第９卷第２ｌ期２００９年１１月 １６７１—·１８１９（２００９）２１－６５３２－０４
通信技术
科学技术与工程
Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ＶｏＬ９ Ｎｏ．２１ Ｎｏｖ．２００９
④２００９ ＳＣｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎ雠
半导体激光器驱动电路设计
何成林
（中国空空导弹研究院，洛阳４７１００９）
另外文献［３］，由于场效应管的开关速度快， ＭＯＳ管打开时，由于瞬态耗电流极大，电源电压瞬 态拉低；当ＭＯＳ管关断时，同样会产生过电压。因 此，在设计开关电路时，为防止对共地电源的干扰， 需要对电源加入滤波电路或吸收电路，以及在ＰＣＢ 布板时，优化布局尽量减少电路板分布电感。
３试验仿真结果
图６的仿真条件是：ＶＣＣｌ电压为＋５ Ｖ、ＶＣＣ２ 电压为＋２５ Ｖ，时序信号为１０ ｋＩ－Ｉｚ的周期信号，激光器 使用理想模型即０．５ ｎ电阻，仿真工具为ＰＳｉｃｅ，测量 对象为激光器瞬态工作电流。从仿真图上可以看出， 激光器电流上升时间约为７ Ｉｌｓ，峰值为１４．２ Ａ。
ＳＵｅＳ ｔｈａｔ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｐａｙ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｔｏ ａｌｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｎ ａ ｓｍａｌｌ ａｎｄ ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ｄｒｉｖｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ
ＰＳｐｉｃｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ Ｃａｌｌ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅ ｗｏｒｋ．ｍａｙ ｏｆｆｅｒ ｓｏｍｅ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｒｅａ．
中，一类是由时序电路自身产生，另一类是对外部 输入时钟进行分频或倍频产生，一般采用简单的反
万方数据
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相器、移位寄存器等器件就可实现。 本电路采用第一类形式，使用ＣＰＬＤ自身产生
时序信号，信号时序满足探测系统需求，而信号特 征根据后续脉冲产生电路输入需求而设计。由于 后续脉冲产生电路需要生成脉宽几十纳秒的正脉 冲，因此，时序电路产生的信号占空比极低，信号高 电平也仅为几十纳秒。高电平为ＶＣＣＩ。另外，通 过调整占空比，能够有效控制开关电路的开断时 问。通过使用ＣＰＬＤ还能够有效减小电路体积。 ２．２脉冲产生电路设计
Ｒ０
图２传统脉冲产生电路
ＶＯＣ
另一类方法是，选用现有的驱动芯片如ＩＸＤ一 ４１４系列芯片，驱动ＭＯＳＦＥＴ，产生激励脉冲信号。 较之传统方法此类电路设计简单方便、占用空间 小。ＩＸＤ＿４１４系列芯片分为翻转和非翻转两类，其 中ＩＸＤＮ４１４为非翻转类芯片。当前级输入的时序 信号为正脉冲（ＶＣＣＩ）时，输出激励信号转化为值 为ＶＣＣ２的正向脉冲；当输入的时序信号为低电平 时。输出激励信号也为低电平。可见，ＩＸＤＮ４１４能 够很好的将输入时序信号转化为更高电平的激励 信号，提高驱动能力，满足后续开关电路需求。
由于激光引信为达到一定的探测性能。通常会
１脉冲半导体激光器驱动电路模型分析 激光器驱动电路一般由时序产生电路、激励脉冲
要求激光脉冲脉宽窄，上升沿快，一般都是十几纳 秒甚至几纳秒的时间。因此在选择开关器件时要 求器件开关速度快。同时，由于激光器阈值电流、
产生电路、开关器件和充电元件几个部分组成，如图１。 图１中，时序产生电路生成驱动所需时序信号，
钎卒燃体ｌ
号，而后通过信号处理系统，最终给出满足最佳引
爆输出信号。由此可见，激光引信的探测识别性能 很大程度上取决于激光发射系统的总体性能，即发
图１驱动电路模型
射激光脉冲质量。而光脉冲质量取决于激光器脉 冲驱动电路的质量。因此，半导体激光器驱动电路 设计是激光引信探测中十分重要的关键技术。
导通，充电元件通过开关器件和激光器构成的回路 放电，从而达到驱动激光器的目的。
由于开关电路要求前一级电路有较强的驱动 能力，因此，对脉冲产生电路的要求是：能够产生开 关电路所需的激励信号，并且电路输出端有较强的 驱动能力。
传统方法是，使用快速触发器如７４ｈｃｌ２３对时序 信号快速触发，时序信号下降沿来到时，通过７４ｈｃｌ２３ 触发生成所需要的脉冲，其宽度可以通过调整ｃ３、皿 来实现，通过—个反向放大器对脉冲反向放大，而射随 电路能够增强电路对后级的驱动能力。
ＣＣ ２
图５开关电路
万方数据
图７实际模型激光器瞬态电流仿真信号
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度．为提高激光引信探测性能和探测精度，尽量选 择杂散参数小的激光器。
图８为实际设计电路的测试结果（横坐标每格 ５０ ａｓ，纵坐标每格５ Ｖ），所测试项目为激光器两端 电压。测试条件是：ＶＣＣｌ电压为＋５ Ｖ、ＶＣＣ２电压 为＋２５ Ｖ，时序信号为１０ ｋＨｚ的周期信号。电压信 号上升沿约为４ ＵＳ，幅值约为２１．５ Ｖ。考虑到激光 器内阻小于１ Ｑ，电流能够满足使用要求。
