CN101674138A - 差分四相相移键控发送机的驱动幅度控制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种差分四相相移键控发送机的驱动幅度控制装置及方法，包括：差分四相相移键控调制器对未加调制信号的连续光谱光源发出的光信号进行调制；调制器反馈控制单元与第一偏置点、第二偏置点、第三偏置点相连，并根据差分四相相移键控调制器调制后的光信号的一部分对第一偏置点、第二偏置点、第三偏置点进行控制；根据驱动器I的温度变化对驱动器I的驱动幅度进行控制；根据驱动器Q的温度变化对驱动器Q的驱动幅度进行控制。采用本发明可以简化差分四相相移键控发射机的控制回路的复杂程度，并且不需要在驱动器的幅度上加导频信号，从而不会产生多余的光信噪比代价。

Description

差分四相相移键控发送机的驱动幅度控制装置及方法
技术领域
本发明涉及通信设备，特别涉及一种差分四相相移键控发送机的驱动幅度控制装置及方法。
背景技术
在光通讯中应用了很多新的调制技术，例如：DPSK(Diffential Phase ShiftKeying，差分相移键控)、DQPSK(Differential Quadrature Phase Shift Keying，差分四相相移键控)等，而DQPSK编码更因其可以降低对于电器件速率、色散和PMD(Polarization Mode Dispersion，偏振模色散)的要求，在40G光通讯系统中占据重要地位。DQPSK发射机利用MZM(Mach-Zender Modulator，马赫-曾德调制器)调制产生NRZ-DQPSK(Non-Return-to-Zero-DQPSK，不归零-DQPSK)信号时，受驱动器幅度变化的影响比NRZ-DPSK大很多。
图1为调制驱动幅度的影响示意图，其中，图1A为OSNR(Optical SignalNoise Ratio，光信噪比)容限曲线示意图，图1B为色散容限曲线利用仿真示意图，在不同光滤波带宽(37.5GHz和75GHz)下OSNR容限和背靠背2dBOSNR代价色散容限随调制驱动幅度变化的曲线如图1所示：
从图1中可以看出，当驱动幅度小于Vpi时，两种光滤波带宽(37.5GHz和75GHz)下随着幅度的减小OSNR容限和2dB OSNR代价色散容限都迅速增大，当幅度减小到0.5Vpi时相比Vpi带来的OSNR代价超过4dB，远大于NRZ-DPSK的情况。当驱动器幅度大于Vpi时，两种光滤波带宽(37.5GHz和75GHz)下随着幅度的增大OSNR容限和2dB OSNR代价色散容限先保持平稳、然后迅速增大，但增大的速度比幅度减小时慢，当幅度增大到1.5Vpi时相比Vpi带来的OSNR代价接近2dB，远大于NRZ-DPSK的情况。
驱动幅度变化对NRZ-DQPSK性能的影响比较大，当幅度为1.1Vpi时虽然色散容限最小，但其OSNR性能最好；对于40Gb/s速率的NRZ-DQPSK系统，更关注优越的OSNR性能，因此，取最佳驱动器幅度为1.1Vpi。所以，驱动器幅度的稳定性对于NRZ-DQPSK发射机的OSNR性能起着很大的影响，需要进行驱动器幅度的严格控制。
图2为DQPSK发射机反馈控制装置结构框示意图，图中，CW表示未加调制信号的连续光谱光源，驱动器I和驱动器Q表示DQPSK调制器的上下两个马赫-曾德调制器的驱动器，Bias1、Bias 2、Bias 3是偏置点1、偏置点2、偏置点3。如图所示，CW发出的光经过DQPSK调制器调制产生已经调制的光信号发出，其中将经调制的光信号分一部分用于进行调制器、驱动器I和驱动器Q的状态控制。
现有技术的不足在于：由于DQPSK发射机需要对调制器的三个偏置点进行控制，控制电路已经比较复杂，如果用传统的加导频的方法并且通过时分复用的方式进行驱动器幅度控制，控制回路就会非常庞大，同时加导频信号会引入一定的OSNR代价。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供了一种差分四相相移键控发送机的驱动幅度控制装置及方法。
