CN108808437B - 一种驱动电路及使用该驱动电路的光模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种驱动电路以及使用该驱动电路的光模块，该驱动电路包括温度调节电路，温度调节电路包括反馈电路、设置电路、补偿电路以及差分放大电路；差分放大电路的第一输入端与反馈电路的输出端连接，其第二输入端与设置电路的输出端连接，其输出端与激光器组件的温度控制电路连接；设置电路的输出端还与补偿电路连接；补偿电路用于依据环境温度调节设置电路输入至差分放大电路的电压值，以控制温度控制电路加热或制冷，从而调节反馈电路输入至差分放大电路的电压值。本发明通过补偿电路对环境温度引起的温漂进行补偿，提高激光器组件的温度控制电路的稳定性，从而提高光模块的性能。

Description

一种驱动电路及使用该驱动电路的光模块

技术领域

本发明属于光通信领域，更具体地，涉及一种驱动电路以及光模块。

背景技术

目前，超窄线宽激光器模块由于其超低的相位噪声及超窄激光线谱广泛应用于相干光通信、光纤传感、光纤遥感等相关技术领域。当前超窄线宽激光器模块主要应用于光纤水听器系统，光纤水听器在石油勘探及海洋预警中发挥这重要作用。而窄线宽激光器作为水听器系统的核心光模块，对于光源主要有两大要求：在低频段(0-10Khz)具有极低的相位噪声；超窄的洛伦兹线宽，线宽要求小于3KHz。

由于激光器对于温度是非常敏感的，激光器一般均具有温控功能。常规的激光器温控电路采用专用的脉冲宽度调制PWM(Pulse Width Modulation，简称PWM)驱动器，由于PWM驱动器内部高速的开关频率将会大大影响温控电路的稳定性，此方法无法保证激光器温控的稳定性。同时，温度变化会引起温漂效应，也会对温控电路的稳定性造成影响，从而直接影响到激光器低频段的相位噪声以及线宽。

鉴于此，克服该现有技术产品所存在的不足是本技术领域亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种驱动电路以及使用该驱动电路的光模块，其目的在于通过补偿电路对环境温度引起的温漂进行补偿，提高激光器组件的温度控制电路的稳定性，由此解决激光器组件的温度控制电路的稳定性差的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种驱动电路，包括：温度调节电路2，所述温度调节电路2包括反馈电路21、设置电路22、补偿电路23以及差分放大电路24；所述差分放大电路24的第一输入端与所述反馈电路21的输出端连接，其第二输入端与所述设置电路22的输出端连接，其输出端与激光器组件1的温度控制电路13连接；所述设置电路 22的输出端还与所述补偿电路23连接；所述补偿电路23用于依据环境温度调节所述设置电路22输入至所述差分放大电路24的电压值，以控制所述温度控制电路13加热或制冷，从而调节所述反馈电路21输入至所述差分放大电路24的电压值。

优选地，所述补偿电路23包括热敏电阻Rth、电阻R1和电阻R2；所述电阻R1的第一端与所述差分放大电路24的第二输入端连接，其第二端与所述热敏电阻Rth的第一端连接，所述热敏电阻Rth的第二端接地；所述电阻R2的第一端与所述差分放大电路24的第二输入端连接，其第二端接地。

优选地，所述设置电路22包括电阻R3、电阻R4、电阻R5以及电阻 R6；所述设置电路22的输入端的数目为二，所述反馈电路21的输出端与所述设置电路22的第一输入端连接后，再通过所述电阻R3与所述差分放大电路24的第一输入端连接；所述设置电路22的第二输入端与所述电阻 R4连接后，再与所述差分放大电路24的第二输入端连接；所述电阻R5的第一端与所述差分放大电路24的第二输入端连接，其第二端接地；所述电阻R6的第一端与所述设置电路22的第一输入端连接，其第二端与所述差分放大电路24的第二输入端连接。

优选地，所述反馈电路21包括电阻R7和电容C1；所述电阻R7的第一端与所述设置电路22的第一输入端连接，其第二端与所述激光器组件1 的温度控制电路13的输出端连接，以接收所述温度控制电路13的检测到的反馈基准电压；所述电阻R7的第一端还与所述电容C1的第一端连接，所述电容C1的第二端的接地。

