CN102340350B - 一种ddmi光模块发端电路及其光功率监控方法 - Google Patents

一种ddmi光模块发端电路及其光功率监控方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种DDMI光模块发端电路，该DDMI光模块发端电路包括激光器驱动电路、微处理器、激光器和光敏二极管；所述微处理器通过激光器驱动电路驱动激光器发光；所述光敏二极管感应激光器发出的光，并转换成电信号；所述微处理器通过光敏二极管的电信号来获得光功率。本发明的DDMI光模块发端电路，通过算法和微处理系统实现工业温度范围内的监控精度补偿，可用于光模块在商业档和工业档全温范围内保证精度，并且监控精度可实现+/-1dB，能够满足宽范围的发端电路光功率监控(-6dBm～-10dBm)，且电路简单，易于实现。

Description

一种DDMI光模块发端电路及其光功率监控方法
技术领域
本发明涉及一种光电通讯技术，特别涉及一种DDMI光模块发端电路及其光功率监控方法。 
背景技术
现有技术的光模块发端监控电路，该监控电路包括激光器组件、激光器驱动器、采样电阻和单片机。电路正常工作时，激光器组件内设置的激光二极管发光，背向光电二极管产生背向电流，该电流回路中由于串接了采样电阻，只要通过单片机采集到采样电阻两端的共模电压，利用其两端的电压差值除以采样电阻就能得到背向光电流的大小。通过光功率校准写入一个系数就可以得到某一光功率对应某一固定的光电流，只要知道光电流值也就可得出光功率大小，由此达到监控目的。但是单片机采集到采样电阻两端的电压会随温度等各种因素而变化，两端的电压不稳定，这样采集的精度就会降低，不能满足光模块发端监控电路在商业档和工业档全温范围内保证精度的要求。 
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种提高监控精度的DDMI光模块发端电路及其光功率监控方法。 
本发明的提供了一种DDMI光模块发端电路，包括激光器驱动电路、微处理器、激光器和光敏二极管；所述微处理器通过激光器驱动电路驱动激光器发光；所述光敏二极管感应激光器发出的光，并转换成电信号；所述微处理器通过光敏二极管的电信号来获得光功率。 
根据本发明的实施例，所述激光驱动电路包括镜像电流源，用于转换光敏二极管的电信号；所述微处理器通过镜像电流源转换信号来获取光功率。 
根据本发明的实施例，上述DDMI光模块发端电路中，所述光敏二极管的电信号为电流信号。 
根据本发明的实施例，上述DDMI光模块发端电路中，所述微处理器通过数模转换后的信号驱动激光器。 
根据本发明的实施例，上述DDMI光模块发端电路中，所述镜像电流源通过模数转换后输入到微处理器。 
根据本发明的实施例，上述DDMI光模块发端电路中，所述激光器为二极管激光器。 
根据本发明的实施例，上述DDMI光模块发端电路中，在所述微处理器和激光驱动电路之间串连有第一电阻，用于控制二极管激光器输出功率调试范围。 
根据本发明的实施例，上述DDMI光模块发端电路中，所述镜像电流源通过第二电阻接地，用于控制激光驱动电路对二极管激光器输出功率的监控精度和功率监控范围。 
根据本发明的实施例，上述DDMI光模块发端电路中，所述镜像电流源转换比为1∶K。 
本发明还提供了一种DDMI光模块发端电路，包括激光驱动器、激光驱动器内部的镜像电流源、微处理器、二极管激光器和光敏二极管；其中微处理器包括数模转换端口和模数转换端口；所述微处理器的数模转换端口连接激光驱动器，激光驱动器的负极端通过第四电阻连接二极管激光器的负极端，激光驱动器与二极管激光器的负极端还连接有电感，激光驱动器的正极端通过第三电阻连接二极管激光器的正极端和电源，第四电阻、第三电阻和电感为激光驱动器高速信号的匹配网络，用于优化激光器输出信号特性，光敏二极管的负极端与电源连接，光敏二极管的正极端与镜像电流源连接，镜像电流源与微处理器的 模数转换端口连接。 
根据本发明的实施例，上述DDMI光模块发端电路中，所述微处理器数模转换端口通过第一电路连接激光驱动器；所述微处理器输出第一电流；第一电阻接收第一电流，并将该第一电流传送至激光器驱动电路。 
