CN102209410A - 一种外置突发自动光功率控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种外置突发自动光功率控制电路，包括：一采样电阻、一突发采样保持电路、一缓冲电路、一采样补偿电路和一微控制器，该控制器设有一A/D模数转换端和至少一D/A数模转换端，且激光器偏置电流控制信号由其中一D/A数模转换端输出；采样电阻的一端接地，另一端和突发采样保持电路的输入端与激光器的背光二极管正极连接，突发采样保持电路的输出端连接缓冲电路的输入端，缓冲电路的输出端与微控制器的A/D模数转换端连接；采样补偿电路连接于微控制器和突发采样保持电路之间，BEN同步信号作用于所述突发采样保持电路和采样补偿电路。本发明能保证ONU光模块在突发工作状态下光功率和消光比的均具有较好地稳定性及电路的扩展性。

Description

一种外置突发自动光功率控制电路
技术领域
本发明涉及一种用于千兆以上吉比特无源光网络用户光模块(Gigabit-Capable Passive Optical Network Unit，简称GPON ONU)的激光器驱动电路(Auto Power Control，简称APC)自动光功率控制电路，尤其涉及一种外置突发自动光功率控制电路。
背景技术
光纤接入在全球范围内已经逐渐成为接入网的首选方式，而无源光网络(Passive Optical Network，简称PON)技术在光纤接入网中更是成为性价比最高的技术方案。无源光网络技术采用时分复用(Time DivisionMultiplexer，TDM)上行、广播下行的传输方式使光网络宽带应用率更高，位于终端的各个网络用户单元ONU(Optical Network Unit，简称ONU)一方面接受局端(Optical Line Termianl，简称OLT)的下传控制信号并在有效时间内向OLT上传光信号。其中，ONU光模块上传至OLT光信号会涉及两个重要技术指标：光功率与消光比的稳定性，将直接影响到OLT端接收光信号的准确性，尤其是光功率稳定性。但是，决定上传光信号光功率稳定性的因素是ONU光模块的激光器驱动电路。目前，用于吉比特无源光网络(GPON ONU)光模块采用如图1所示的激光器驱动电路，包括：由激光二极管LD和背光二极管PD构成的激光器、微控制器和闭环激光器驱动器芯片，该芯片包括：调制电流电路、偏置电流电路和内置突发APC电路等，背光二极管PD产生的背光电流Im输入内置突发APC电路，以此实现ONU模块的自动光功率控制功能。但内置突发APC电路存在以下缺点：1、该类型集成芯片IC方案的ONU光模块在工作中，如果包间隔较长(大于2s)时，在下一个突发包到来时，模块发光异常，表现为需要一段时间重新建立光信号的“1”电平与“0”电平，正常的光传输中是不允许的，会造成数据丢失，这主要是因为各厂家集成芯片IC方案内部对突发APC电路的定义不同，没有充分考虑在特殊场合中突发时间问题，未能较长时间保持住背光二极管PD产生的背光电流Im的采样，导致光功率不稳定；2、在实际传输中，每个ONU光模块所接收到的突发控制信号不同时，包长与包间隔差别较大，短包长可以达到200ns以下，长包可以100us以上，在连续短包长的情况下，一些IC方案的模块会出现其消光比相对长包长的消光比变小，最多可达3～4dB，如此大的消光比波动显然是不希望出现的，这对于局端OLT来说是不利的，产生这个现象的主要原因是背光二极管PD本身的带宽问题影响了背光电流Im的建立时间，导致精度不高；3、电路的扩展性不好，由于受到现有集成IC方案的限制，造成ONU光模块新增功能升级困难。
发明内容
为克服以上缺点，本发明提供一种光功率稳定的外置突发自动光功率控制电路。