优选地，所述驱动电路还包括前置放大电路5以及控制电路3；所述前置放大电路5的输入端与所述激光器组件1的光探测器11连接，其输出端与所述控制电路3的输入端连接，所述控制电路3的输出端与所述设置电路22的输入端连接；所述控制电路3用于依据所述前置放大电路5的监测结果设置向所述设置电路22输出的电压值。

优选地，所述控制电路3的输入端还与所述激光器组件1的温度控制电路13连接；所述控制电路3用于依据所述温度控制电路13的反馈温度以及所述前置放大电路5的监测结果设置向所述设置电路22输出的电压值。

优选地，所述驱动电路还包括电流驱动电路4；所述电流驱动电路4的输入端与所述控制电路3的输出端连接，其输出端与所述激光器12连接。

优选地，所述电流驱动电路4包括滤波电路41、电流设置电路42以及调理电路43；所述滤波电路41的输入端与所述控制电路3的输出端连接，其输出端与所述电流设置电路42输入端连接；所述调理电路43的第一输入端连接直流偏置电压，其第二输入端连接调制信号，其输出端与所述电流设置电路42的输入端连接。

优选地，所述控制电路3包括模数转换电路31、控制器32以及数模转换电路33；所述模数转换电路31的输入端与所述前置放大电路5的输出端连接，其输出端与所述控制器32的输入端连接；所述控制器32的输出端与所述数模转换电路33的输入端连接，所述数模转换电路33的输出端与所述设置电路22的输入端连接。

按照本发明的另一方面，提供了一种光模块，所述光模块包括激光器组件1以及上述方面所述的驱动电路，所述激光器组件1与所述驱动电路的差分放大电路24的输出端连接。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：本发明的驱动电路包括温度调节电路，该温度调节电路包括反馈电路、设置电路、补偿电路以及差分放大电路；补偿电路用于依据环境温度调节设置电路输入至差分放大电路的电压值，以控制温度控制电路加热或制冷，从而调节反馈电路输入至差分放大电路的电压值。从而达到对环境温度引起的温漂进行补偿的效果，提高激光器组件的温度控制电路的稳定性，进而提高光模块的性能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种光模块的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种调节电路的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种电流驱动电路的结构示意图；

图4是本发明的光模块与现有技术中的光模块输出的光源的相位噪声测试曲线；

图5是本发明的光模块与现有技术中的光模块输出的光源的频率噪声测试曲线；

图6是本发明的驱动电路有无补偿电路的温度补偿测试曲线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实施例提供一种光模块，该光模块包括激光器组件1以及驱动电路，其中，激光器组件1包括激光器12、光探测器11、增益芯片以及温度控制电路13，具体而言，温度控制电路13包括半导体制冷器TEC132 (Thermoelectric Cooler，简写TEC)以及温度检测电路131，其中，温度检测电路131包括热敏电阻，依据热敏电阻的阻值确定激光器组件1内部的工作温度，其中，热敏电阻可以为具有正温度系数的热敏电阻也可以为具有负温度系数的热敏电阻，可依据实际情况选择。

其中，TEC132可以是基于半导体材料的珀尔帖效应制成的，当直流电流通过两种半导体材料组成的电偶时，其一端吸热，一端放热的现象。在实际使用过程中，通过调节TEC132的电流大小以及方向控制TEC132加热或者制冷，进而调节激光器组件1内部的工作温度，以使得激光器12处于最佳的工作状态。关于温度调节的过程请详见后续说明。

其中，驱动电路包括温度调节电路2、控制电路3、电流驱动电路4以及前置放大电路5，控制电路3分别与前置放大电路5、电流驱动电路4以及温度调节电路2连接。具体地，前置放大电路5的输入端与激光器组件1 的光探测器11连接，其输出端与控制电路3的输入端连接，控制电路3的输出端与设置电路22的输入端连接。控制电路3用于依据前置放大电路5的监测结果设置向设置电路22输出的电压值。其中，前置放大电路5用于将光电流转换为背光电压，前述的监测结果可以为光探测器11反馈的光电流对应的背光电压。

