CN105572804A - 一种plc型可调光衰减器及其改善温度相关性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光电技术领域。公开一种PLC型可调光衰减器，包括PLC芯片、设置于PLC芯片输入端向所述PLC芯片提供驱动电流的V/I转换单元、及设置于V/I转换单元输入端的热敏电阻网络，该热敏电阻网络在低温、常温、高温下的等效电阻与相应温度下实现预定衰减所对应的驱动电压与所需驱动电流转换实际所需电阻的阻值之差均在设定误差范围内。该PLC型可调光衰减器成本更低，其改善温度相关性的方法也更简单，使得生产效率更高。

Description

一种PLC型可调光衰减器及其改善温度相关性的方法
技术领域
本发明涉及光电技术领域，尤其涉及PLC型可调光衰减器。
背景技术
如图1所示，PLC型可调光衰减器主要由PLC芯片构成，该芯片采用介质或半导体工艺，如光刻、腐蚀、显影等技术制作，在介质或半导体基板上形成光波导，PLC型可调光衰减器通过V/I转换器对该芯片加以驱动电流来加热改变其中一波导的折射率，从而改变该束光的光程，继而改变该束光的相位实现衰减。该类型光衰减器具有集成度高、性能稳定且对波长不敏感等优点，因而得到越来越广泛的应用。
PLC型可调光衰减器在实际应用中需满足系统对其温度相关性的要求。一般至少要满足其TDL(temperaturedependentloss)在一定范围内的要求，即高温与常温的衰减差异、低温与常温的衰减差异两者的最大值在一定范围内，两者之和也在一定范围内，以本发明所采用系统为例，其要求TDL＜±4db，即高温与常温的衰减差异、低温与常温的衰减差异两者的最大值＜±4db，两者之和＜±8db。而有的系统还会有其他特定要求，如一定驱动电压在不同温度下对应的衰减在一定范围之内，同样以本发明所采用系统为例，其要求1V驱动电压对应14～24db衰减。根据用户系统使用环境及需求的不同，上述要求会有细微差异，但都大同小异。
但PLC芯片的温度相关性较差，在同样的驱动电流下，高低温衰减差异非常大，仅通过V/I转换器将驱动电压转换为驱动电流来控制光衰减无法达到上述要求。同样以实验系统所采用PLC芯片为例，下表为图2所示PLC芯片衰减曲线所对应的数据，结合图2及该表可知，采用图1所示结构的PLC型可调光衰减器在其工作温度范围内，1V驱动电压所对应的衰减可能会超出允许的范围，而高温与常温的衰减差异、低温与常温的衰减差异两者之和最大达到11db，远超出系统要求的8db，因此无法满足上述要求。
为了解决上述问题，在开环应用中，可以通过软件对温度进行标定来改善其温度相关性，其硬件系统如图3所示。软件通常的做法是测试出PLC芯片在低温、常温及高温下的三条衰减曲线，根据采集到的温度来对三条衰减曲线进行线性插值，得到某个温度下实现同一衰减值所需要的驱动电压，再由主板给出这个驱动电压来进行驱动，这样可以实现在不同温度下，给出不同的驱动电压来实现相同的衰减，从而使得TDL接近零，由此满足系统对PLC型可调光衰减器TDL在一定范围内的要求。但这样做需要比较复杂的软件及相关硬件系统的支持，经过低温、常温、高温的标定过程，占用时间长、生产效率低，同时硬件成本也相对较高，且采用上述软件标定的方法所解决的只是PLC型可调光衰减器TDL在一定范围内的问题，对于系统的其他特定要求仍然难以满足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可以更简单、低成本改善温度相关性的PLC型可调光衰减器。