为达到以上发明目的，本发明提供一种外置突发自动光功率控制电路，包括：一采样电阻、一突发采样保持电路、一缓冲电路、一采样补偿电路和一微控制器，该控制器设有一A/D模数转换端和至少一D/A数模转换端；所述采样电阻的一端接地，另一端和所述突发采样保持电路的输入端与激光器的背光二极管正极连接，所述突发采样保持电路的输出端连接所述缓冲电路的输入端，缓冲电路的输出端与所述微控制器的A/D模数转换端连接；所述采样补偿电路连接于所述微控制器和突发采样保持电路之间，BEN同步信号作用于所述突发采样保持电路和采样补偿电路。
所述突发采样保持电路，包括：一单刀单掷开关和一采样保持电容，所述单刀单掷开关的输入端A连接所述激光器的背光二极管正极，其输出端B连接所述采样保持电容一端，该电容另一端接地。
所述采样补偿电路包括：一放电电阻、单刀双掷开关、和一预储能电容，所述单刀双掷开关设有第一连接端A0电连接所述预储能电容的一端，该电容另一端接地；第二连接端B0通过所述放电电阻连接单刀单掷开关的输出端B；第三连接端B1为采样补偿电路的输入端。
所述微控制器的D/A数模转换端为一个，用于输出激光器偏置电流控制信号，所述缓冲电路包括：一低通滤波电路和一同相比例放大电路，所述低通滤波电路的输入端连接单刀单掷开关的输出端B，所述同相比例放大电路包括：一运算放大器、第一分压电阻和第二分压电阻，所述运算放大器的正输入端连接低通滤波电路的输出端，其负输入端设有两个分路：第一分路电连接第一分压电阻的一端，该分压电阻另一端接地；第二分路电连接第二分压电阻的一端，该分压电阻另一端和所述单刀双掷开关的第三连接端B1电连接所述微控制器的A/D模数转换端。
所述微控制器的D/A数模转换端为两个，其中一个用于输出激光器偏置电流控制信号，另一个电连接所述单刀双掷开关的第三连接端B1；所述缓冲电路包括：一低通滤波电路和一运算放大器，所述低通滤波电路的输入端连接单刀单掷开关的输出端B，其输出端连接所述运算放大器的正输入端；运算放大器的负输入端与输出端相互连接。
所述低通滤波电路为一阶低通滤波电路，包括：第一滤波电阻和第一滤波电容，所述运算放大器的正输入端连接所述第一滤波电容的一端并通过第一滤波电阻连接所述单刀单掷开关的输出端B，所述第一滤波电容的另一端接地。
所述低通滤波电路为二阶低通滤波电路，包括：第一滤波电阻、第一滤波电容、第二滤波电阻、第二滤波电容，所述运算放大器的正输入端连接所述第二滤波电容的一端并通过所述第一滤波电阻和第二滤波电阻串联后电连接所述单刀单掷开关的输出端B，第一滤波电容的一端连接于第一滤波电阻和第二滤波电阻之间，所述第一滤波电容和第二滤波电容的另一端分别接地。
所述低通滤波电路为二阶低通滤波电路，包括：第一滤波电阻、第一滤波电容、第二滤波电阻、第二滤波电容，所述运算放大器的正输入端连接所述第二滤波电容的一端并通过所述第一滤波电阻和第二滤波电阻串联后电连接所述单刀单掷开关的输出端B，所述第二滤波电容的另一端接地；第一滤波电容的一端连接于第一滤波电阻和第二滤波电阻之间，另一端连接所述运算放大器的输出端。
由于上述技术方案采用了突发采样保持电路及采样补偿电路，不但能保证ONU光模块在突发工作状态下光功率实时稳定，也确保了ONU光模块在突发工作状态下消光比的相对稳定性。另外，由于光网络系统厂商对ONU光模块功能不断升级的技术要求，外置突发自动光功率控制电路还便于扩展功能(如，TX-SD，TX Power Monitor等)的升级电路设计要求。
附图说明
图1表示现有技术ONU光模块采用内置突发APC电路方框原理图。
图2表示ONU光模块采用本发明外置突发自动光功率控制电路方框原理图。
图3表示图2所示本发明外置突发自动光功率控制电路方框原理图第一实施例。