根据本发明的实施例，上述DDMI光模块发端电路中，所述激光驱动器接收第一电流，并将该第一电流传送至二极管激光器。 
根据本发明的实施例，上述DDMI光模块发端电路中，所述光敏二极管感应二极管激光器所发的光并产生第二电流。
据本发明的实施例，上述DDMI光模块发端电路中，所述第二电流被镜像电流源接收后输出，流经第二电阻后被转化为电压信号，该电压信号被输送至微处理器的模数转换端口。 
根据本发明的实施例，上述DDMI光模块发端电路中，所述微处理器为单片机。 
根据本发明的实施例，上述DDMI光模块发端电路中，所述镜像电流源的转换比为1∶1。 
根据本发明的实施例，上述DDMI光模块发端电路中，所述模数转换端口的模数转换为12位二进制数。 
根据本发明的实施例，上述DDMI光模块发端电路中，所述模数转换端口和数模转换端口满幅电压均为2.5V。 
根据本发明的实施例，上述DDMI光模块发端电路中，所述微处理器通过镜像电流源输出信号来获取激光驱动器功率。 
本发明还提供了一种监控上述DDMI光模块发端电路的光功率监控方法，所述方法包括步骤： 
第一步，采集当前温度，在Gain值校准拟合曲线中选取当前温度对应的直线段，得到相应的斜率和截距，其中Gain为光敏二极管的光电转换比； 
第二步，根据MCU采样的ADC值，计算出当前的背光电流IMD，进一步计算出此时DDMI光模块发端的发光功率Power_DDMI。 
上述DDMI光模块发端的光功率监控方法中，所述第一步包括以下步骤： 
a，设定第一微处理器模数转换端口的数值ADC，计算出背光电流IMD； 
b，根据等式Gain＝Power/IMD，分别计算出0摄氏度、25摄氏度和70摄氏度时的Gain值Gain_0，Gain_25和Gain_70； 
c，以温度为横坐标，Gain值为纵坐标，通过(0，Gain_0)和(25，Gain_25)得到低温段拟合直线段，得到低温段拟合直线段的斜率和截距分别为slope_L和offset_L，通过(25，Gain_25)和(70，Gain_70)得到高温段拟合直线段，得到高温段拟合直线段的斜率和截距分别为slope_H和offset_H，两条直线段构成一条校准拟合曲线； 
d，将采集到的当前温度值带入该校准拟合曲线中，找出该温度段对应的直线段的斜率和截距。 
上述DDMI光模块发端电路的光功率监控方法中，所述步骤c中也可以以Gain值为横坐标，温度为纵坐标，通过(Gain_0，0)和(Gain_25，25)得到低温段拟合直线段，得到低温段拟合直线段的斜率和截距，通过(Gain_25，25)和(Gain_70，70)得到高温段拟合直线段，得到高温段拟合直线段的斜率和截距。 
根据本发明的实施例，上述DDMI光模块的光功率监控方法中，计算背光电流IMD的方法是： 
利用等式背光电流IMD＝ADC*V*K/R/2N求出IMD，其中模数转换(A/D) 端口和数模转换(D/A)端口满幅电压均为V，R为第二电阻的电阻值，模数转换为N位二进制数，镜像电流源的转换比为1∶K。 
根据本发明的实施例，上述DDMI光模块发端电路的光功率监控方法中，所述第二步中计算此时DDMI光模块发端的发光功率Power_DDMI的方法是： 
i：将光功率与背光电流的曲线函数拟合，分别得到高温段线性函数曲线y＝slope_H*x+offset_H，和低温段线性函数曲线y＝slope_L*x+offset_L，其中y代表光功率，x代表背光电流； 
ii：将计算得出的背光电流IMD代入此时温度对应的线性函数曲线，计算得出光功率。 
与现有技术相比，本发明的有益效果： 
1.本发明的DDMI光模块发端电路及其光功率监控方法，通过算法和微处理系统实现工业温度(-40度～85度)范围内的监控精度补偿，可以用于所有光模块在商业档和工业档全温范围内保证精度，并且监控精度可实现+/-1dB，保证了光功率检测的可靠性。 
2.本发明的DDMI光模块发端电路及其光功率监控方法能够满足宽范围的发端电路光功率监控(-6dBm～10dBm)。 
3.本发明的DDMI光模块发端电路简单，易于实现。 