为解决该问题，本发明提供一种PLC型可调光衰减器，该光衰减器包括PLC芯片、设置于PLC芯片输入端向所述PLC芯片提供驱动电流的V/I转换单元、及设置于V/I转换单元输入端的热敏电阻网络，所述热敏电阻网络在低温、常温、高温下的等效电阻与相应温度下实现V/I转换实际所需电阻的阻值之差均在设定误差范围内，所述V/I转换为PLC芯片实现预定衰减所对应的驱动电压与所需驱动电流的转换。
进一步地，所述预定衰减为该PLC型可调光衰减器预定衰减范围的中间值。
进一步地，所述预定衰减为该PLC型可调光衰减器在低温、常温、高温下的TDL最大值。
进一步地，所述低温、高温分别为该PLC型可调光衰减器工作温度范围的最低、最高值。
本发明同时提供一种改善PLC型可调光衰减器温度相关性的方法，该方法包括：
测试PLC芯片在低温、常温、高温下产生预定衰减时分别所需的驱动电流；
计算低温、常温、高温下，将实现预定衰减所对应的驱动电压转换为所述驱动电流分别实际所需的电阻值；
调整热敏电阻网络的架构及其各电阻阻值，使热敏电阻网络在低温、常温、高温下的等效电阻与相应温度下实现驱动电压与所需驱动电流转换实际所需的电阻值之差均在设定误差范围内。
进一步地，所述预定衰减为该PLC型可调光衰减器预定衰减范围的中间值。
进一步地，所述预定衰减为该PLC型可调光衰减器在低温、常温、高温下的TDL最大值。
进一步地，该方法还包括：调整所述热敏电阻网络架构及其各电阻阻值，使热敏电阻网络在低温、常温、高温下的等效电阻与相应温度下实现驱动电压与所需驱动电流转换实际所需的电阻值之差减小。
进一步地，所述低温、高温分别为该PLC型可调光衰减器工作温度范围的最低、最高值。
本发明通过在PLC型可调光衰减器中设置热敏电阻网络，并调整热敏电阻网络，使其在低温、常温、高温下的等效电阻，与相应温度下实现驱动电压与所需驱动电流转换实际所需的电阻尽可能相等，而使热敏电阻网络起到温度补偿的作用，最终达到在不同温度时，相同驱动电压下，能够获得不同的驱动电流，实现尽可能相同衰减的目的，从而满足系统对PLC型可调光衰减器温度相关性的要求。该PLC型可调光衰减器成本更低，其改善温度相关性的方法也更简单，生产效率更高；同时，由于在调整热敏电阻网络的过程中引入了一定驱动电压对应一定衰减范围这一条件，因此该PLC型可调光衰减器不仅能满足TDL在一定范围内这一通用要求，还能满足一定驱动电压在不同温度下对应的衰减在一定范围之内的特定要求。
附图说明
图1为现有PLC型可调光衰减器的原理框图；
图2为PLC芯片的衰减曲线；
图3为现有通过软件改善温度相关性的PLC型可调光衰减器的原理框图；
图4为本发明PLC型可调光衰减器的原理框图；
图5为本发明PLC型可调光衰减器与PLC芯片衰减曲线对比图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例，对本发明进行详细说明。
如图4所示，本发明的PLC型可调光衰减器，包括PLC芯片、V/I转换单元及热敏电阻网络。热敏电阻网络是由热敏电阻及普通电阻所构成的串并联结构，其等效电阻随温度的变化而变化。热敏电阻网络接收系统的驱动电压信号，输出可随温度变化的电压信号至V/I转换单元，V/I转换单元将该电压信号转换为可随温度变化的电流信号，该电流信号作为PLC芯片的驱动电流控制光衰减。
按照系统要求，PLC型可调光衰减器在不同温度下接收相同驱动电压所产生衰减的差异应尽可能小，从而使得TDL尽可能小。
PLC芯片在不同温度下产生相同衰减所需的驱动电流不同，本发明正是利用热敏电阻网络等效电阻随温度变化的特性，通过热敏电阻网络进行温度补偿，从而使相同驱动电压经该网络及V/I转换后可获得因温度不同而不同的驱动电流，调整热敏电阻网络使不同温度下的驱动电流实现相同衰减，即可达到改善PLC型可调光衰减器温度相关性的目的。因此，热敏电阻网络的等效电阻随温度变化的曲线，应当尽可能与驱动电压转换为所需驱动电流实际所需电阻随温度变化的曲线一致。