在本实施例中，控制电路3用于设置驱动电压，并将该驱动电压输出给电流驱动电路4，从而控制输入给激光器12的驱动电流大小。控制电路 3用于设置温度调节电路2的设置电压，以使的温度调节电路2依据设置电压和温度检测电路131的反馈电压控制激光器组件1的温度控制电路13加热或制冷，从而实现通过调节激光器12的工作温度实现激光器12的发射功率自适应的补偿的功能。

为了确保激光器12的发射功率满足标定功率，在实际应用场景中，一般从两个方面进行自适应调节：(1)调节激光器12的驱动电流；(2)调节激光器12的工作温度。在本实施例中，控制电路3依据前置放大电路5 的背光电压以及温度检测电路131反馈的温度调整激光器12的驱动电流和 /或激光器12的工作温度，使得激光器12的发射功率满足标定功率。在可选的实施例中，当背光电压与控制电路3输出给电流驱动电路4的驱动电压相匹配时，控制电路3向设置电路22输出对应的模拟电压置，进而设置输入到差分放大电路24中的设置电压，以调节激光器12的工作温度，从而调节激光器12的发射功率；或者，当背光电压与控制电路3输出给电流驱动电路4的驱动电压相匹配时，控制电路3向重新设置输入给电流驱动电路4的驱动电压，以调节激光器12的发射功率。关于激光器12的驱动电流的调整过程以及激光器12的工作温度的调整过程请详见后续说明。

其中，控制电路3包括模数转换电路31、控制器32以及数模转换电路 33，模数转换电路31的输入端与前置放大电路5的输出端连接，其输出端与控制器32的输入端连接；控制器32的输出端与数模转换电路33的输入端连接，数模转换电路33的输出端与设置电路22的输入端连接。模数转换电路31用于将模拟信号转换为数字信号，数模转换电路33用于将数字信号转换为模拟信号。为了提高精度，在优选的实施例中，模数转换电路 31为16bit高精度的ADC(Analog-to-Digital Converter，简写ADC)，数模转换电路33为16bit高精度的DAC(Digital-to-Analog Converter，简写 DAC)。模数转换电路31具有多个输入端和多个输出端，数模转换电路33 具有多个输入端和多个输出端。

具体而言，模数转换电路31的其中一个输入端接收前置放大电路5转换的背光电压，模数转换电路31在对背光电压进行模数转换后，通过的相应的输出端输出给控制器32。模数转换电路31的另一个输入端接收温度检测电路131采集的温度，模数转换电路31在对采集温度进行模数转换后，通过的相应的输出端输出给控制器32。控制器32依据背光电压以及采集温度输出相应的驱动电压以及设置电压，在数模转换电路33进行数模转换后，通过相应的输出端将驱动电压输出给电流驱动电路4，并通过相应的输出端将设置电压输出给温度调节电路2。

在本实施方式中，温度调节电路2包括反馈电路21、设置电路22、补偿电路23、差分放大电路24以及功率放大电路25。差分放大电路24的第一输入端与反馈电路21的输出端连接，其第二输入端与设置电路22的输出端连接，其输出端与激光器组件1的温度控制电路13连接。

为了提高激光器12温控的稳定性，进而降低激光器12低频段的相位噪声以及线宽，本实施例的温度调节电路2还包括补偿电路23，通过补偿电路23对由于温漂引起的误差进行补偿。

具体而言，设置电路22的输出端还与补偿电路23连接，补偿电路23 用于依据环境温度调节设置电路22输入至差分放大电路24的设置电压，以控制温度控制电路13加热或制冷，实现自适应调节激光器12的工作温度的功能。当激光器12的工作温度改变时，温度检测电路131输出的基准电压也会随之发生改变，进而调节反馈电路21输入至差分放大电路24的反馈电压，直至激光器12的工作电压稳定，从而调节激光器12的发射功率。其中，差分放大电路24用于输出误差信号，并将该误差信号输入给功率放大电路25，功率放大电路25依据误差信号确定电流的方向，进而控制 TEC132加热或制冷。关于温度调节电路2的详细电路结构请详见后续说明。