图4表示图3所示外置突发自动光功率控制电路示意图。
图5表示表示图2所示本发明外置突发自动光功率控制电路方框原理图第二实施例。
图6表示图5所示的外置突发自动光功率控制电路示意图。
图7A表示图3所示的低通滤波电路的第一种实施例电路示意图。
图7B表示图3所示的低通滤波电路的第一种实施例电路示意图。
图7C表示图3所示的低通滤波电路的第一种实施例电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明最佳实施例。
如图2所示，ONU光模块激光器驱动器电路，包括：设有激光二极管LD和背光二极管PD的激光器、微控制器、开环激光器驱动器芯片和外置突发自动光功率控制电路，开环激光器驱动器芯片内集成了调制电流电路、偏置电流电路等。
如图3和图4所示的外置突发自动光功率控制电路第一实施例，包括：一采样电阻1、一突发采样保持电路2、一缓冲电路3A、一采样补偿电路4和一微控制器5A，该控制器设有一A/D模数转换端和一D/A数模转换端，且激光器偏置电流控制信号由D/A数模转换端输出。采样电阻1的一端接地，另一端和所述突发采样保持电路2的输入端与激光器的背光二极管正极连接，突发采样保持电路2的输出端连接缓冲电路3A的输入端，缓冲电路3A的输出端与微控制器5A的A/D模数转换端连接。采样补偿电路4连接于微控制器5A和突发采样保持电路2之间，BEN同步信号(Burst Enable，简称BEN)作用于突发采样保持电路2和采样补偿电路4。突发采样保持电路2，包括：一单刀单掷开关21和一采样保持电容22，单刀单掷开关21的输入端A连接激光器的背光二极管正极，单刀单掷开关21的输出端B连接采样保持电容22一端，该电容另一端接地。缓冲电路3A包括：一低通滤波电路31A和一同相比例放大电路，低通滤波电路31A的输入端连接单刀单掷开关21的输出端B，同相比例放大电路包括：一运算放大器32、第一分压电阻33和第一分压电阻34，运算放大器32的正输入端连接低通滤波电路31A的输出端，其负输入端设有两个分路：第一分路电连接第一分压电阻33的一端，该分压电阻另一端接地；第二分路电连接第一分压电阻34的一端，该分压电阻另一端和单刀双掷开关42的第三连接端B1电连接运算放大器32的输出端。采样补偿电路4包括：一放电电阻41、单刀双掷开关42、和一预储能电容43，单刀双掷开关42设有第一连接端A0电连接预储能电容43的一端，该电容另一端接地；第二连接端B0通过放电电阻41连接单刀单掷开关21的输出端B；第三连接端B1电连接微控制器5的A/D模数转换端。
如图5和图6所示的外置突发自动光功率控制电路第二实施例，包括：一采样电阻1、一突发采样保持电路2、一缓冲电路3B、一采样补偿电路4和一微控制器5B。该实施例电路原理与第一实施例相近似，其区别是：缓冲电路3B和微控制器5B不同。微控制器5B设有一个A/D模数转换端和两个D/A数模转换端，其中一个D/A数模转换端用于输出激光器偏置电流控制信号，另一个D/A数模转换端电连接采样补偿电路4的单刀双掷开关42的第三连接端B1。缓冲电路3B包括：一低通滤波电路31B和一运算放大器32，低通滤波电路31B的输入端连接突发采样保持电路2的单刀单掷开关21的输出端B，其输出端连接运算放大器32的正输入端。运算放大器32的负输入端与输出端相互连接。两实施例中的低通滤波电路31A、31B是通用的。
如图7A所示的低通滤波电路为一阶低通滤波电路，包括：第一滤波电阻R31和第一滤波电容C31，运算放大器32的正输入端连接第一滤波电容C31的一端并通过第一滤波电阻R31连接单刀单掷开关21的输出端B，第一滤波电容C31的另一端接地。