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半导体激光器驱动电路所用开关器件，大体有 三种：双极型高频大功率晶体管由于电路复杂、效 率低，很少采用；晶体闸流管电路简单方便且有负 阻区，适合激光器选用，但受到开关速度的限制，在 低电压下获得几十纳秒的大电流窄脉冲也较难实 现；选用场效应管，则使得设计简单易行。
Ｒ≤坠』绰螋（１） 在选择场效应管时，所选场效应管内阻Ｒ须满足： 』∞
工作电流大…，需要在开关器件导通一瞬间，充电 元件所存储的电能瞬间释放，因此要求开关器件寄
一般为周期信号。脉冲产生电路以时序信号为输 生参数小，而且充电元件自身能够迅速充放电。
入条件。根据其上升或下降沿生成能够打开开关 器件的正激励脉冲或负激励脉冲。开关器件大体 有三种选择：双极型高频大功率晶体管、晶体闸流 管电路和场效应管。当激励脉冲到来时，开关器件
参考文献(3条)
1.陈炳林;张河;孙全意 微型大电流窄脉宽半导体激光器电源的研究[期刊论文]-仪器仪表学报 2004(04)
2.黄德修;刘雪峰 半导体激光器及其应用 2001 3.Hu Chunsheng;Qin Shiqiao;Wang Xingshu An extremely fast and high-power laser diode driver module 2005
图８激光器实测电压信号
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ＬＤ
ＨＥ Ｃｈｅｎｇ－ｌｉｎ （Ｃｈｉｎａ Ａｉｒｂｏｒｎｅ Ｍｉｓｓｉｌｅ Ａｃａｄｅｍｙ，Ｌｕ０，＇ａｎ９４７１００９，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｄｒｉｖｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ＬＤ ｉｓ ａＩｌ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｓｅｒ ｆｕｓｅ。Ｐｏｉｎｔｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ．ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ＬＤ，ｓｏｍｅ ｉｓ—
图３驱动芯片脉冲产生电路
２．３开关电路设计 开关电路由开关器件、充电元件、脉冲半导体
激光器以及其它相关电阻电容等元件组成。其组 成示意图如图１虚线框图部分。
当开关器件打开后，开关电路等效于图４所示。 其中，上１为激光器寄生电感和放电回路杂散电感的 总和；Ｃ１为激光器等效电容，ｃ２为储能电容；Ｒ２为 激光器内阻、开关元件内阻、放电回路电阻之和；Ｒ１ 为激光器等效内阻；册为供电电源内阻。ＶＣＣ２是 激光器供电高电压。
４结论
根据激光引信设计需求，设计了一种半导体激 光器驱动电路，经过试验仿真分析，该电路能够产 生上升时间小于１０ ｎｓ，脉宽几十ｎｓ，电压大于２０ Ｖ 的驱动电压。该激光器驱动电路功耗和体积小，通 过对相关电气参数的修改，可以很方便的应用到相 关激光引信中，具有一定的参考意义。
参考文献
１黄德修，刘雪峰．半导体激光器及其应用，北京：国防工业出版 社．２００１
本文读者也读过(7条) 1. 王冬.吕勇 调制型半导体激光器恒流驱动电路设计[期刊论文]-现代电子技术2010,33(7) 2. 沈婷婷.乔川.周曹.胡金州.徐文.陈引平.SHEN Ting-ting.QIAO Chuan.ZHOU Cao.HU Jin-zhou.XU Wen.CHEN Yin-ping 半导体激光器驱动电路设计[期刊论文]-红外2008,29(12) 3. 许勤.石翔.舒彤.张友木.Xu Qin.Shi Xiang.Shu Tong.Zhang Youmu 基于DSP的半导体激光器驱动系统设计[期 刊论文]-应用激光2009,29(4) 4. 赵忠伟.吴广业.张玉钧.沈超 半导体激光器驱动电路设计[期刊论文]-中国电子科学研究院学报2011,06(6) 5. 巫中伟 窄脉冲半导体激光器驱动设计及频率控制技术[学位论文]2007 6. 范珩.田小建.FAN HENG.TIAN XIAOJIAN 半导体激光器驱动器输出电路的设计[期刊论文]-微计算机信息 2008,24(5) 7. 刘宝元.郭小云 实用小功率半导体激光器驱动电路的设计[期刊论文]-光电技术应用2009,24(5)
摘要半导体激光驱动电路是激光引信的重要组成部分。根据半导体激光器特点，指出设计驱动电路时应当注意的问题，
并设计了一款低功耗、小体积的驱动电路。通过仿真和试验证明该电路能够满足设计需求，对类似电路设计有很好的借鉴 作用。
关键词激光引信 半导体激光器 窄脉冲
中图法分类号ＴＮ２４２；
文献标志码Ａ
Hale Waihona Puke 激光引信大部分采用主动探测式引信，主要由 发射系统和接收系统组成。发射系统产生一定频 率和能量的激光向弹轴周围辐射红外激光能量，而 接收系统接收处理探测目标漫反射返回的激光信
图６理想模型激光器瞬态电流仿真信号 图７的仿真条件是：ＶＣＣｌ电压为＋５ Ｖ、ＶＣＣ２
电压为＋２５ Ｖ，时序信号为１０ ｋＨｚ的周期信号，激 光器采用图４所示的激光器等效模型（为提高对比 效果考虑，仿真采用较大杂散参数，激光器寄生电 感２０ ｎＨ，电阻０．５ Ｑ，激光器等效电容ｌ ｎＦ），从仿 真图上可以看出电流上升时间约为１８ ｎｓ，峰值约为 １４．２ Ａ。通过仿真对比图６、图７，可以知道：激光器 的杂散参数会很大程度影响激光器电流的上升速