在本实施方式中，电流驱动电路4的输入端与控制电路3连接，电流驱动电路4的输出端与激光器12连接，电流驱动电路4依据控制电路3输出的驱动电压以及外界输出的调制信号为激光器12提供其驱动电流，以保证激光器12的发射功率满足要求。具体而言，电流驱动电路4包括滤波电路41、电流设置电路42以及调理电路43，滤波电路41的输入端与控制电路3的输出端连接，其输出端与电流设置电路42输入端连接；调理电路(43) 的第一输入端连接直流偏置电压，其第二输入端连接调制信号，其输出端与电流设置电路(42)的输入端连接。其中，滤波电路41用于对控制电路 3输出的驱动电压进行滤波处理，并将滤波之后的驱动电压输出给电流设置电路42，调理电路43用于将外界输入端的双极性调制信号转换为单极性调制信号，并进行滤波处理之后输出给电流设置电路42，从而为激光器12提供驱动电流。关于电流驱动电路4的详细电路结构请详见后续说明。

参阅图2，图2示出温度调节电路2的具体电路结构。

具体而言，补偿电路23包括热敏电阻Rth、电阻R1和电阻R2，其中，热敏电阻Rth为负温度系数热敏电阻，电阻R1和电阻R2的精度为0.1％，温漂系数为5ppm的精密电阻。由于负温度系数的热敏电阻其阻值随环境温度变化呈指数关系而非线性关系，而光模块在高低温工作时温漂是线性变化的，且变化量较小。引入电阻R1和电阻R2后，可以降低负温度系数热敏电阻的非线性效应，同时可以降低高低温工作下补偿电路23的等效电阻的偏移量。设置电路22包括电阻R3、电阻R4、电阻R5以及电阻R6，反馈电路21包括电阻R7和电容C1。

其中，电阻R1的第一端与差分放大电路24的第二输入端连接，其第二端与热敏电阻Rth的第一端连接，热敏电阻Rth的第二端接地；电阻R2 的第一端与差分放大电路24的第二输入端连接，其第二端接地。

在本实施例中，设置电路22的输入端的数目为二，反馈电路21的输出端与设置电路22的第一输入端连接后，再通过电阻R3与差分放大电路 24的第一输入端连接；设置电路22的第二输入端与电阻R4连接后，再与差分放大电路24的第二输入端连接。电阻R5的第一端与差分放大电路24 的第二输入端连接，其第二端接地；电阻R6的第一端与设置电路22的第一输入端连接，其第二端与差分放大电路24的第二输入端连接。

其中，电阻R7的第一端与设置电路22的第一输入端连接，其第二端与激光器组件1的温度控制电路13的输出端连接，以接收温度控制电路13 的检测到的反馈基准电压。具体而言，电阻R7的第二端与温度检测电路131的输出端连接，以接收温度检测电路131的检测到的反馈基准电压。电阻R7的第一端还与电容C1的第一端连接，电容C1的第二端的接地。

其中，设置电路22的输入端与数模转换电路33的输出端连接，以分别接收控制电路3输出的第一模拟电压V_DA1和第二模拟电压V_DA2，通过第一模拟电压V_DA1、第二模拟电压V_DA2以及外围电路设置输入至差分放大电路24 的设置电压。

进一步地，在本实施例中，功率放大电路25的数目为二，实现两个功率放大电路25组成的桥式串联放大电路将误差信号进行放大后施加在 TEC132的两端，并通过两路反馈电阻切换TEC132加热或制冷对应的电流的方向。具体而言，第一功率放大电路251的输入端与差分放大电路24的输出端连接，其输出端与TEC132连接；第一功率放大电路251和差分放大电路24组成串联PI电路，实现温度精准且连续调谐的功能。反馈电阻R8 的一端与PI电路连接，其另一端与第二功率放大电路252的输入端连接；第二功率放大电路252的输出端还与TEC132连接，且第二功率放大电路 252的输入端和输出端之间还跨接有反馈电阻R9。第一功率放大电路251 和第二功率放大电路252的偏置端还与外接基准电压V_基准连接，由于反馈电压与设置电压的差分结果可能为负值，通过该基准电压V_基准进行偏置，可以对负值进行补偿。在实际应用场景中，依据差分结果切换电流的方向，进而控制TEC132加热或制冷，以调节激光器12的工作温度。