本发明实施例中提供了一种DQPSK发送机的驱动幅度控制装置，包括：第一偏置点、第二偏置点、第三偏置点、驱动器I、驱动器Q、对CW发出的光信号进行调制的DQPSK调制器，还包括：
调制器反馈控制单元，与第一偏置点、第二偏置点、第三偏置点相连，用于根据DQPSK调制器调制后的光信号的一部分对第一偏置点、第二偏置点、第三偏置点进行控制；
驱动器I反馈控制单元，与驱动器I相连，用于根据驱动器I的温度变化对驱动器I的驱动幅度进行控制；
驱动器Q反馈控制单元，与驱动器Q相连，用于根据驱动器Q的温度变化对驱动器Q的驱动幅度进行控制。
本发明实施例中提供了一种DQPSK发送机的驱动幅度控制方法，包括如下步骤：
DQPSK调制器对CW发出的光信号进行调制；
调制器反馈控制单元与第一偏置点、第二偏置点、第三偏置点相连，并根据DQPSK调制器调制后的光信号的一部分对第一偏置点、第二偏置点、第三偏置点进行控制；
根据驱动器I的温度变化对驱动器I的驱动幅度进行控制；
根据驱动器Q的温度变化对驱动器Q的驱动幅度进行控制。
本发明有益效果如下：
本发明实施中，由于调制器反馈控制单元与第一偏置点、第二偏置点、第三偏置点相连，根据DQPSK调制器调制后的光信号的一部分对第一偏置点、第二偏置点、第三偏置点进行控制；但是，其不再将经调制的光信号分一部分用于进行驱动器I和驱动器Q的状态控制；同时，根据驱动器I、驱动器Q的温度变化对驱动器I的驱动幅度进行控制，而不是由调制器反馈控制单元进行控制，从而使驱动器幅度控制回路与DQPSK调制器的反馈控制剥离开，并通过驱动器的温度变化对驱动器的驱动幅度进行控制。因此，与现有技术相比，可以简化DQPSK发射机的控制回路的复杂程度。并且不需要在驱动器的幅度上加导频信号，从而不会产生多余的OSNR代价。
附图说明
图1为背景技术中调制驱动幅度的影响示意图，其中：图1A为OSNR容限曲线示意图，图1B为色散容限曲线利用仿真示意图；
图2为背景技术中DQPSK发射机反馈控制装置结构框示意图；
图3为本发明实施例中DQPSK发送机的驱动幅度控制装置结构示意图；
图4为本发明实施例中直接补偿方式下的驱动器反馈控制示意图；
图5为本发明实施例中直接补偿方式下的温度补偿曲线示意图；
图6为本发明实施例中间接补偿方式下的驱动器反馈控制示意图；
图7为本发明实施例中DQPSK发送机的驱动幅度控制方法实施流程示意图。
具体实施方式
由于DQPSK发射机需要对调制器的三个偏置点进行控制，控制电路已经比较复杂，如果用传统的加导频的方法并且通过时分复用的方式进行驱动器幅度控制，控制回路就会非常庞大，同时加导频信号会引入一定的OSNR代价。因此，本发明实施例中提供了一种新的驱动幅度监测和控制技术，用于简化DQPSK光模块发送机的多个相互耦合的控制回路，剥离原有的驱动器幅度控制需要利用调制器进行反馈的方式，而只需要通过驱动器自身的某些信号作为反馈信号进行幅度控制。下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。
图3为DQPSK发送机的驱动幅度控制装置结构示意图，如图所示，装置中包括：第一偏置点Bias1、第二偏置点Bias2、第三偏置点Bias3、驱动器I、驱动器Q、对CW发出的光信号进行调制的DQPSK调制器，装置中还包括：
调制器反馈控制单元，与第一偏置点、第二偏置点、第三偏置点相连，用于根据DQPSK调制器调制后的光信号的一部分对第一偏置点、第二偏置点、第三偏置点进行控制；
驱动器I反馈控制单元，与驱动器I相连，用于根据驱动器I的温度变化对驱动器I的驱动幅度进行控制；
驱动器Q反馈控制单元，与驱动器Q相连，用于根据驱动器Q的温度变化对驱动器Q的驱动幅度进行控制。
由上述方案可见，调制器反馈控制单元不再将经调制的光信号分一部分用于进行驱动器I和驱动器Q的状态控制，驱动器幅度控制回路是与DQPSK调制器的反馈控制剥离开了，而是通过其他的反馈信号用于驱动器幅度控制，即：根据驱动器的温度变化对驱动器的驱动幅度进行控制。
实施中，考虑到现有的信号带宽高达30-40GHz的高速驱动器几乎都是利用多极FET(field effect transistor，场效应晶体管，简称场效应管)放大器串联的结构，其放大器的增益会随温度的变化而变化，这样会导致驱动器幅度的变化。因此下面将给出不同的利用温度进行驱动器幅度控制的实例。
