專利名稱：數(shù)字調(diào)節(jié)光接收模塊及其調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中的光電轉(zhuǎn)換技術(shù)，更確切地說是涉及一種光接收模塊及其參數(shù)的數(shù)字調(diào)節(jié)方法。


圖1所示框圖是傳統(tǒng)采用的模擬調(diào)節(jié)光接收模塊結(jié)構(gòu)，主要包括三大功能部件(1)完成光/電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換電路11，輸入光信號，輸出微弱電信號，采用PIN或APD激光管(或激光器)，圖中13為限幅放大器(LIA)，對微弱的電信號進行限幅放大，供CDR提取時鐘、數(shù)據(jù)(DATA)。
(2)偏置電壓調(diào)節(jié)電路，為光電接收管提供偏置電壓，不同的APD管需提供不同的偏置電壓，即光接收模塊光電接收管的偏置電壓可調(diào)，此外，對于APD管，其偏置電壓還能根據(jù)APD管不同的工作溫度進行溫度補償，圖中12為DC/DC升壓電路，RS為采樣電阻，RP2為DC/DC升壓電路12的調(diào)節(jié)電阻，RT為熱敏電阻，采用模擬方式對偏置電壓進行溫度補償。
結(jié)合參見圖2，是傳統(tǒng)光接收模塊偏置電壓高壓調(diào)節(jié)的一個典型結(jié)構(gòu)框圖，由集成片IC、倍壓電路連接構(gòu)成DC/DC升壓電路，通過調(diào)節(jié)電阻RP2，來改變DC/DC升壓電路FB端的電位VFB，再通過集成片IC內(nèi)的反饋電壓Vfb，最終改變V_APD高壓(35～75V)。
如圖中所示，V_APD＝Vfb×R51÷RP2。
不同激光器在不同溫度下，需要提供不同的溫度補償，即提供不同的偏置電壓，以使激光器在不同的環(huán)境溫度下獲得較高的接收靈敏度，補償系數(shù)約為+0.08V/℃～+0.15V/℃。傳統(tǒng)的做法是采用外接溫度傳感器，用感溫檢測到的電壓來調(diào)節(jié)反饋電壓Vfb，從而得到不同的V_APD偏置電壓，但在實際使用過程中，是無法做到對V_APD電壓的大小跟蹤檢測及調(diào)整的，即補償不能完全滿足每個APD管的補償系數(shù)。目前的做法是根據(jù)各個激光器具體的參數(shù)，調(diào)節(jié)電位器RP2，并利用萬用表等測試工具檢測偏置電壓V_APD的大小。
(3)光功率檢測電壓輸出電路14，根據(jù)光電管的響應(yīng)電流，通過采樣(電阻RP3)光電接收管上偏置電流的大小來檢測光功率。
結(jié)合參見圖3，是傳統(tǒng)的提供暗電流補償?shù)墓夤β蕶z測調(diào)零電路，圖中RS是偏置電流采樣電阻，31是PIN或APD光電接收管，RP3是暗電流調(diào)零電阻，運算放大器OP2輸出光功率檢測電壓(OPM)。通過調(diào)整電阻RP3，對光功率檢測電壓輸出電路14進行輸出光功率調(diào)整，控制光電轉(zhuǎn)換電路11的偏置電流和實現(xiàn)無光輸出時的調(diào)零，即暗電流補償。
目前，很多光接收模塊都設(shè)置有LOS上報功能，一般通過滯回比較電路上報。LOS上報可通過預(yù)置設(shè)定的比較電壓來獲得，通常情況下可設(shè)定為在接收光功率靈敏度3dB下上報。預(yù)置電壓的大小目前一般通過電位器分壓獲得，調(diào)測完畢后即將該點固定。采樣比較可利用限幅放大芯片用采樣信號峰峰值比較，也可運用光功率檢測電路提供檢測電壓比較。
上述模擬調(diào)節(jié)光接收模塊結(jié)構(gòu)因其技術(shù)成熟，故而被普遍應(yīng)用于光網(wǎng)絡(luò)電信設(shè)備中。但是由于對該模擬調(diào)節(jié)光接收模塊各個參數(shù)的調(diào)節(jié)均通過調(diào)節(jié)電位器實現(xiàn)，而電位器本身有可靠性差、容易因老化產(chǎn)生參數(shù)漂移等問題，因此該結(jié)構(gòu)電路不能做到實時監(jiān)控及調(diào)節(jié)，只能采用人工方式調(diào)節(jié)，而且還需要由素質(zhì)較高的技術(shù)工人來做，不僅生產(chǎn)效率低，而且非線性補償特性不好。
總的來說，現(xiàn)有技術(shù)模擬調(diào)節(jié)光接收模塊的主要缺點是(1)生產(chǎn)調(diào)測過程復(fù)雜、成本高，在線可維護性差。
模擬調(diào)節(jié)光接收模塊參數(shù)指標的精度和穩(wěn)定性主要依賴于電位器的精度和穩(wěn)定性，而電位器是利用機械裝置改變滑動點的位置來改變電阻值，進而改變激光器工作點的，機械式電位器觸點接觸不良及溫度特性方面的問題，因運輸、振動等造成觸點移動的問題，都會使光接收模塊參數(shù)發(fā)生漂移；調(diào)節(jié)電位器是一個復(fù)雜的過程，難以對接收模塊進行自動化生產(chǎn)，不易形成工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，導(dǎo)致生產(chǎn)成本居高不下；光接收模塊的指標對工人素質(zhì)、技術(shù)熟練水平的依賴性太大，難以保證產(chǎn)品的直通率和一致性；采用模擬電位器的光接收模塊的調(diào)測參數(shù)難以保留，廠家難以利用IT平臺建立起產(chǎn)品參數(shù)數(shù)據(jù)庫，而該數(shù)據(jù)庫對維護、改進產(chǎn)品是具有重要意義的；電信級設(shè)備要求很高的可靠性和穩(wěn)定性，激光器隨著使用年限的增加，因老化等因素引起參數(shù)指標漂移，采用模擬電位器的光接收模塊，則無法在系統(tǒng)不間斷業(yè)務(wù)情況下實現(xiàn)性能參數(shù)的調(diào)節(jié)。
