800nm波段半導體激光器的開關驅動數字電路設計

劉菁菁

摘要：在激光通信的發射系統中，激光器光源起到了不可忽視的作用，因此驅動電路的設計也尤為重要，關系到整個通信系統質量的好壞。本課題主要工作是為800nm波段半導體激光器中驅動電路設計開關電路。

關鍵詞：發射系統；驅動技術；開關電路

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

1 引言

半導體激光器雖然優點多，但在實際應用過程中，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，短時間內就可能出現急劇惡化，更甚者失效，所以很容易損壞。由于半導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，研究激光器驅動技術是極其必要的，本文的工作就是為半導體激光器設計開關驅動電路，以滿足光通信發射系統的順利進行。

2 驅動系統的總體構成

本文是為激光器LU0808M250設計的驅動電路，需要達到以下技術指標：

①激光器工作功率：250mW

②激光器工作電流：390mA

③驅動電流：可調，最大3A

驅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。系統的整體方案如圖1所示。

在激光器開關驅動電路中，我們采用德國IC-HAUS公司生產的集成芯片IC-HG。

3 開關驅動電路的工作原理

IC-HG是一個有六通道激光開關，每個通道的工作電流可達500mA，工作脈沖可高達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12V且可調，用于紅光、藍光、綠光的激光二極管。具有快速和慢速切換模式，引腳CIx能實現簡單電流控制。電源電壓范圍從3到5.5V，所有通道可并聯3A 的電流和9A的工作脈沖。多個iC-HG可以并聯連接以獲得更高的電流，而且有熱關機的保護操作，有效防止器件的損壞。IC-HG芯片的內部框圖如圖2所示。

六通道激光開關iC-HG可實現激光二極管的尖峰自由切換，具有頻率范圍高達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慢速開關模式，開啟LVDS低速開關模式。激光二極管因此可以導通和關斷，或者在由CIx電壓定義的不同電流電平之間切換。根據頻率、占空比和散熱情況，每個通道可以運行高達500 mA的連續電流和1500 mA的脈沖電流。集成的熱關斷功能可保護iC-HG免受過高溫度的損害。

4 硬件電路設計

根據LU0808M250激光器件的要求和上述開關驅動電路的原理，設計的基于芯片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域。 使用R / C緩沖器網絡來阻尼L/C振蕩也是必要的。iC-HG由集成的熱關斷功能保護。 當達到關機溫度時，所有通道都被禁用。關機后的降溫將無條件啟用所有通道。必要的預防措施，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斷。引腳NER上的誤差信號可用于禁用控制電路。

5 結語

本驅動電路采用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，達到了設計的預期效果。

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