实施例一
图4为直接补偿方式下的驱动器反馈控制示意图，图中该驱动器有三级，每一级可以认为是一个MOSFET(MetalOxide Semicoductor Field EffectTransistor，金属氧化物半导体场效应管)，VD3是第三级的MOSFET的漏极电压，VD2是第二级的MOSFET的漏极电压、VD1是第一级的MOSFET的漏极电压。
DC-DC是开关电源变化器，Vin是该DC-DC电源转化的输入电压。
TEMP SENSOR是温度传感器。
VG是MOSFET的门极电压。
ADC是模-数转换器(Analog to Digital Converter)。
则如图所示，在直接补偿方式下，此类驱动器的幅度与VD3相关，因此可以通过利用温度传感器检测驱动器的温度，然后利用温度补偿算法来改变DC-DC的反馈网络，从而改变VD3的值，保证驱动器的幅度不变。驱动器I和驱动器Q可以独立的利用此温度控制回路进行幅度控制。调制器反馈控制单元可以是任何控制方式，不会对驱动器控制回路产生影响。
图5为直接补偿方式下的温度补偿曲线示意图，图中EYE AMP是驱动器输出信号的幅度，C是摄氏温度，VD是驱动器MOSFET的漏极电压。如图所示，可以利用该温度补偿曲线来改变DC-DC的反馈网络，即，可以根据驱动器输出信号的幅度与驱动器MOSFET的漏极电压获取温度补偿曲线，并将其用于温度的补偿。
由上述实施例可见，在具体实施中，对于驱动器I和/或驱动器Q的控制而言，可以如下：
驱动器I反馈控制单元可以包括：
第一温度传感器，与驱动器I相连，用于检测驱动器I的温度变化；
第一直接补偿模块，用于根据驱动器I的温度变化按温度补偿曲线进行补偿后反馈至开关电源变化器DC-DC，用以控制第三级的MOSFET的漏极电压VD3的变化。
驱动器Q反馈控制单元可以包括：
第二温度传感器，与驱动器Q相连，用于检测驱动器Q的温度变化；
第二直接补偿模块，用于根据驱动器Q的温度变化按温度补偿曲线进行补偿后反馈至开关电源变化器DC-DC，用以控制第三级的MOSFET的漏极电压VD3的变化。
实施例二
图6为间接补偿方式下的驱动器反馈控制示意图，图中的该驱动器有三级，VD3是第三级的MOSFET的漏极电压，VD2是第二级的MOSFET的漏极电压、VD1是第一级的MOSFET的漏极电压。
DC-DC是开关电源变化器，Vin是该DC-DC电源转化的输入电压。
Current Monitor是电流检测器。
VG是MOSFET的门极电压。
ADC是模-数转换器(Analog to Digital Converter)。
则如图所示，在间接补偿方式下，如果驱动器的幅度受温度的影响而发生改变，器件中另外一个信号流过VD3的电流会发生变化，故可以通过检测VD3的电流是否变化间接地检测了驱动器的幅度是否发生了变化。若检测到电流的变化则可以通过改变VG的电压来修正VD3的电流，保证VD3的电流不变，从而对驱动器进行了幅度控制。驱动器I和驱动器Q可以独立的利用此温度控制回路进行幅度控制。调制器反馈控制单元可以是任何控制方式，不会对驱动器控制回路产生影响。
由上述实施例可见，在具体实施中，对于驱动器I和/或驱动器Q的控制而言，可以如下：
驱动器I反馈控制单元可以包括：
第一电流检测模块，与驱动器I的VD3相连，用于检测驱动器I的VD3的电流变化；
第一间接补偿模块，用于根据驱动器I的VD3电流变化控制第三级的MOSFET的门极电压VG3的电压变化，并通过控制VG3的电压变化用以控制第三级的MOSFET的漏极电压VD3的电流变化。
驱动器Q反馈控制单元可以包括：
第二电流检测模块，与驱动器Q的VD3相连，用于检测驱动器Q的VD3的电流变化；
第二间接补偿模块，用于根据驱动器Q的VD3电流变化控制VG3的电压变化，并通过控制VG3的电压变化用以控制第三级的MOSFET的漏极电压VD3的电流变化。
上述实施方案中，直接补偿方式的控制方式简单，只要知道驱动器全温度范围内的补偿曲线就可以进行反馈控制。间接补偿方式的控制方式相对复杂，需要通过电流检测的方式进行反馈控制。但是控制精度要比直接补偿方式高，能够通过检测电流的微小变化对幅度进行控制。具体实施中可以根据不同的应用场合应用不同的控制方式。