(2)參數(shù)存儲、采集不便，光功率數(shù)據(jù)不直觀。
由于沒有利用存儲器來存儲相關(guān)參數(shù)，無法在線和及時獲得光接收模塊的相關(guān)參數(shù)，如調(diào)測時的初始偏置電壓、調(diào)測時間、接收靈敏度等參數(shù)；對于光功率檢測方面，只能檢測輸出電壓大小，無法在光接收模塊上準確反映出輸入光功率的大小。
(3)非線性補償能力差。
對于偏置電壓的溫度補償，是采用熱敏電阻等模擬方式進行的，由于熱敏電阻等溫度傳感器的溫度特性，造成實際補償曲線無法與真正APD管的溫度曲線重合，從而在高低溫環(huán)境下測試出的性能，會由于溫度補償原因?qū)е履K接收靈敏度等關(guān)鍵性能下降；現(xiàn)有技術(shù)主要通過檢測光電接收管的光電響應(yīng)電流來檢測光功率的大小，由于暗電流的存在及其隨著環(huán)境溫度的不同而變化，導(dǎo)致檢測精度下降，不能滿足當前光功率檢測精度越來越高的要求。
目前，隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，許多模擬技術(shù)都被數(shù)字技術(shù)替代?，F(xiàn)有技術(shù)中的模擬調(diào)節(jié)光接收模塊結(jié)構(gòu)也應(yīng)該采用數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是這樣的一種數(shù)字調(diào)節(jié)光接收模塊，包括光電轉(zhuǎn)換電路、光功率檢測電壓輸出電路、和由直流/直流(DC/DC)升壓電路組成的偏置電壓調(diào)節(jié)電路，其特征在于還包括數(shù)字控制調(diào)節(jié)電路，對直流/直流(DC/DC)升壓電路的輸出高壓進行數(shù)學(xué)式調(diào)節(jié)；還包括一模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換電路，將檢測的激光器工作溫度電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，和將檢測的光功率偏置電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，用于控制所述的數(shù)字控制調(diào)節(jié)電路，進行激光器高壓監(jiān)控、激光器溫度補償及激光器在不同環(huán)境溫度下的暗電流補償；還包括一存儲器，用于存儲光接收模塊參數(shù)，作為數(shù)字控制調(diào)節(jié)電路的調(diào)整依據(jù)。
所述的數(shù)字控制調(diào)節(jié)電路是一數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換器。
所述的數(shù)字控制調(diào)節(jié)電路是一數(shù)字電位器。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案還是這樣的一種數(shù)字調(diào)節(jié)光接收模塊的數(shù)字調(diào)節(jié)方法，其特征在于包括以下處理步驟A.設(shè)置存儲器，存儲光接收模塊在光功率上報暗電流調(diào)零和激光管偏置電壓調(diào)整時的數(shù)模轉(zhuǎn)換(DA)值，及在光功率檢測標定和溫度檢測標定時的模數(shù)轉(zhuǎn)換(AD)值；B.從指定的存儲器存儲單元中取出數(shù)模轉(zhuǎn)換(DA)值，對D/A轉(zhuǎn)換器加載；
C.從存儲器功率檢測存儲單元中取出數(shù)據(jù)，與利用模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換電路檢測并轉(zhuǎn)換的光功率模數(shù)轉(zhuǎn)換(AD)值進行比較，比較結(jié)果送模塊中央處理單元(CPU)進行線性插值；D.從存儲器溫度檢測存儲單元中取出數(shù)據(jù)，與利用模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換電路檢測并轉(zhuǎn)換的溫度(AD)值進行比較，比較結(jié)果送模塊中央處理單元(CPU)；E.模塊中央處理單元(CPU)在判斷出當前溫度下光功率檢測暗電流補償是按給定的溫度系數(shù)補償時保持當前DA值，在判斷出當前溫度下光功率檢測暗電流補償未按給定的溫度系數(shù)補償時，改變步驟B中的數(shù)模轉(zhuǎn)換(DA)值，進一步調(diào)整光功率檢測暗電流調(diào)零補償電壓；F.模塊中央處理單元(CPU)在判斷出當前溫度下激光管偏置電壓是按給定的溫度系數(shù)補償時保持當前數(shù)模轉(zhuǎn)換(DA)值，在判斷出當前溫度下激光管偏置電壓未按給定的溫度系數(shù)補償時，改變步驟B中的數(shù)模轉(zhuǎn)換(DA)值，進一步調(diào)整激光管的偏置電壓。
