電路

中圖分類號：TN248.4 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）11-0178-02

1 引言

半導(dǎo)體激光器雖然優(yōu)點多，但在實際應(yīng)用過程中，存在著一些限制，主要是對工作條件相對苛刻的要求，若條件不適宜它不僅不工作，短時間內(nèi)就可能出現(xiàn)急劇惡化，更甚者失效，所以很容易損壞。由于半導(dǎo)體激光器大都比較昂貴，過溫過流及脈沖電壓電流都容易直接把激光器燒壞。因此，研究激光器驅(qū)動技術(shù)是極其必要的，本文的工作就是為半導(dǎo)體激光器設(shè)計開關(guān)驅(qū)動電路，以滿足光通信發(fā)射系統(tǒng)的順利進行。

2 驅(qū)動系統(tǒng)的總體構(gòu)成

本文是為激光器LU0808M250設(shè)計的驅(qū)動電路，需要達(dá)到以下技術(shù)指標(biāo)：

①激光器工作功率：250mW

②激光器工作電流：390mA

③驅(qū)動電流：可調(diào)，最大3A

驅(qū)動電路由工作電源部分、自動功率控制（APC）電路、自動溫度控制（ATC）電路、控制電路及保護電路組成。系統(tǒng)的整體方案如圖1所示。

在激光器開關(guān)驅(qū)動電路中，我們采用德國IC-HAUS公司生產(chǎn)的集成芯片IC-HG。

3 開關(guān)驅(qū)動電路的工作原理

IC-HG是一個有六通道激光開關(guān)，每個通道的工作電流可達(dá)500mA，工作脈沖可高達(dá)1.5A。IC-HG具有TTL輸入的6 x 1通道，并帶有LVDS輸入的3 x 2通道，可作為六個獨立的壓控電流接收器。輸出電壓可高達(dá)12V且可調(diào)，用于紅光、藍(lán)光、綠光的激光二極管。具有快速和慢速切換模式，引腳CIx能實現(xiàn)簡單電流控制。電源電壓范圍從3到5.5V，所有通道可并聯(lián)3A 的電流和9A的工作脈沖。多個iC-HG可以并聯(lián)連接以獲得更高的電流，而且有熱關(guān)機的保護操作，有效防止器件的損壞。IC-HG芯片的內(nèi)部框圖如圖2所示。

六通道激光開關(guān)iC-HG可實現(xiàn)激光二極管的尖峰自由切換，具有頻率范圍高達(dá)200 MHz電流脈沖。二極管電流由引腳CIx的電壓決定。六個快速開關(guān)通過TTL輸入獨立控制。 輸入ELVDS = hi選擇LVDS型輸入和三通道模式。 在輸入ELVDS時，30%的VDD開啟TTL慢速開關(guān)模式，開啟LVDS低速開關(guān)模式。激光二極管因此可以導(dǎo)通和關(guān)斷，或者在由CIx電壓定義的不同電流電平之間切換。根據(jù)頻率、占空比和散熱情況，每個通道可以運行高達(dá)500 mA的連續(xù)電流和1500 mA的脈沖電流。集成的熱關(guān)斷功能可保護iC-HG免受過高溫度的損害。

4 硬件電路設(shè)計

根據(jù)LU0808M250激光器件的要求和上述開關(guān)驅(qū)動電路的原理，設(shè)計的基于芯片iC-HG的硬件原理圖如圖3所示。

為了高速運行，請將激光二極管盡可能靠近這些引腳，以盡量減小電感。 為了確保較高的開關(guān)速度，重要的是將由iC-HG，激光二極管組成的整個電流回路，備用電容器以及封閉區(qū)域。 使用R / C緩沖器網(wǎng)絡(luò)來阻尼L/C振蕩也是必要的。iC-HG由集成的熱關(guān)斷功能保護。 當(dāng)達(dá)到關(guān)機溫度時，所有通道都被禁用。關(guān)機后的降溫將無條件啟用所有通道。必要的預(yù)防措施，以防止損壞的激光器也可能會禁用任何外部控制電路激光輸出功率或電流控制在熱關(guān)斷期間。開漏引腳NER是一個低電平有效的錯誤輸出。 信號錯誤是ELVDS開路或只有50%VDD，VDD電壓不夠情況下熱關(guān)斷。引腳NER上的誤差信號可用于禁用控制電路。

5 結(jié)語

本驅(qū)動電路采用IC-HG芯片，并進行QFN28 5mmx5mm封裝，體積小，成本相對較小，其最大的優(yōu)勢在于有六通道，可以串行或者是并行連接，增大了工作電流，間接提高了激光器的速率，且具有良好的安全性，達(dá)到了設(shè)計的預(yù)期效果。

參考文獻

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Abstract：In the laser communication transmitting system， the laser light source plays a non-negligible role. Therefore， the design of the driving circuit is also very important， which is related to the quality of the whole communication system. The main task of this subject is to design a switching circuit for the driving circuit in the 800nm band semiconductor laser.

Key Words：launch system；drive technology；switching circuitendprint