案。
乙太被動光纖網路在光通訊系統己被採行了多年，當初乙太被動光纖網路被提 出的一主要目的，是為了改善以往光通訊系統採點對點的傳輸而導致大量光纖使 用上的浪費，進而改採點對多點的傳送方試來達到節省光纖使用，進而達到成本 低廉的目的，而脈衝式光驅動電路主要是應用在點對多點的乙太被動光纖系統的 傳送方式上，也就是當多點的用戶端想傳送資料給單一的終端機時所採用的分時 多工的脈衝式傳送路徑上。
第二章 乙太被動光纖網路和雷射二極體驅動電路簡介
２-２乙太被動光纖網路
下圖 2.1 為一乙太被動光纖網路系統的一簡圖，主要由一終端機(OLU)和多個 用戶端(ONU)所組成，光纖線路終端機是基於 IEEE802.3ah 的規格來對全部的 光纖網路單元來做資料傳送，當終端機傳送資料給用戶端時所採用的資料傳送方 式為連續資料傳遞的方式進行，此一傳遞的方向為下傳方向，而另一傳遞方向為 上傳方向為用戶端傳送資料給終端機的方向，由於此一資料傳遞方向為多個用戶 端對一個終端機，因此資料的傳遞方式為分時多工的脈衝式的資料傳送方式來進 行資料傳送。而如之前所說脈衝式光驅動電路的應用上，主要是用在用戶端(ONU) 上，用來當成傳送資料給終端機(OLU)的傳送器。在乙太被動光纖網路系統如何 確保不同的用戶端要傳送資料給終端機的方法上，系統會有一個觸發信號，此一 觸發信號會開啟想要傳送資料給終端機之用戶端的脈衝式雷射二極體驅動電 路，並把其它暫時不傳送資料的用戶端的脈衝式雷射二極體驅動電路關閉以避免 其它的雷射光干擾到要傳送資料的雷射二極體驅動電路。
ONU1
ONU2
ONUn OLT
Optical Splitter Downstream
Upstream
OLT: Optical Line Termination ONU: Optical Network Unit
圖2.1 乙太被動光纖系統簡圖
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２-３脈衝式雷射二極體驅動電路名詞介紹
在此節會先說明一些脈衝式雷射二極體驅動電路所會用到的一些專有名詞:
(１)雷射臨界電流:
此一參數代表著驅動雷射二極體發光所需要之最小驅動電流，此一參數 會依賴雷射的操作溫度的不同而有所不同。
(２)偏壓電流:
即在脈衝式雷射二極體中用來驅動雷射二極體的一主要電流，其目的在 於確保驅動雷射二極體的電流恆大於雷射二極體的臨界電流，以防止資料失 真。
(３)調變電流:
為相對於偏壓電流外的另一驅動雷射二極體的主要電流，在脈衝式雷射 二極體的設計上主要是將電訊號轉成光訊號，而雷射二極體發光的功率隨著 輸入的電流成線性正比的關係，因此在設計上可以用輸入的電訊號資訊切換 電晶體所形成的差動對來切換一電流源，利用此電流源是否流過雷射二極體 來決定輸出資料是高準位或低準位，而此一電流源即為調變電流。
(４)雷射發光的亮暗功率比(ER):
此一參數故名思義即是代表著雷射發光後代表高準位的發光資訊和代 表低準位的發光資訊兩光功率的比值。可由下二式說明:
Ihigh=Imod+Ibias-Ith Ilow=Ibias-Ith
ER(extinction ratio)=Ihigh/Ilow 附註:
Imod:為調變電流
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迴路功率控制，其中單迴路功率控制的代表的是一脈衝式雷射二極體驅動電 路在進行功率控制時所改變的電流參數為偏壓電流，而調變電流是不變的，
在雙迴路功率控制上，相對於單迴路功率控制其意思便是可以同時進行偏壓 電流和調變電流的功率控制來完成功率控制的目的。
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２-４脈衝式雷射二極體驅動電路設計規格和參數介 紹
隨著對於高速的通信需求量的上昇，脈衝式雷射二極體的電路設計上勢必面 臨更嚴格的時脈上的需求，諸如希望脈衝式雷射二極體能夠快速的達到功率鎖定 的動作，並且希望系統可以有快速的開啟和關閉的時間，以上兩個需求均可使脈 衝式雷射二極體驅動電路在時間上的運用上可以更加的有效率，因此脈衝式雷射 二極體有幾個重要的設計參數說明如下:
(１)脈衝式訊號的開啟和關閉時間:
這一參數主要是關係到脈衝式雷射二極體在時脈上的運用，若脈衝式訊號的 開啟和關閉時間可以變快，則在同一個時間區段中系統便可傳遞更多的資料封 裝，因此在時域上可以有更有效的利用。
(２)功率控制的鎖定時間
此一參數的定義也就是調變電流和偏壓電流在初始值為零的情況下完成功 率控制所需的時間。目的除了在時域上的利用效率外，還有另一目的，在脈衝式 資料傳送系統中, 脈衝系統的精神上，在前一次脈衝完成功率控制後，此時的調 變電流和偏壓電流的電壓控制資訊上希望可以被保留下來，在下一次的脈衝來臨 時，在系統一開啟，調變電流和偏壓電流的初始狀態均是以前次所留下的值為初 始值來減少功率控制的時間，然而在脈衝式系統中不同的資料封裝傳遞間隔之 間，在此一時間區段沒有資料被傳送，因此前一次脈衝完成功率控制後所留下的 調變電流和偏壓電流的電壓控制資訊會隨著時間流逝，若此段沒有資料傳輸的時 間若太長或系統的電壓資料保留能力太弱而使所要儲存的電壓控制資訊完全遺 失，那麼即使脈衝式訊號的開啟和關閉時間夠快也無法使系統在時域上能有有效