所述步驟A中，存儲光接收模塊在光功率上報暗電流調(diào)零時的數(shù)模轉(zhuǎn)換(DA)值，進一步包括A1.設(shè)定一數(shù)模轉(zhuǎn)換(DA)值；A2.光功率檢測運算放大器(OPM)輸出值經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換送中央處理單元(CPU)；A3.中央處理單元(CPU)在判定該輸出值(OPM)滿足無光調(diào)零要求時，將當前數(shù)模轉(zhuǎn)換(DA)值保存在存儲器的存儲單元中，中央處理單元(CPU)在判定該輸出值(OPM)不滿足無光調(diào)零要求時，返回步驟A1。
所述步驟A中，存儲光接收模塊在調(diào)整激光管偏置電壓時的數(shù)模轉(zhuǎn)換(DA)值，進一步包括A4.設(shè)定一數(shù)模轉(zhuǎn)換(DA)值；A5.激光管偏置電壓經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換送中央處理單元(CPU)；
A6.中央處理單元(CPU)在判定該值滿足激光管偏置電壓大小時，將當前數(shù)模轉(zhuǎn)換(DA)值保存在存儲器的存儲單元中，中央處理單元(CPU)在判定該值不滿足激光管偏置電壓要求時，返回步驟A1。
所述步驟A中，存儲光接收模塊在光功率檢測標定時的模數(shù)轉(zhuǎn)換(AD)值，進一步包括A7.輸入標準光源；A8.在光功率上報檢測范圍內(nèi)，每0.5dBm進行一次模數(shù)轉(zhuǎn)換(AD)值的標定，將標定的模數(shù)轉(zhuǎn)換(AD)值存儲在存儲器的存儲單元中。
所述步驟A中，所述步驟A中，存儲光接收模塊在溫度檢測標定時的模數(shù)轉(zhuǎn)換(AD)值，進一步包括A9.計算得出溫度與模數(shù)轉(zhuǎn)換(AD)值間的對應(yīng)關(guān)系；A10.在一溫度范圍內(nèi)，每5℃進行一次模數(shù)轉(zhuǎn)換(AD)值的標定，將標定的模數(shù)轉(zhuǎn)換(AD)值存儲在存儲器的存儲單元中。
所述的存儲器，還存儲有與光接收模塊相關(guān)的參數(shù)，包括模塊型號、生產(chǎn)日期、調(diào)測時的靈敏度、過載點、激光管偏置電壓的最大值和實際調(diào)測值。
還包括利用所述的中央處理單元(CPU)直接讀出模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換電路輸出的激光器偏置電壓數(shù)字量，進行實時顯示。
本發(fā)明的數(shù)字監(jiān)控、調(diào)節(jié)光接收模塊，采用數(shù)字化技術(shù)進行光接收模塊的調(diào)節(jié)、監(jiān)控，與傳統(tǒng)模擬調(diào)節(jié)光接收模塊相比較，只是稍加改變基本電路結(jié)構(gòu)，但側(cè)重改變了進行參數(shù)調(diào)節(jié)的控制方式；通過增加用于存儲光模塊參數(shù)的存儲器，和增加數(shù)字控制器件及A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器件來取代電位器，從而真正實現(xiàn)了光接收模塊的在線調(diào)測、準確控制和實時監(jiān)控功能。
本發(fā)明利用包括數(shù)字電位器、D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字調(diào)節(jié)技術(shù)，實現(xiàn)光接收模塊的在線調(diào)測；本發(fā)明在光接收模塊上使用A/D，來實時監(jiān)控輸入光功率大小、APD管工作溫度的變化、和偏置電壓的大??；
本發(fā)明在光接收模塊上使用存儲器技術(shù)，來實現(xiàn)相關(guān)參數(shù)的存儲和在線查詢；本發(fā)明采用存儲器及A/D轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)對光功率大小的判別；本發(fā)明采用數(shù)字控制方式實現(xiàn)激光器偏置電壓的數(shù)字化補償與暗電流的數(shù)字化補償。
實施本發(fā)明時，因模塊參數(shù)設(shè)置和調(diào)節(jié)需軟件參與，故會增加系統(tǒng)的軟件開銷，但與模擬電位器調(diào)節(jié)光模塊相比較，則變其諸多缺點為優(yōu)點，包括(1)穩(wěn)定可靠，數(shù)控光接收模塊采用數(shù)控器件(包括數(shù)字電位器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器)，來設(shè)置APD管的偏置電壓，因沒有機械觸點，因而使可靠性、穩(wěn)定性和壽命方面更有保證；(2)易調(diào)測生產(chǎn)成本低，數(shù)控電位器調(diào)節(jié)采用軟件方法實現(xiàn)，直接利用軟件實現(xiàn)偏置電壓大小的調(diào)節(jié)和檢測，改變了傳統(tǒng)的調(diào)測方法，易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，降低成本；(3)易跟蹤，利于采用現(xiàn)有的IT平臺，組建產(chǎn)品參數(shù)數(shù)據(jù)庫，對質(zhì)量保證和產(chǎn)品跟蹤提供可能，因?qū)崿F(xiàn)自動化生產(chǎn)，模塊生產(chǎn)質(zhì)量對生產(chǎn)工人素質(zhì)的依賴性降低，利于降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量；(4)可在線監(jiān)控，降低維護成本，通過網(wǎng)管系統(tǒng)，可實現(xiàn)光模塊參數(shù)的在線查詢、調(diào)節(jié)、監(jiān)控，通過遠程監(jiān)控快速定位解決相關(guān)問題，降低因維護給電信業(yè)務(wù)帶來的影響；(5)數(shù)字化溫度補償簡單有效，通過對光電接收管的溫度監(jiān)控，在偏置電壓和暗電流補償上實現(xiàn)數(shù)字化的溫度補償，提高接收靈敏度和光功率檢測精度。