如图7B所示的低通滤波电路31为二阶低通滤波电路，包括：第一滤波电阻R31、第一滤波电容C31、第二滤波电阻R32、第二滤波电容C32，运算放大器32的正输入端连接第二滤波电容C32的一端并通过第一滤波电阻R31和第二滤波电阻R32串联后电连接单刀单掷开关21的输出端B，第一滤波电容C31的一端连接于第一滤波电阻R31和第二滤波电阻R32之间，第一滤波电容C31和第二滤波电容C32的另一端分别接地。
如图7C所示的低通滤波电路31为二阶低通滤波电路，包括：第一滤波电阻R31、第一滤波电容C31、第二滤波电阻R32、第二滤波电容C32，运算放大器32的正输入端连接第二滤波电容C32的一端并通过第一滤波电阻R31和第二滤波电阻R32串联后电连接单刀单掷开关21的输出端B，第二滤波电容C32的另一端接地；第一滤波电容C31的一端连接于第一滤波电阻R31和第二滤波电阻R32之间，另一端连接运算放大器32的输出端。
本发明的外置突发自动光功率控制电路，其工作原理如下：
由采样电阻1获得的采样电平是一个与BEN信号同步的方波信号时，当BEN信号有效时(即BEN ON)时，激光二极管LD发光，背光电流Im流过采样电阻1，形成实时有效的采样电平Vsample，当BEN信号无效时(即BEN OFF)，激光二极管LD关断，采样电阻1的采样电平为零。单刀单掷开关21在BEN信号同步控制下，对采样电平Vsample进行保持，当BEN信号有效时，单刀单掷开关21闭合，使采样保持电容22充电，进行电平保持，当BEN信号无效时，单刀单掷开关21断开，避免采样保持电容22放电。采样保持电容22的电平由于背光电流Im中存在一定程度的调制信号，所以采样电平Vsample并非是平稳干净的电平，需要进行低通滤波后再送达至运算放大器，避免了采样保持电容22的电平由于低通滤波电路端放电而造成损失，由运算放大器输出的电平是一个稳定干净的直流电平，可以输入到微控制器的A/D模数转换端口经过底层处理后进行偏置电流的控制。无论是第一实施例通过同相比例放大电路输出一个经过比例放大的稳定的直流电平，还是第二实施例是通过微控制器5其中一D/A数模转换端口输出一个与其A/D模数转换端的采样值成一定比例放大的直流电平，两种实施方案均可以利用放大后的直流电平进行补偿突发采样保持电路2的速度不足问题。
在BEN同步信号的控制下，单刀双掷开关42的两通道会在不同时刻进行导通与断开，当BEN信号有效时，第一连接端A0与第二连接端B0通道导通，第一连接端A0与第三连接端B1通道断开；当BEN信号无效时，第一连接端A0与第二连接端B0通道断开，第一连接端A0与第三连接端B1通道导通。如图4所示，在BEN信号无效时，同相比例放大器电路32输出的直流电平通过第一连接端A0与第三连接端B1通道对预储能电容43进行充电；如图6所示，在BEN信号无效时，微控制器5的D/A模数转换端口的输出电平通过第一连接端A0与第三连接端B1通道对预储能电容43进行充电；两个施例共同特点：当BEN信号有效时，预储能电容43上的电荷通过第一连接端A0与第二连接端B0通道对采样保持电容22进行充电。
由于受到PD带宽等其它因素的影响，背光电流Im的建立需要300～400ns时间才能完成，所以在短包时受此影响，在外置突发自动光功率控制电路的调整下，会使得偏置电流Ibias增加，造成消光比减小；在长包时，由于背光电流Im已经建立完成，所以不会产生短包时的问题。针对短包时，背光电流Im建立慢以及采样保持电容22带来的时延问题，加快采样保持电容22上电平Vsample的建立速度，故采用采样补偿电路4对采样保持电容22进行短时间(大约几百ns)的充电电荷补偿。实际应用中，应该注意同相比例放大电路的放大倍数或微控制器5的D/A数模转换端口的输出电平与A/D模数采样电平的比例关系，以达到不同包长下的采样电平的稳定。