下面依据图2具体说明补偿电路23对温漂引起的误差进行补偿的原理。

补偿电路23的等效电阻为R'满足如下公式(1)：

差分放大电路24的第一输入端接收到的反馈电压V_FB满足如下公式 (2)：

其中，V_ref为温度检测电路131中的热敏电阻R_TH1探测到的基准电压， R_TH1为温度检测电路131中的热敏电阻R_TH1的阻值，V_DA1为数模转换电路33 的输出的第一模拟电压。

差分放大电路24的第二输入端接收到的反馈电压V_SET满足如下公式 (3)：

其中，V_DA1为数模转换电路33的输出的第一模拟电压，V_DA2为数模转换电路33的输出的第二模拟电压。

在实际使用过程，由于差分放大电路24在高温或低温下工作时，会存在几十mW的静态误差，如此会导致激光器组件1的温度控制电路13实际锁定的温度与设定的温度存在偏移，而这个偏移将会影响激光器12的工作温度导致激光器12输出的功率与标定的功率不相符，同时也会导致激光器 12输出的波长存在漂移，前述两项指标均会影响到光模块的性能。

具体而言，当外界温度上升时，由于差分放大电路24的静态误差导致激光器的实际温度降低，由于激光器内部的温度探测电阻是负温度系数的热敏电阻R_TH1，当温度降低时其电阻值变大，温度检测电路131的输出的基准电压为热敏电阻R_TH1跟外部固定精密电阻Rref(阻值约为10K)的分压值，从而导致温度检测电路131输出的基准电压V_ref变大，由公式(2)可知反馈电压V_FB变大。为了消除差分放大电路24的静态误差引起的激光器12工作温度的改变，在本实施方式中引入补偿电路23，通过补偿电路23可以有效对静态误差进行补偿，以抵消差分放大电路24的静态误差。

具体的补偿方式如下：

当外界环境温度上升时，补偿电路23的热敏电阻的阻值变小，由上公式(1)可知补偿电路23的等效电阻为R'也变小。由于等效电阻R'变小，由上述公式(3)可知设置电压V_SET也会减小。由于，激光器12稳定工作时差分放大电路24两端的电压接近一致(反馈电压V_FB和设置电压V_SET基本接近一致)，当设置电压V_SET减小时，经过调节后反馈电压V_FB也将减小，直至设置电压V_SET与反馈电压V_FB基本一致，从而抵消差分放大电路24自身的静态误差，大大降低了光模块在高温状态下激光器12工作温度的漂移。

具体而言，当外界温度下降时，由于差分放大电路24的静态误差导致激光器的实际温度升高，当温度升高时激光器内部的热敏电阻R_TH1阻值变小，从而导致温度检测电路131输出的基准电压V_ref变小，由公式(2)可知反馈电压V_FB变小。为了消除差分放大电路24的静态误差引起的激光器 12工作温度的改变，在本实施方式中引入补偿电路23，通过补偿电路23 可以有效对静态误差进行补偿，以抵消差分放大电路24的静态误差。

具体的补偿方式如下：

当外界环境温度下降时，补偿电路23的热敏电阻的阻值变大，由上公式(1)可知补偿电路23的等效电阻为R'也变大。由于等效电阻R'变大，由上述公式(3)可知设置电压V_SET也会变大。由于，激光器12稳定工作时差分放大电路24两端的电压接近一致(反馈电压V_FB和设置电压V_SET基本接近一致)，当设置电压V_SET变大时，经过调节后反馈电压V_FB也将变大，从而抵消差分放大电路24自身的静态误差，大大降低了光模块在低温状态下激光器12工作温度的漂移。