圖5是本發(fā)明數(shù)字調(diào)節(jié)光接收模塊中數(shù)字調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換控制方式的原理圖；圖6是本發(fā)明數(shù)字調(diào)節(jié)光接收模塊中數(shù)控電位器控制方式的原理圖；圖7是圖6中數(shù)控電位器電原理圖；圖8是本發(fā)明數(shù)字調(diào)節(jié)光接收模塊中模擬量檢測輸出監(jiān)控電原理圖；圖9是本發(fā)明數(shù)字調(diào)節(jié)光接收模塊數(shù)控調(diào)節(jié)實現(xiàn)流程框圖；圖10是本發(fā)明數(shù)字調(diào)節(jié)光接收模塊實現(xiàn)監(jiān)控流程框圖。
參見圖4，為本發(fā)明的數(shù)字調(diào)節(jié)光接收模塊結(jié)構(gòu)，包括光電轉(zhuǎn)換電路21、DC/DC升壓電路22、限幅放大器23(LIA)、光功率檢測電壓輸出電路24、數(shù)控調(diào)節(jié)電路25、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路(A/D)26和存儲器27。與圖1所示模擬調(diào)節(jié)光接收模塊相比較，增加了數(shù)控調(diào)節(jié)電路25、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路(A/D)26和存儲器27，將模擬調(diào)節(jié)光接收模塊的電位器調(diào)節(jié)改變?yōu)閿?shù)控調(diào)節(jié)。圖中RT為熱敏電阻，用于感測激光器的溫度特性，以便對激光器的偏置電壓進行溫度補償調(diào)節(jié)。
光電轉(zhuǎn)換器21將輸入的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，并?jīng)限幅放大器23放大后輸出(DATA)；模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路(A/D)26用于檢測激光器光功率(激光管偏置電壓)，并通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路(A/D)26檢測熱敏電阻RT上的電壓，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，通過查詢存儲器27相應(yīng)地址單元，獲得激光管(APD)工作溫度及相應(yīng)的偏置電壓數(shù)據(jù)，再經(jīng)數(shù)控調(diào)節(jié)電路25(D/A轉(zhuǎn)換)轉(zhuǎn)換成模擬量自動調(diào)整DC/DC升壓電路22，達到控制激光器偏置電壓大小的目的，和通過光功率檢測對激光器無光時的暗電流作補償，從而實現(xiàn)數(shù)字式溫度補償微調(diào)節(jié)。圖中與光功率檢測電壓輸出24并接的取樣電阻RS及DC/DC升壓電路22也均采取溫度補償措施。
為了解決普通模擬電位器存在的諸多缺點，本發(fā)明采用數(shù)字控制方式實現(xiàn)相關(guān)參數(shù)的調(diào)節(jié)，可以有兩種實現(xiàn)方式，一種是采用數(shù)/模轉(zhuǎn)換控制方式，如圖5所示，另一種是采用數(shù)字電位器的方式，如圖6所示。
參見圖5，是本發(fā)明實現(xiàn)偏置電壓調(diào)節(jié)(高壓)、功率檢測暗電流調(diào)零及LOS上報預(yù)定電壓輸出的一種數(shù)字調(diào)節(jié)及監(jiān)控電路，是采用數(shù)/模轉(zhuǎn)換控制(DAC)方式的實施電路。
包括串行D/A轉(zhuǎn)換器(如12bit)和運算放大器，串行時鐘、片選信號及串行數(shù)據(jù)通過DAC串行接口進入D/A轉(zhuǎn)換器，輸出信號分別通過運放器進行電平轉(zhuǎn)換，為偏置電壓調(diào)節(jié)(高壓)信號、功率檢測暗電流調(diào)零信號及LOS上報預(yù)定電壓信號。
利用DAC實現(xiàn)數(shù)字控制量到模擬控制量的轉(zhuǎn)換，對于12bit的DAC器件來說，其輸出電壓滿足Vo=VREF×Data2N,]]>其中V0為模擬電壓輸出，VREF為參考電壓，Data為DAC數(shù)字量輸入，N為DAC轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。
參見圖6，是本發(fā)明實現(xiàn)偏置電壓調(diào)節(jié)(高壓)、功率檢測暗電流調(diào)零及LOS上報預(yù)定電壓輸出的一種數(shù)字調(diào)節(jié)及監(jiān)控電路，是采用數(shù)控電位器方式的原理圖。由64級數(shù)控電位器61連接三運放器構(gòu)成，64級數(shù)控電位器61的串行接口串行輸入時鐘、數(shù)據(jù)和地址選擇數(shù)據(jù)，分別輸出三個模擬信號，經(jīng)運放器電平轉(zhuǎn)換，形成偏置電壓調(diào)節(jié)(高壓)、功率檢測暗電流調(diào)零及LOS上報預(yù)定電壓。