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２-５脈衝式雷射二極體驅動電路簡介
此小節會先介紹脈衝式的訊號和以連續訊號的差別，再進行以往的脈衝式雷 射驅動電路和此論文所採用的新架構的脈衝式雷射驅動電路的優缺點比較。
２-５-１ 脈衝式訊號介紹
脈衝式訊號跟連續式訊號的不同由下圖 2.2(a)(b)比較可知，在連續訊號的傳 送格式裡，它是一直連續的方式傳遞 0 和 1 訊號，而 0 和 1 訊號的轉換通常伴 隨著不同需求下以不同的編碼方式進行。
在脈衝式訊號的傳送格式上，通常此模式是應用在多個光纖網路單元對單一 終端機的傳送情況，當不同的光纖網路單元要傳送資料給終端機時需把資料進行 包裝(packet)的工作，而每一個包裝的一開始的地方會有一段資料保護的時間 (guard time) ，在此段保護時間內所傳的資料為重複的 0 和 1 訊號，此外在這種 傳輸模式上在不同的光纖網路單元上所傳的資料是不同的包裝(packet) ，不同的 包裝的資料振幅也不相同，此種傳送模式的應用，例如乙太網路。
圖2.2 (a) 連續訊號
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流的初始值為零，而在系統第一次穩定後，系統會將前一次系統穩定時的調變電 流資訊和偏壓電流的資訊儲存在電容上以在下一個脈衝訊號來時可以減小系統 穩時間。
Enable
Burst data
Turn off Turn on
First lock
Lock time
< 512ns < 15ns < 15ns
圖2.3 脈衝式訊號功率控制圖
２-５-２ 脈衝式雷射二極體驅動電路介紹
此一節的目的在於比較以往的脈衝式雷射二極體驅動電路和此篇論文所提 出的一新的脈衝式雷射二極體驅動電路的不同。
２-５-２-１單迴路功率控制脈衝式雷射二極體驅動電路
此一控制方法可對照圖 2.4(a)(b)，在脈衝式雷射二極體驅動電路的設計方 面，主要構成的架構為一由調變電流和偏壓電流驅動雷射二極體發光的主訊號路 徑和包含發光二極體所組成的功率控制路徑，其中偏壓電流的目的在於提供在電 轉光的傳輸上給予雷射二極體一穩定且持續的電流使雷射在進行高低功率切換 時可避免雷射經歷由關閉到開啟所造成的失真現象，而調變電流的目的在於系統 可以利用輸入的電壓訊號來切換調變電流，利用其是否流過雷射二極體來代表輸 出的功率是高或低。
然而在由發光二極體所組成的功率控制路徑中，由於發光二極體所引入的寄 生電容可能大達 15pf，因此在以往的做法上大都將由發光二極體所導出的電流 以一低通濾波器取其直流來交由後級的比較器進行偏壓電流的控制，以確保偏壓 電流可恆大於雷射的臨界電流。然而此控制方法的缺點在於，一旦溫度改變雷射 二極體發光的亮暗功率比也會改變，而且此控制方法無法確保最小的偏壓電流而 造成功率的浪費。
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APC
Signal Path
Buffer
Comparator Vref
LD PD
Rd Rd
Ibias Imod
Data-in
Vdds Vdd Vdd
R C
圖2.4(a) 單迴路脈衝式雷射二極體驅動電路
Low temperature
High temperature
I(mod or bias current) LD(power)
Ith1Ith2
current voltage
PD RC
Ibias1 Ibias2
Imod1 Imod2
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２-５-２-２ 雙迴路功率控制脈衝式雷射二極體驅動電路
此篇論文所提出一雙迴路功率控制脈衝式雷射二極體驅動電路控制系統，其 有別於以往的功率控制系統在於此迴授控制系統不但可控制偏壓電流，也可同時 控制調變電流，使溫度變化後雷射二極體發光的亮暗功率比保持固定，此外此一 控制方法在雜訊不干擾比較器辨別的準位下，可以確保最小的偏壓電流。至於此 方法的架構和分析如以下的章節所示。
第三章
雷射二極體驅動電路架構
３-１引言
在光通訊系統的傳送端方面，需將電資料訊號轉成光訊號之後再進行傳送動 作，而其轉換機制乃由一雷射二極體來實行電轉光的轉換，然而雷射二極體的電 流對發光功率的轉換特性曲線相對於溫度變化後，轉換特性曲線斜率和驅動雷射 二極體的臨界電流均會有所改變，因此在光通訊系統傳送端方面理想上應採取一 可以控制雷射發光功率的架構來完成較好的光訊號傳送。
在光通訊系統的傳送端方面，需將電資料訊號轉成光訊號之後再進行傳送動 作，而其轉換機制乃由一雷射二極體來實行電轉光的轉換，然而雷射二極體的電 流對發光功率的轉換特性曲線相對於溫度變化後，轉換特性曲線斜率和驅動雷射 二極體的臨界電流均會有所改變，因此在光通訊系統傳送端方面理想上應採取一 可以控制雷射發光功率的架構來完成較好的光訊號傳送。