800nm波段半导体激光器的开关驱动数字电路设计

刘菁菁

摘要：在激光通信的发射系统中，激光器光源起到了不可忽视的作用，因此驱动电路的设计也尤为重要，关系到整个通信系统质量的好坏。本课题主要工作是为800nm波段半导体激光器中驱动电路设计开关电路。

关键词：发射系统；驱动技术；开关电路

中图分类号：TN248.4 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）11-0178-02

1 引言

半导体激光器虽然优点多，但在实际应用过程中，存在着一些限制，主要是对工作条件相对苛刻的要求，若条件不适宜它不仅不工作，短时间内就可能出现急剧恶化，更甚者失效，所以很容易损坏。由于半导体激光器大都比较昂贵，过温过流及脉冲电压电流都容易直接把激光器烧坏。因此，研究激光器驱动技术是极其必要的，本文的工作就是为半导体激光器设计开关驱动电路，以满足光通信发射系统的顺利进行。

2 驱动系统的总体构成

本文是为激光器LU0808M250设计的驱动电路，需要达到以下技术指标：

①激光器工作功率：250mW

②激光器工作电流：390mA

③驱动电流：可调，最大3A

驱动电路由工作电源部分、自动功率控制（APC）电路、自动温度控制（ATC）电路、控制电路及保护电路组成。系统的整体方案如图1所示。

在激光器开关驱动电路中，我们采用德国IC-HAUS公司生产的集成芯片IC-HG。

3 开关驱动电路的工作原理

IC-HG是一个有六通道激光开关，每个通道的工作电流可达500mA，工作脉冲可高达1.5A。IC-HG具有TTL输入的6 x 1通道，并带有LVDS输入的3 x 2通道，可作为六个独立的压控电流接收器。输出电压可高达12V且可调，用于红光、蓝光、绿光的激光二极管。具有快速和慢速切换模式，引脚CIx能实现简单电流控制。电源电压范围从3到5.5V，所有通道可并联3A 的电流和9A的工作脉冲。多个iC-HG可以并联连接以获得更高的电流，而且有热关机的保护操作，有效防止器件的损坏。IC-HG芯片的内部框图如图2所示。

六通道激光开关iC-HG可实现激光二极管的尖峰自由切换，具有频率范围高达200 MHz电流脉冲。二极管电流由引脚CIx的电压决定。六个快速开关通过TTL输入独立控制。 输入ELVDS = hi选择LVDS型输入和三通道模式。 在输入ELVDS时，30%的VDD开启TTL慢速开关模式，开启LVDS低速开关模式。激光二极管因此可以导通和关断，或者在由CIx电压定义的不同电流电平之间切换。根据频率、占空比和散热情况，每个通道可以运行高达500 mA的连续电流和1500 mA的脉冲电流。集成的热关断功能可保护iC-HG免受过高温度的损害。

4 硬件电路设计

根据LU0808M250激光器件的要求和上述开关驱动电路的原理，设计的基于芯片iC-HG的硬件原理图如图3所示。

为了高速运行，请将激光二极管尽可能靠近这些引脚，以尽量减小电感。 为了确保较高的开关速度，重要的是将由iC-HG，激光二极管组成的整个电流回路，备用电容器以及封闭区域。 使用R / C缓冲器网络来阻尼L/C振荡也是必要的。iC-HG由集成的热关断功能保护。 当达到关机温度时，所有通道都被禁用。关机后的降温将无条件启用所有通道。必要的预防措施，以防止损坏的激光器也可能会禁用任何外部控制电路激光输出功率或电流控制在热关断期间。开漏引脚NER是一个低电平有效的错误输出。 信号错误是ELVDS开路或只有50%VDD，VDD电压不够情况下热关断。引脚NER上的误差信号可用于禁用控制电路。

5 结语

本驱动电路采用IC-HG芯片，并进行QFN28 5mmx5mm封装，体积小，成本相对较小，其最大的优势在于有六通道，可以串行或者是并行连接，增大了工作电流，间接提高了激光器的速率，且具有良好的安全性，达到了设计的预期效果。

参考文献

[1]肖冬亚.BWT- K85S06M激光器驱动技术的研究[D].吉林：长春理工大学，2013.

[2]Catalina Mayol， Raúl Toral， Claudio R. Mirasso， Sergei I. Turovets， and Luis Pesquera.Theory of Main Resonances in Directly Modulated Diode Lasers[J]IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS， VOL. 38， NO. 3， MARCH 2002.

[3]袁林成，蔣书波，宋相龙，陆志峰.半导体激光器驱动电路的研究与设计[J]电子器件，2015，38（6）：1287-1291.

[4]王国梁.半导体激光器驱动电路设计[D].天津：天津工业大学，2017.

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