參見圖7，數(shù)控電位器從功能結(jié)構(gòu)上相當于電阻陣列與多路選擇模擬開關(guān)的組合，如圖中，64級數(shù)控電位器由63個串聯(lián)電阻1、2、…、63對P1、P2兩點間電位分壓，和由64路選擇模擬開關(guān)進行電壓選擇輸出(PW)，使用時通過對選擇寄存器寫入不同的數(shù)據(jù)，使相應(yīng)的模擬開關(guān)閉合，相當于機械式電位器觸點的移動。
圖5、圖6中都需增加電平轉(zhuǎn)換電路，三運放器的主要功能是實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換和進行阻抗隔離。由于DAC或數(shù)控電位器輸出的電壓范圍為0至參考電壓(Vref)，而光接收模塊的控制電壓范圍因電路不同而存在差異，就需通過運放器轉(zhuǎn)換獲得，也可通過使用雙極晶體三極管或MOS器件實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。另外，DAC或數(shù)控電位器的輸出阻抗較大，負載能力較差，可利用運放器的高輸入阻抗特性實現(xiàn)數(shù)控電位器、DAC與被控電路間的隔離。
參見圖8，本發(fā)明光功率檢測數(shù)字化在線控制的實現(xiàn)，是通過采用A/D轉(zhuǎn)換單元，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，實現(xiàn)模擬量檢測輸出監(jiān)控。主要包括將檢測的偏置高壓V_APD直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字量、將光功率的大小(光功率檢測輸出OPM)直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，和直接將激光器溫度檢測輸出量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，A/D轉(zhuǎn)換單元輸出串行數(shù)據(jù)。從而免去了在調(diào)測時通過使用萬用表等儀表來監(jiān)控其大小的步驟，大大提高了系統(tǒng)調(diào)測的效率。
以12位A/D為例，ADC器件實現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，對于12bit ADC器件，其輸出數(shù)字量滿足Data=VinVREF×2N,]]>其中Vin為模擬電壓輸入，VREF為參考電壓，Data為ADC數(shù)字量輸出，N為ADC轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，利用該公式即可從Data輸出量檢測出Vin電壓大小。
為提高檢測精度，光功率檢測通過標定方式進行，即在檢測范圍內(nèi)每間隔0.5dbBm，采集A/D檢測的光功率上報值，并將其存入存儲器內(nèi)的某一單元中。
激光器溫度檢測結(jié)果經(jīng)A/D上報，經(jīng)計算處理后得到實際溫度值，將A/D值及溫度值以對應(yīng)二維表存入存儲器內(nèi)的某一單元中(見下表)，通過比較插值方法上報溫度值，和通過簡單的計算直接上報偏置電壓值。
本發(fā)明在光接收模塊中，使用存儲器27(見圖4)，來解決以往光接收模塊無法實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)再現(xiàn)等問題。具體包括將對應(yīng)模塊的型號、生產(chǎn)日期、出廠調(diào)測時的靈敏度、過載點、偏置電壓的最大值及實際調(diào)測值等存儲在存儲器中，可通過在線遠程查詢進行維護，如通過查詢存儲器內(nèi)某一參數(shù)來確知模塊的出廠日期等等；在光功率檢測方面，采用關(guān)鍵點標定方法，通過對整個光功率檢測范圍內(nèi)使用曲線擬合的方式，利用光模塊上A/D實時采集的數(shù)據(jù)，再經(jīng)過對比，即可準確判別光功率的大?。淮送?，存儲器還可存儲數(shù)字調(diào)節(jié)的初始化參數(shù)。
表格中，在檢測量是對應(yīng)的激光器工作溫度時(采用溫度傳感器，如熱敏電阻等，再經(jīng)溫度補償公式的計算獲得)，標定A/D值與對應(yīng)的實際溫度值之間的對照；在檢測量是V_APD時，標定A/D值與對應(yīng)的實際V_APD值間的對照，和檢測量是對應(yīng)光功率時，標定A/D值與對應(yīng)的實際光功率值間的對照。
在光功率檢測時，計算實際V_APD值所使用的公式是Data=VinVREF×2N,]]>Vref＝5V，N＝12，Data＝23H，采用15倍電阻分壓，即V_APD＝15Vin。 不同激光器在不同的溫度下，需通過改變偏置電壓來進行溫度補償，偏置電壓大小體現(xiàn)出溫度補償量，以使激光器在不同的環(huán)境溫度下都能獲得較高的接收靈敏度。