附图说明：
图1为本发明的一种DDMI光模块发端电路的原理框图。 
图2为图1的更详细的原理框图。 
图中标记：1-微处理器，2-第一电阻，3-激光驱动电路，4-二极管激光器，5-光敏二极管，6-镜像电流源，7-第二电阻，8-激光驱动器，9-第三电阻，10-第四电阻，11-电感。 
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。 
参考图1所示的一种DDMI光模块发端电路，该电路包括微处理器1、第一电阻2、激光器驱动电路3、二极管激光器4、光敏二极管5、镜像电流源6、第二电阻7，其中微处理器1包括数模转换(D/A)端口和模数转换(A/D)端口。所述微处理器1的数模转换端口连接第一电阻2的一端，第一电阻2的另一端连接激光器驱动电路3，激光器驱动电路3还连接二极管激光器4的负极端，二极管激光器4的正极端与电源连接，光敏二极管5的负极端与电源连接，光敏二极管5的正极端与镜像电流源6连接，镜像电流源6与接地的第二电阻7连接，第二电阻7的接地端与微处理器1的模数转换端口连接。 
图2为图1所示的DDMI光模块发端电路更详细的结构图，该电路包括激光驱动器8、激光驱动器8内部的镜像电流源6、微处理器1、二极管激光器4和光敏二极管5；其中微处理器1包括数模转换端口和模数转换端口；所述微处理器1的数模转换端口通过第一电阻(R1)2连接激光驱动器8，用于控制二极管激光器输出功率调试范围，激光驱动器8的负极端通过第四电阻10连接二极管激光器4的负极端，激光驱动器8与二极管激光器4的负极端还连接有电感11，激光驱动器8的正极端通过第三电阻9连接二极管激光器4的正极端和电源，第四电阻10、第三电阻9和电感11为激光驱动器8高速信号的匹配网络，用于优化激光器输出信号特性，光敏二极管5的负极端与电源连接，光敏二极管5的正极端与镜像电流源6连接，镜像电流源6通过第二电阻(R2)7与微处理器1的模数转换端口连接，用于控制激光驱动器8对二极管激光器输出功率的监控 精度和功率监控范围。 
微处理器1通过数模转换端口输出第一电流；第一电阻2接收第一电流，并将该第一电流传送至激光驱动器8；激光驱动器8接收第一电流，并将该第一电流传送至二极管激光器4；光敏二极管5接收到二极管激光器4所发的光产生第二电流；第二电流被镜像电流源6接收后输出，流经第二电阻7后被转化为电压信号，然后该电压信号被输送至微处理器1的模数转换端口。 
本实施例中，镜像电流源6的转换比例为1∶1，则第二电阻7两端的电压信号为IMD/1*R，其中R为第二电阻7的电阻值，IMD为背光电流。 
在本实施例中，微处理器1的模数转换(A/D)端口和数模转换(D/A)端口满幅电压均为2.5V，且模数转换为12位二进制数，则 
R*IMD/1/2.5＝ADC/212＝ADC/4096 
得到背光电流IMD的计算公式为： 
IMD＝ADC*2.5*1/R/4096  (1) 
其中ADC为微处理器1模数转换端口的数值。 
设定微处理器1模数转换端口的数值，从式子(1)计算得到此时光模块的背光电流IMD。 
然后测出此时光模块的发光功率Power，利用式子Gain＝Power/IMD(2)分别计算出0摄氏度、25摄氏度和70摄氏度时光敏二极管的光电转换比Gain值Gain_0，Gain_25和Gain_70。 
光敏二极管的光电转换比随温度近似于线性变化，以温度为横坐标，Gain值为纵坐标，通过(0，Gain_0)和(25，Gain_25)得到低温段拟合直线段，得到低温段拟合直线段的斜率和截距分别为slope_L和offset_L，通过(25，Gain_25)和(70，Gain_70)得到高温段拟合直线段，得到高温段拟合直线段的 斜率和截距分别为slope_H和offset_H，两条直线段构成一条Gain值校准拟合曲线。 
将光功率与背光电流的曲线函数拟合，分别得到高温段线性函数曲线y＝slope_H*x+offset_H，和低温段线性函数曲线y＝slope_L*x+offset_L，其中y代表光功率，x代表背光电流。 