下面结合图3具体说明电流驱动电路4的具体电路结构，关于各元器件之间的连接关系具体请图3，下面主要说明个元器件组成的电路的功能。

其中，电阻R11和电容C2组成一阶低通滤波器，以抑制数模转换电路 33输出的驱动电压V_DA3的低频噪声信号，电阻R11的取值范围可以为10K Ω～100KΩ，电容C2的量级为uF级，电阻R11以及电容C2的大小可以依据实际的噪声的频率范围设计。二极管D1用于对驱动电压V_DA3的快速泄放。

电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C3、电容C6以及运算放大器U_1A组成二阶巴特沃斯低通滤波器进一步降低驱动电压V_DA3的噪声，并限制驱动电压V_DA3的噪声带宽。电容C4和电容C5用于对运放的电源Vcc去耦，以保证电源噪声不被引入到运算放大器U_1A中。

其中，图1中的滤波电路41包括电阻R11和电容C2组成的一阶低通滤波器，以及电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C3、电容C6以及运算放大器U_1A组成的二阶巴特沃斯低通滤波器。

电阻R15、电容C7、运算放大器U_1B、电容C8、电阻R16、电阻R17 以及MOS管Q1组成图1中的电流设置电路42，其中，电阻R17为功率电阻。在本实施方式中，MOS管Q1工作在线性工作区，由于运算放大器U_1B的负载能力较低，而激光器12需要极大的工作电流(例如100mA)，通过 MOS管Q1可以提高电流设置电路42的负载能力。在其他实施例中，MOS 管Q1也可以由三极管替代，可以依据实际情况设计。

电容C9和电感L1组成激光器12的低通滤波器，为了保证激光器12 工作的稳定性，在激光器12的两端和设置有辅助电路121，该辅助电路121 实现过压防护和缓启动的功能。

在本实施例中，运算放大器U_1A和运算放大器U_1B是集成在一起的，在其他实施例中，运算放大器U_1A和运算放大器U_1B也可以为相互独立的模块，可以依据实际情况设计。其中，运算放大器U_1A只用于形成巴特沃斯低通滤波器，而不对驱动电压V_DA3进行放大，运算放大器U_1B以及实际情况对驱动电压V_DA3进行放大，放大后的驱动电压V_DA3与电阻R17的比值即为激光器12 两端的直流电流。

其中，驱动电压V_DA3的具体值是由控制电路3依据前置放大电路5反馈的背光电压实时调节的，则相应地，激光器12两端的直流电流能够根据实际情况调节，进而保证激光器12的发射功率满足需求。

在本实施方式中，采用多级滤波电路41对驱动电压V_DA3进行滤波，可以大大降低激光器12输出的高频电流噪声，同时可以避免驱动电路所引起的激光器12线宽展宽的问题。

前述具体说明了设置激光器12直流电流的电路结构图，在实际应用场景中还需要向激光器12施加低频的调制信号。目前，外界输入的调制信号需要经过处理后再加载在激光器12的两端，其中，调制信号一般由外部 DAC数字变换产生，为了实现大的分辨率，调制信号幅度都较大，通常范围为2V～4V。在调制信号加载到激光器12之前，需要对调制信号的幅度进行处理，转换为小幅度的调制信号。由于调制信号一般为双极性信号，目前常规方案采用正负电源供电的运放来完成双极性信号的处理，但是由于输入电源为正电源，需要通过一个反向的DC/DC转换或反向电荷泵来获得负电源，而产生负电源的过程中，会引入较大的噪声，进而影响激光器12 的性能。

为了减小噪声，本实施例采用单一正电源供电的方式来实现对双极性调制信号幅度的调节。下面具体说明调制信号对应的调理电路43的电路结构，请继续参阅图3，调理电路43包括电路R18、电阻R19、电容C10、加法器431、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电容C11、电容C12、电容 C13、电容C14、运算放大器U_2A、电阻R23、电阻R24、电容C15、电阻 R25以及可调电位器T1。关于各个元器件的连接关系请参阅如3，在此不再赘述。