在傳統(tǒng)的設(shè)計中，只采用熱敏電阻等模擬方式進行補償，其補償曲線無法與真正APD管的溫度曲線相重合。本發(fā)明通過采用ADC方式，利用A/D實時采集APD管的溫度，通過計算，再利用數(shù)控調(diào)節(jié)單元(DAC或數(shù)控電位器)實現(xiàn)激光管偏置電壓微調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)對偏置電壓進行準確的溫度補償，同時還可監(jiān)控APD管的工作，提供溫度的在線查詢。利用A/D實時采集到的APD管溫度，再利用D/A實現(xiàn)在不同環(huán)境溫度下對暗電流(隨溫度變化)的數(shù)字化補償，有利于提高光功率檢測精度。
結(jié)合參見圖9，進一步說明本發(fā)明光接收模塊的數(shù)字調(diào)節(jié)、寫存儲器模塊的流程。包括調(diào)測第一步常溫25℃下對光接收模塊進行調(diào)測；調(diào)測第二步光功率檢測標定；和第三步激光器溫度檢測標定。
其中第一步，光接收模塊調(diào)測有兩條執(zhí)行路線，一是暗電流調(diào)零，二是偏置電壓調(diào)節(jié)。
關(guān)于暗電流調(diào)零步驟901，設(shè)定DA轉(zhuǎn)換值，進行光接收模塊的光功率上報暗電流調(diào)零；步驟902，調(diào)節(jié)光功率檢測補償電壓，在該設(shè)定的DA轉(zhuǎn)換值下，將檢測的OPM值送AD轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換后結(jié)果送中央處理單元(CPU)，供CPU判斷是否滿足無光調(diào)零的要求，如果不滿足則返回步驟901，重新設(shè)定DA值，如果滿足則往下執(zhí)行步驟903。
關(guān)于偏置電壓調(diào)節(jié)步驟904，設(shè)定D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸入值，進行光接收模塊激光管偏置電壓的調(diào)節(jié)；步驟905，調(diào)節(jié)偏置電壓，在該設(shè)定的D/A轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入值下，將檢測到的激光管的偏置電壓V_APD送A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換后結(jié)果送中央處理單元(CPU)，供CPU判斷是否滿足偏置電壓的要求，如果不滿足則返回步驟904，重新設(shè)定DA值，如果滿足則往下執(zhí)行步驟903；
步驟903，將滿足要求的D/A轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入值存儲到存儲器的某一地址單元中。
調(diào)測第二步，光功率檢測標定步驟906，輸入標準光源，在光功率上報檢測范圍內(nèi)，每隔0.5dBm，由A/D轉(zhuǎn)換器檢測上報光功率，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字值作逐點標定；步驟907，將每一標定的上報光功率的數(shù)字值存儲在存儲器的某一地址單元中。
調(diào)測第三步，進行激光管工作溫度檢測標定步驟908，根據(jù)溫度傳感器檢測的電壓，計算獲得溫度與AD值的對應(yīng)關(guān)系，并在一溫度范圍內(nèi)，如-5～55℃內(nèi)，每隔5℃標定一個AD值；步驟907，將每一標定的溫度與對應(yīng)的AD數(shù)字值存儲在存儲器的某一地址單元中。
除了將調(diào)測過程中DA、AD的相關(guān)數(shù)據(jù)值寫入存儲器中外，還可將相關(guān)的出廠信息、接收靈敏度、過載點等模塊參數(shù)(909)存儲在存儲器中(910)。
上述對存儲器的寫入過程完成后，調(diào)測過程結(jié)束，對存儲器作寫保護處理后結(jié)束。
參見圖10，經(jīng)調(diào)測出廠后的光接收模塊在系統(tǒng)中使用時的執(zhí)行過程包括步驟101，用從指定存儲器單元中讀出的值加載D/A轉(zhuǎn)換器，即將需要進行DA控制的數(shù)字調(diào)節(jié)初始化參數(shù)數(shù)據(jù)送入D/A轉(zhuǎn)換器中，供進行后續(xù)的線性插值運算；步驟102，從存儲器光功率及溫度參數(shù)存儲單元中(經(jīng)地址分配)讀出相關(guān)的數(shù)據(jù)值；步驟103，將步驟102讀出的光功率值與檢測的光功率并經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值比較，比較結(jié)果上報CPU；步驟104，將步驟102讀出的溫度值與檢測的溫度并經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值比較，比較結(jié)果上報CPU；
步驟107，根據(jù)步驟104的溫度檢測比較結(jié)果，判定在該溫度下光功率檢測暗電流補償是否按給定溫度系數(shù)補償；步驟106，若步驟107的判定結(jié)果為否，則通過DA調(diào)整光功率檢測暗電流調(diào)零補償電壓；步驟110，若步驟107的判定結(jié)果為是，則保持DA值不變；步驟108，根據(jù)步驟104的溫度檢測比較結(jié)果，判定在該溫度下偏置電壓是否按給定溫度系數(shù)補償；步驟109，若步驟108的判定結(jié)果為否，則通過DA調(diào)整偏置電壓，并返回步驟105；步驟110，若步驟108的判定結(jié)果為是，則保持DA值不變；步驟105，通過公式計算由步驟109獲得的偏置電壓調(diào)整結(jié)果，計算結(jié)果上報CPU，偏置電壓Vb通過ADC監(jiān)控。