Claims (8)

1.一种外置突发自动光功率控制电路，其特征在于，包括：一采样电阻、一突发采样保持电路、一缓冲电路、一采样补偿电路和一微控制器，该控制器设有一A/D模数转换端和至少一D/A数模转换端；所述采样电阻的一端接地，另一端和所述突发采样保持电路的输入端与激光器的背光二极管正极连接，所述突发采样保持电路的输出端连接所述缓冲电路的输入端，缓冲电路的输出端与所述微控制器的A/D模数转换端连接；所述采样补偿电路连接于所述微控制器和突发采样保持电路之间，BEN同步信号作用于所述突发采样保持电路和采样补偿电路。
2.据权利要求1所述的外置突发自动光功率控制电路，其特征在于，所述突发采样保持电路，包括：一单刀单掷开关和一采样保持电容，所述单刀单掷开关的输入端A连接所述激光器的背光二极管正极，其输出端B连接所述采样保持电容一端，该电容另一端接地。
3.根据权利要求2所述的外置突发自动光功率控制电路，其特征在于，所述采样补偿电路，包括：一放电电阻、单刀双掷开关、和一预储能电容，所述单刀双掷开关设有第一连接端A0电连接所述预储能电容的一端，该电容另一端接地；第二连接端B0通过所述放电电阻连接单刀单掷开关的输出端B；第三连接端B1为采样补偿电路的输入端。
4.根据权利要求3所述的外置突发自动光功率控制电路，其特征在于，所述微控制器的D/A数模转换端为一个，用于输出激光器偏置电流控制信号，所述缓冲电路包括：一低通滤波电路和一同相比例放大电路，所述低通滤波电路的输入端连接单刀单掷开关的输出端B，所述同相比例放大电路包括：一运算放大器、第一分压电阻和第二分压电阻，所述运算放大器的正输入端连接低通滤波电路的输出端，其负输入端设有两个分路：第一分路电连接第一分压电阻的一端，该分压电阻另一端接地；第二分路电连接第二分压电阻的一端，该分压电阻另一端和所述单刀双掷开关的第三连接端B1电连接所述微控制器的A/D模数转换端。
5.根据权利要求3所述的外置突发自动光功率控制电路，其特征在于，所述微控制器的D/A数模转换端为两个，其中一个用于输出激光器偏置电流控制信号，另一个电连接所述单刀双掷开关的第三连接端B1；所述缓冲电路包括：一低通滤波电路和一运算放大器，所述低通滤波电路的输入端连接单刀单掷开关的输出端B，其输出端连接所述运算放大器的正输入端；运算放大器的负输入端与输出端相互连接。
6.根据权利要求4或5所述的外置突发自动光功率控制电路，其特征在于，所述低通滤波电路为一阶低通滤波电路，包括：第一滤波电阻和第一滤波电容，所述运算放大器的正输入端连接所述第一滤波电容的一端并通过第一滤波电阻连接所述单刀单掷开关的输出端B，所述第一滤波电容的另一端接地。
7.根据权利要求4或5所述的外置突发自动光功率控制电路，其特征在于，所述低通滤波电路为二阶低通滤波电路，包括：第一滤波电阻、第一滤波电容、第二滤波电阻、第二滤波电容，所述运算放大器的正输入端连接所述第二滤波电容的一端并通过所述第一滤波电阻和第二滤波电阻串联后电连接所述单刀单掷开关的输出端B，第一滤波电容的一端连接于第一滤波电阻和第二滤波电阻之间，所述第一滤波电容和第二滤波电容的另一端分别接地。
8.根据权利要求4或5所述的外置突发自动光功率控制电路，其特征在于，所述低通滤波电路为二阶低通滤波电路，包括：第一滤波电阻、第一滤波电容、第二滤波电阻、第二滤波电容，所述运算放大器的正输入端连接所述第二滤波电容的一端并通过所述第一滤波电阻和第二滤波电阻串联后电连接所述单刀单掷开关的输出端B，所述第二滤波电容的另一端接地；第一滤波电容的一端连接于第一滤波电阻和第二滤波电阻之间，另一端连接所述运算放大器的输出端。
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