双极性的调制信号经过电阻R19和电容C10交流耦合后与外加的偏置电压V_偏置经过加法器431后转换为单极性的调制信号。单极性的调制信号通过电阻R20、电阻R21、电阻R22、电容C11、电容C14以及运算放大器U_2A组成的二阶巴特沃斯低通滤波器以降低噪声带宽。电容C12和电容C13用于对运放的电源Vcc去耦，以保证电源噪声不被引入到运算放大器U_2A中。

进一步地，调理电路43与电流设置电路42连接，具体而言，电阻R25 与运算放大器U_1B的一端连接，使得滤波之后的调制信号通过运算放大器U_1B加载到激光器12上。

在本实施例中，将双极性调制信号转换为单极性调制信号，无需引入 DC/DC电压转换电路获取负电源信号，从而可以避免噪声的产生，提高激光器12的性能。

本实施例中的光模块相对于现有技术具有更低的相位噪声以及更窄的光谱线宽，且采用闭环温度补偿的方法降低外界环境变化对激光器12的发射功率的影响，从而提高了光模块的性能。

发明人进行了大量的实验证明本发明的光模块相对于常规方案具有更优的性能，具体的实验数据如图4～图5。

其中，在图4中，曲线41为现有技术中常规方案的相位噪声测试曲线，曲线42为本发明方案的相位噪声测试曲线。在图5中，曲线51为现有技术中常规方案的频率噪声测试曲线，曲线42为本发明方案的频率噪声测试曲线。

图4和图5所示出的测试曲线的对比结果基于的测试条件一致，具体为：激光器12波长为1550nm，激光器12输出光功率为10dBm，激光器 12的驱动电流为180mA，激光器12工作温度为25℃，光模块测试的环境温度为22℃。

本发明的驱动电路的关键参数设定：电流驱动电路4引入二阶巴特沃斯低通滤波器主要抑制激光器12静态工作时的直流驱动噪声带宽，其3dB 截止频率为1KHz；考虑激光器12温控稳定性及稳定时间，激光器12温控 PI参数的积分时间t取值范围为1s～10s；调理电路43中交流耦合电路参数需根据输入信号的频率fs来确定，同时引入的二阶巴特沃斯低通滤波器需考虑抑制噪声带宽但又不大幅度的衰减输入信号幅度这两个条件，通常其 3dB截止频率取值范围为fs-2fs。通常激光器12噪声功率谱低频段为1/f噪声，当光模块应用于水听器系统中时，通常关注20Hz和200Hz这两个指定频率点的数值，要求20Hz频率点噪声数值小于40，200Hz频率点噪声数值小于8。如图4所示，本发明的方案可以满足水听器系统对光模块的要求。

当光模块应用于水听器系统中时，要求线宽要求小于3KHz，而功率谱高频段的高频白噪声的大小决定了激光器12输出光谱的线宽。激光器12 输出光谱的线宽具体计算公式＝π×P_{ASE_PSD}，P_{ASE_PSD}为频率噪声在高频平坦区的频率噪声数值，从图5中可以看出采用此发明方案的设计后，激光器12 输出光谱的线宽均满足水听器要求。

另外，在图6中，曲线61为无补偿电路23的温度补偿测试曲线，曲线62为无补偿电路23的温度补偿测试曲线。依据图6中的对比结果可以看出增加了补偿电路23后，激光器12工作温度点的漂移有明显的改善。

区别于现有技术，本发明的驱动电路包括温度调节电路，该温度调节电路包括反馈电路、设置电路、补偿电路以及差分放大电路；补偿电路用于依据环境温度调节设置电路输入至差分放大电路的电压值，以控制温度控制电路加热或制冷，从而调节反馈电路输入至差分放大电路的电压值。从而达到对环境温度引起的温漂进行补偿的效果，提高激光器组件的温度控制电路的稳定性，进而提高光模块的性能。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种驱动电路，其特征在于，包括：温度调节电路(2)，所述温度调节电路(2)包括反馈电路(21)、设置电路(22)、补偿电路(23)以及差分放大电路(24)；

所述差分放大电路(24)的第一输入端与所述反馈电路(21)的输出端连接，其第二输入端与所述设置电路(22)的输出端连接，其输出端与激光器组件(1)的温度控制电路(13)连接；