在傳統(tǒng)的設(shè)計中，只采用了熱敏電阻等模擬方式補償，補償曲線無法與真正APD管的溫度曲線重合，從而在高低溫環(huán)境下測試其性能會由于溫度補償原因?qū)е陆邮侦`敏度等關(guān)鍵性能下降。本發(fā)明通過A/D采集APD管工作溫度，經(jīng)過計算，再利用數(shù)控調(diào)節(jié)單元實現(xiàn)偏置電壓微調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)了對偏置電壓進行準確的溫度補償，同時可以監(jiān)控APD管工作的環(huán)境溫度，提供在線查詢。
采用A/D采集到APD管工作溫度，可以有效地利用D/A實現(xiàn)在不同的環(huán)境溫度下對暗電流隨溫度變化的數(shù)字化補償，有利于提高光功率檢測精度，是一種實現(xiàn)簡單且有效的設(shè)計。
本發(fā)明的數(shù)字監(jiān)控、調(diào)節(jié)光接收模塊，可實現(xiàn)在線調(diào)測、監(jiān)控等，因數(shù)字化調(diào)節(jié)自身帶來的優(yōu)點，使應(yīng)用了該技術(shù)設(shè)計的光發(fā)送、光接收模塊具有優(yōu)良的性能。
本發(fā)明的模塊及調(diào)節(jié)方法，經(jīng)在光網(wǎng)絡(luò)通信產(chǎn)品中試用，證明具有可靠性和可行性。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字調(diào)節(jié)光接收模塊，包括光電轉(zhuǎn)換電路、光功率檢測電壓輸出電路、和由直流/直流(DC/DC)升壓電路組成的偏置電壓調(diào)節(jié)電路，其特征在于還包括數(shù)字控制調(diào)節(jié)電路，對直流/直流(DC/DC)升壓電路的輸出高壓進行數(shù)學(xué)式調(diào)節(jié)；還包括一模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換電路，將檢測的激光器工作溫度電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，和將檢測的光功率偏置電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，用于控制所述的數(shù)字控制調(diào)節(jié)電路，進行激光器高壓監(jiān)控、激光器溫度補償及激光器在不同環(huán)境溫度下的暗電流補償；還包括一存儲器，用于存儲光接收模塊參數(shù)，作為數(shù)字控制調(diào)節(jié)電路的調(diào)整依據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字調(diào)節(jié)光接收模塊，其特征在于所述的數(shù)字控制調(diào)節(jié)電路是一數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字調(diào)節(jié)光接收模塊，其特征在于所述的數(shù)字控制調(diào)節(jié)電路是一數(shù)字電位器。
4.一種數(shù)字調(diào)節(jié)光接收模塊的數(shù)字調(diào)節(jié)方法，其特征在于包括以下處理步驟A.設(shè)置存儲器，存儲光接收模塊在光功率上報暗電流調(diào)零和激光管偏置電壓調(diào)整時的數(shù)模轉(zhuǎn)換(DA)值，及在光功率檢測標定和溫度檢測標定時的模數(shù)轉(zhuǎn)換(AD)值；B.從指定的存儲器存儲單元中取出數(shù)模轉(zhuǎn)換(DA)值，對D/A轉(zhuǎn)換器加載；C.從存儲器功率檢測存儲單元中取出數(shù)據(jù)，與利用模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換電路檢測并轉(zhuǎn)換的光功率模數(shù)轉(zhuǎn)換(AD)值進行比較，比較結(jié)果送模塊中央處理單元(CPU)進行線性插值；D.從存儲器溫度檢測存儲單元中取出數(shù)據(jù)，與利用模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換電路檢測并轉(zhuǎn)換的溫度(AD)值進行比較，比較結(jié)果送模塊中央處理單元(CPU)；E.模塊中央處理單元(CPU)在判斷出當前溫度下光功率檢測暗電流補償是按給定的溫度系數(shù)補償時保持當前DA值，在判斷出當前溫度下光功率檢測暗電流補償未按給定的溫度系數(shù)補償時，改變步驟B中的數(shù)模轉(zhuǎn)換(DA)值，進一步調(diào)整光功率檢測暗電流調(diào)零補償電壓；F.模塊中央處理單元(CPU)在判斷出當前溫度下激光管偏置電壓是按給定的溫度系數(shù)補償時保持當前數(shù)模轉(zhuǎn)換(DA)值，在判斷出當前溫度下激光管偏置電壓未按給定的溫度系數(shù)補償時，改變步驟B中的數(shù)模轉(zhuǎn)換(DA)值，進一步調(diào)整激光管的偏置電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種數(shù)字調(diào)節(jié)光接收模塊的數(shù)字調(diào)節(jié)方法，其特征在于所述步驟A中，存儲光接收模塊在光功率上報暗電流調(diào)零時的數(shù)模轉(zhuǎn)換(DA)值，進一步包括A1.