当DDMI光模块工作时，只需要采集当前温度，在Gain值校准拟合曲线中选取当前温度对应的直线段，得到相应的斜率和截距，其中Gain为光敏二极管的光电转换比；根据MCU采样的ADC值，通过式子(1)计算出当前的背光电流IMD，将计算得出的背光电流IMD代入此时温度对应的线性函数曲线，便可计算得到当前光功率的监控值。 
例如在15摄氏度时，微处理器1(MCU)采样得到ADC值，通过式子(1)计算出当前的背光电流IMD，将该IMD代入低温段线性函数曲线y＝slope_L*x+offset_L中，算出此时的光功率，即得到当前光功率的监控值。 

Claims (5)

1.一种DDMI光模块发端电路，其特征在于，包括激光驱动器、激光驱动器内部的镜像电流源、微处理器、二极管激光器和光敏二极管；其中微处理器包括数模转换端口和模数转换端口；
所述微处理器的数模转换端口通过第一电阻连接激光驱动器，用于控制二极管激光器输出功率调试范围，激光驱动器的负极端通过第四电阻连接二极管激光器的负极端，激光驱动器与二极管激光器的负极端还连接有电感，激光驱动器的正极端通过第三电阻连接二极管激光器的正极端和电源，第四电阻、第三电阻和电感为激光驱动器高速信号的匹配网络，用于优化激光器输出信号特性，光敏二极管的负极端与电源连接，光敏二极管的正极端与镜像电流源连接，镜像电流源通过第二电阻的一端与微处理器的模数转换端口连接，第二电阻的另一端接地，用于控制激光驱动器对二极管激光器输出功率的监控精度和功率监控范围；
微处理器通过数模转换端口输出第一电流；第一电阻接收第一电流，并将该第一电流传送至激光驱动器；激光驱动器接收第一电流，并将该第一电流传送至二极管激光器；光敏二极管接收到二极管激光器所发的光产生第二电流；第二电流被镜像电流源接收后输出，流经第二电阻后被转化为电压信号，然后该电压信号被输送至微处理器的模数转换端口；
所述DDMI光模块发端电路通过以下步骤对光功率进行监控：
第一步，采集当前温度，在Gain值校准拟合曲线中选取当前温度对应的直线段，得到相应的斜率和截距，其中Gain为光敏二极管的光电转换比；其包括：
a，设定微处理器模数转换端口的数值ADC，计算出背光电流IMD；所述背光电流IMD＝ADC*V*1/R/2N，其中模数转换(A/D)端口和数模转换(D/A)端口满幅电压均为V，R为第二电阻的电阻值，模数转换为N位二进制数，所述镜像电流源的转换比为1：1；
b，测出此时光模块的发光功率Power，根据Gain＝Power/IMD，分别计算出0摄氏度、25摄氏度和70摄氏度时的Gain值Gain_0，Gain_25和Gain_70；
c，以温度为横坐标，Gain值为纵坐标，通过(0，Gain_0)和(25，Gain_25)得到低温段拟合直线段，得到低温段拟合直线段的斜率和截距分别为slope_L和offset_L，通过(25，Gain_25)和(70，Gain_70)得到高温段拟合直线段，得到高温段拟合直线段的斜率和截距分别为slope_H和offset_H，将光功率与背光电流的曲线函数拟合，分别得到高温段线性函数曲线y＝slope_H*x+offset_H，和低温段线性函数曲线y＝slope_L*x+offset_L，其中y代表光功率，x代表背光电流，两条直线段构成一条校准拟合曲线；
d，将采集到的当前温度值带入该校准拟合曲线中，找出该温度段对应的直线段的斜率和截距；
第二步，根据微处理器采样的ADC值，计算出当前的背光电流，计算出此时DDMI光模块发端的发光功率Power_DDMI。
2.根据权利要求1所述的DDMI光模块发端电路，其特征在于，所述微处理器为单片机。
3.根据权利要求1所述的DDMI光模块发端电路，其特征在于，所述模数转换端口的模数转换为12位二进制数。
4.根据权利要求1所述的DDMI光模块发端电路，其特征在于，所述模数转换端口和数模转换端口满幅电压均为2.5V。
5.根据权利要求1至4之一所述的DDMI光模块发端电路，其特征在于，所述微处理器通过镜像电流源输出信号来获取激光驱动器功率。
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