所述设置电路(22)的输出端还与所述补偿电路(23)连接；

所述补偿电路(23)用于依据环境温度调节所述设置电路(22)输入至所述差分放大电路(24)的电压值，以控制所述温度控制电路(13)加热或制冷，从而调节所述反馈电路(21)输入至所述差分放大电路(24)的电压值；

所述补偿电路(23)包括热敏电阻Rth、电阻R1和电阻R2，所述电阻R1分别与所述差分放大电路(24)和所述热敏电阻Rth连接；

所述电阻R2与所述差分放大电路(24)连接；

所述设置电路(22)包括电阻R3、电阻R4、电阻R5以及电阻R6；所述设置电路(22)的输入端的数目为二，所述反馈电路(21)的输出端与所述设置电路(22)的第一输入端连接后，再通过所述电阻R3与所述差分放大电路(24)的第一输入端连接；所述设置电路(22)的第二输入端与所述电阻R4连接后，再与所述差分放大电路(24)的第二输入端连接；

所述电阻R5的第一端与所述差分放大电路(24)的第二输入端连接，其第二端接地；所述电阻R6的第一端与所述设置电路(22)的第一输入端连接，其第二端与所述差分放大电路(24)的第二输入端连接。

2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述电阻R1的第一端与所述差分放大电路(24)的第二输入端连接，其第二端与所述热敏电阻Rth的第一端连接，所述热敏电阻Rth的第二端接地；

所述电阻R2的第一端与所述差分放大电路(24)的第二输入端连接，其第二端接地。

3.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述反馈电路(21)包括电阻R7和电容C1；

所述电阻R7的第一端与所述设置电路(22)的第一输入端连接，其第二端与所述激光器组件(1)的温度控制电路(13)的输出端连接，以接收所述温度控制电路(13)的检测到的反馈基准电压；

所述电阻R7的第一端还与所述电容C1的第一端连接，所述电容C1的第二端的接地。

4.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路还包括前置放大电路(5)以及控制电路(3)；

所述前置放大电路(5)的输入端与所述激光器组件(1)的光探测器(11)连接，其输出端与所述控制电路(3)的输入端连接，所述控制电路(3)的输出端与所述设置电路(22)的输入端连接；

所述控制电路(3)用于依据所述前置放大电路(5)的监测结果设置向所述设置电路(22)输出的电压值。

5.根据权利要求4所述的驱动电路，其特征在于，所述控制电路(3)的输入端还与所述激光器组件(1)的温度控制电路(13)连接；

所述控制电路(3)用于依据所述温度控制电路(13)的反馈温度以及所述前置放大电路(5)的监测结果设置向所述设置电路(22)输出的电压值。

6.根据权利要求4所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路还包括电流驱动电路(4)；所述电流驱动电路(4)的输入端与所述控制电路(3)的输出端连接，其输出端与所述激光器(12)连接。

7.根据权利要求6所述的驱动电路，其特征在于，所述电流驱动电路(4)包括滤波电路(41)、电流设置电路(42)以及调理电路(43)；

所述滤波电路(41)的输入端与所述控制电路(3)的输出端连接，其输出端与所述电流设置电路(42)输入端连接；

所述调理电路(43)的第一输入端连接直流偏置电压，其第二输入端连接调制信号，其输出端与所述电流设置电路(42)的输入端连接。

8.根据权利要求4所述的驱动电路，其特征在于，所述控制电路(3)包括模数转换电路(31)、控制器(32)以及数模转换电路(33)；

所述模数转换电路(31)的输入端与所述前置放大电路(5)的输出端连接，其输出端与所述控制器(32)的输入端连接；

所述控制器(32)的输出端与所述数模转换电路(33)的输入端连接，所述数模转换电路(33)的输出端与所述设置电路(22)的输入端连接。

9.一种光模块，其特征在于，所述光模块包括激光器组件(1)以及如权利要求1～8任一项所述的驱动电路；所述激光器组件(1)与所述驱动电路的差分放大电路(24)的输出端连接。

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