在实施中分别以直接补偿和间接补偿为例进行说明，但是，从理论上来说，用其它的方式也是可以的，只要是能够根据驱动器的温度变化对驱动器的驱动幅度进行控制即可，直接补偿和间接补偿仅用于教导本领域技术人员具体如何实施本发明，但不意味仅能使用这两种方式，实施过程中可以结合实践需要来确定相应的方式。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种DQPSK发送机的驱动幅度控制方法，由于该方法解决问题的原理与DQPSK发送机的驱动幅度控制装置相似，因此该方法的实施可以参见装置的实施，重复之处不再赘述。
图7为DQPSK发送机的驱动幅度控制方法实施流程示意图，如图所示，在进行驱动幅度控制时可以包括如下步骤：
步骤701、DQPSK调制器对CW发出的光信号进行调制；
步骤702、调制器反馈控制单元与第一偏置点、第二偏置点、第三偏置点相连，并根据DQPSK调制器调制后的光信号的一部分对第一偏置点、第二偏置点、第三偏置点进行控制；
步骤703、根据驱动器I的温度变化对驱动器I的驱动幅度进行控制；
步骤704、根据驱动器Q的温度变化对驱动器Q的驱动幅度进行控制。
实施中，步骤701、702、703之间并无必然的时序要求。
实施中，根据驱动器I的温度变化对驱动器I的驱动幅度进行控制，可以包括：
检测驱动器I的温度变化；
根据驱动器I的温度变化按温度补偿曲线进行补偿后反馈至开关电源变化器DC-DC，用以控制第三级的MOSFET的漏极电压VD3的变化。
实施中，根据驱动器Q的温度变化对驱动器Q的驱动幅度进行控制，可以包括：
检测驱动器Q的温度变化；
根据驱动器Q的温度变化按温度补偿曲线进行补偿后反馈至开关电源变化器DC-DC，用以控制第三级的MOSFET的漏极电压VD3的变化。
实施中，温度补偿曲线可以根据驱动器输出信号的幅度与驱动器MOSFET的漏极电压获取。
实施中，根据驱动器I的温度变化对驱动器I的驱动幅度进行控制，可以包括：
检测驱动器I的VD3的电流变化；
根据驱动器I的VD3电流变化控制第三级的MOSFET的门极电压VG3的电压变化，并通过控制VG3的电压变化用以控制第三级的MOSFET的漏极电压VD3的电流变化。
实施中，根据驱动器Q的温度变化对驱动器Q的驱动幅度进行控制，可以包括：
检测驱动器Q的VD3的电流变化；
根据驱动器Q的VD3电流变化控制VG3的电压变化，并通过控制VG3的电压变化用以控制第三级的MOSFET的漏极电压VD3的电流变化。
由上述实施例可见，本发明实施例中所提供的技术方案中，由于调制器反馈控制单元用于控制DQPSK调制器的三个偏置点电压；驱动器反馈控制单元用于独立控制驱动器的幅度。与现有技术相比，可以简化DQPSK发射机的控制回路的复杂程度。此外，本发明不需要在驱动器的幅度上加导频信号，从而不会产生多余的OSNR代价。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1、一种差分四相相移键控DQPSK发送机的驱动幅度控制装置，包括：第一偏置点、第二偏置点、第三偏置点、驱动器I、驱动器Q、对未加调制信号的连续光谱光源CW发出的光信号进行调制的DQPSK调制器，其特征在于，还包括：
调制器反馈控制单元，与第一偏置点、第二偏置点、第三偏置点相连，用于根据DQPSK调制器调制后的光信号的一部分对第一偏置点、第二偏置点、第三偏置点进行控制；
驱动器I反馈控制单元，与驱动器I相连，用于根据驱动器I的温度变化对驱动器I的驱动幅度进行控制；
驱动器Q反馈控制单元，与驱动器Q相连，用于根据驱动器Q的温度变化对驱动器Q的驱动幅度进行控制。
2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动器I反馈控制单元包括：
第一温度传感器，与驱动器I相连，用于检测驱动器I的温度变化；
第一直接补偿模块，用于根据驱动器I的温度变化按温度补偿曲线进行补偿后反馈至开关电源变化器，用以控制第三级的金属氧化物半导体场效应管MOSFET的漏极电压的变化。