設(shè)定一數(shù)模轉(zhuǎn)換(DA)值；A2.光功率檢測運算放大器(OPM)輸出值經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換送中央處理單元(CPU)；A3.中央處理單元(CPU)在判定該輸出值(OPM)滿足無光調(diào)零要求時，將當前數(shù)模轉(zhuǎn)換(DA)值保存在存儲器的存儲單元中，中央處理單元(CPU)在判定該輸出值(OPM)不滿足無光調(diào)零要求時，返回步驟A1。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種數(shù)字調(diào)節(jié)光接收模塊的數(shù)字調(diào)節(jié)方法，其特征在于所述步驟A中，存儲光接收模塊在調(diào)整激光管偏置電壓時的數(shù)模轉(zhuǎn)換(DA)值，進一步包括A4.設(shè)定一數(shù)模轉(zhuǎn)換(DA)值；A5.激光管偏置電壓經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換送中央處理單元(CPU)；A6.中央處理單元(CPU)在判定該值滿足激光管偏置電壓大小時，將當前數(shù)模轉(zhuǎn)換(DA)值保存在存儲器的存儲單元中，中央處理單元(CPU)在判定該值不滿足激光管偏置電壓要求時，返回步驟A1。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種數(shù)字調(diào)節(jié)光接收模塊的數(shù)字調(diào)節(jié)方法，其特征在于所述步驟A中，存儲光接收模塊在光功率檢測標定時的模數(shù)轉(zhuǎn)換(AD)值，進一步包括A7.輸入標準光源；A8.在光功率上報檢測范圍內(nèi)，每0.5dBm進行一次模數(shù)轉(zhuǎn)換(AD)值的標定，將標定的模數(shù)轉(zhuǎn)換(AD)值存儲在存儲器的存儲單元中。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種數(shù)字調(diào)節(jié)光接收模塊的數(shù)字調(diào)節(jié)方法，其特征在于所述步驟A中，存儲光接收模塊在溫度檢測標定時的模數(shù)轉(zhuǎn)換(AD)值，進一步包括A9.計算得出溫度與模數(shù)轉(zhuǎn)換(AD)值間的對應(yīng)關(guān)系；A10.在一溫度范圍內(nèi)，每5℃進行一次模數(shù)轉(zhuǎn)換(AD)值的標定，將標定的模數(shù)轉(zhuǎn)換(AD)值存儲在存儲器的存儲單元中。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種數(shù)字調(diào)節(jié)光接收模塊的數(shù)字調(diào)節(jié)方法，其特征在于所述的存儲器，還存儲有與光接收模塊相關(guān)的參數(shù)，包括模塊型號、生產(chǎn)日期、調(diào)測時的靈敏度、過載點、激光管偏置電壓的最大值和實際調(diào)測值。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種數(shù)字調(diào)節(jié)光接收模塊的數(shù)字調(diào)節(jié)方法，其特征在于還包括利用所述的中央處理單元(CPU)直接讀出模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換電路輸出的激光器偏置電壓數(shù)字量，進行實時顯示。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數(shù)字監(jiān)控、調(diào)節(jié)光接收模塊及其調(diào)節(jié)方法，運用數(shù)字技術(shù)，實現(xiàn)光接收模塊參數(shù)的實時監(jiān)控、在線調(diào)節(jié)與非線性補償性能。光模塊包括光電轉(zhuǎn)換電路21、光功率檢測電壓輸出電路24、由直流/直流(DC/DC)升壓電路22組成的偏置電壓調(diào)節(jié)電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)電路26、數(shù)字控制調(diào)節(jié)電路25和存儲器27。使用數(shù)字電位器或數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路(25)對光模塊進行在線數(shù)字式調(diào)節(jié)、實現(xiàn)激光管偏置電壓的數(shù)字化補償、暗電流的數(shù)字化補償；使用A/D電路26實時監(jiān)控輸入光功率大小、激光管工作溫度變化及其偏置電壓大?。皇褂么鎯ζ鞔鎯饽K參數(shù)，供在線查詢和與A/D電路26輸出的光功率、溫度值等進行比較，作為進一步調(diào)整或保持DA的依據(jù)。
文檔編號H04B10/69GK1444349SQ0210408
公開日2003年9月24日 申請日期2002年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月8日
發(fā)明者唐振宇 申請人:華為技術(shù)有限公司