3、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动器Q反馈控制单元包括：
第二温度传感器，与驱动器Q相连，用于检测驱动器Q的温度变化；
第二直接补偿模块，用于根据驱动器Q的温度变化按温度补偿曲线进行补偿后反馈至开关电源变化器，用以控制第三级的MOSFET的漏极电压的变化。
4、如权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述温度补偿曲线根据驱动器输出信号的幅度与驱动器MOSFET的漏极电压获取。
5、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动器I反馈控制单元包括：
第一电流检测模块，与驱动器I的第三级的MOSFET的漏极电压相连，用于检测驱动器I的第三级的MOSFET的漏极电压的电流变化；
第一间接补偿模块，用于根据驱动器I的第三级的MOSFET的漏极电压电流变化控制第三级的MOSFET的门极电压的电压变化，并通过控制第三级的MOSFET的门极电压的电压变化用以控制第三级的MOSFET的漏极电压的电流变化。
6、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动器Q反馈控制单元包括：
第二电流检测模块，与驱动器Q的第三级的MOSFET的漏极电压相连，用于检测驱动器Q的第三级的MOSFET的漏极电压的电流变化；
第二间接补偿模块，用于根据驱动器Q的第三级的MOSFET的漏极电压电流变化控制第三级的MOSFET的门极电压的电压变化，并通过控制第三级的MOSFET的门极电压的电压变化用以控制第三级的MOSFET的漏极电压的电流变化。
7、一种DQPSK发送机的驱动幅度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
DQPSK调制器对CW发出的光信号进行调制；
调制器反馈控制单元与第一偏置点、第二偏置点、第三偏置点相连，并根据DQPSK调制器调制后的光信号的一部分对第一偏置点、第二偏置点、第三偏置点进行控制；
根据驱动器I的温度变化对驱动器I的驱动幅度进行控制；
根据驱动器Q的温度变化对驱动器Q的驱动幅度进行控制。
8、如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据驱动器I的温度变化对驱动器I的驱动幅度进行控制，包括：
检测驱动器I的温度变化；
根据驱动器I的温度变化按温度补偿曲线进行补偿后反馈至开关电源变化器，用以控制第三级的MOSFET的漏极电压的变化；
和/或，
所述根据驱动器Q的温度变化对驱动器Q的驱动幅度进行控制，包括：
检测驱动器Q的温度变化；
根据驱动器Q的温度变化按温度补偿曲线进行补偿后反馈至开关电源变化器，用以控制第三级的MOSFET的漏极电压的变化。
9、如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述温度补偿曲线根据驱动器输出信号的幅度与驱动器MOSFET的漏极电压获取。
10、如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据驱动器I的温度变化对驱动器I的驱动幅度进行控制，包括：
检测驱动器I的第三级的MOSFET的漏极电压的电流变化；
根据驱动器I的第三级的MOSFET的漏极电压电流变化控制第三级的MOSFET的门极电压的电压变化，并通过控制第三级的MOSFET的门极电压的电压变化用以控制第三级的MOSFET的漏极电压的电流变化；
和/或，
所述根据驱动器Q的温度变化对驱动器Q的驱动幅度进行控制，包括：
检测驱动器Q的第三级的MOSFET的漏极电压的电流变化；
根据驱动器Q的第三级的MOSFET的漏极电压电流变化控制第三级的MOSFET的门极电压的电压变化，并通过控制第三级的MOSFET的门极电压的电压变化用以控制第三级的MOSFET的漏极电压的电流变化。
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