调整热敏电阻网络，即对其网络架构及其各电阻阻值进行调整，即改变热敏电阻及其他各普通电阻的串并联结构及阻值，以期获得符合上述条件的等效电阻。
由于热敏电阻网络的等效电阻随温度呈单调递增或单调递减的变化，因此选取PLC型可调光衰减器工作温度范围内低温、常温、高温三个温度下实际所需的电阻，与对热敏电阻网络等效电阻进行对比，进而对热敏电阻网络进行调整即可，只要保证这三个温度下热敏电阻网络等效电阻与实际所需电阻一致，即可保证两电阻随温度变化的曲线趋于一致。这样既降低了调整计算的复杂度，又可以节省调整时间。其中，低温与高温分别为该PLC型可调光衰减器工作温度范围的最低与最高值，这样可以保证PLC型可调光衰减器在其全温范围内的TDL值均符合系统要求。否则，在所选低温、高温之外的温度下，PLC型可调光衰减器的TDL值可能会超出系统要求。
热敏电阻网络在低温、常温、高温下的等效电阻，应当与相应温度下实现驱动电压与所需驱动电流转换实际所需的电阻尽可能相等。两者偏差越小，产品的TDL越小，但相应地，热敏电阻网络的复杂度越高，调整计算的过程也越复杂；为了满足实际生产的需求，无法要求等效电阻与实际所需电阻完全相等。因此，等效电阻与实际所需电阻的偏差只要在设定误差范围内即可，该范围一般为实际所需电阻值的±5％，实验证明，在该设定误差范围内，既可以保证热敏电阻网络的架构较为简单易调整，又能够实现系统对TDL的要求。
综上，本发明PLC型可调光衰减器改善温度相关性的方法包括以下步骤：
测试PLC芯片在低温、常温、高温下产生预定衰减时分别所需的驱动电流,；
计算低温、常温、高温下，将实现预定衰减所对应的驱动电压转换为所述驱动电流分别实际所需的电阻值；
调整热敏电阻网络的架构及其各电阻阻值，使热敏电阻网络在低温、常温、高温下的等效电阻与相应温度下实现驱动电压与所需驱动电流转换实际所需的电阻值之差均在设定误差范围内。
其中，当系统同时要求PLC型可调光衰减器的TDL在一定范围内，且一定驱动电压在不同温度下对应的衰减在一定范围内时，上述预定衰减为系统所要求衰减范围内的某个值，而预定衰减所对应的驱动电压即系统所要求产生该范围内衰减所对应的驱动电压；当系统仅要求PLC型可调光衰减器的TDL在一定范围内时，上述预定衰减为低温、常温、高温下TDL最大值，而预定衰减所对应的驱动电压为该TDL最大值所对应的驱动电压，此时，可通过测试PLC芯片在低温、常温、高温三个温度下的U-ATT曲线即电压与衰减关系曲线，获取TDL最大值及其所对应的驱动电压。
下面以工作温度范围为-5至70℃的PLC型可调光衰减器，需满足TDL＜±4db、1V驱动电压对应14～24db衰减的要求为例，对本发明的方法进行详细说明。
首先，测试PLC芯片在低温、常温、高温三个温度下的I-ATT曲线即电流与衰减关系曲线，记录实现预定衰减时三个温度分别对应的三个电流值。低温、高温分别选取该PLC型可调光衰减器工作温度范围的最低值-5℃及最高值70℃，常温为25℃；预定衰减为预定衰减范围14～24db中的某一值，本实施例选取的预定衰减值为该预定范围的中间值19db；其中，低温与常温的温差是30℃，常温与高温的温差是45℃，PLC芯片的温度系数是0.15db/℃，如果PLC芯片的衰减特性是衰减值与电流值成线性关系的话，预定衰减最理想的取值是19-0.15×(45-30)/2﹦17.875db，取19db会稍稍偏上，但由于PLC芯片并非线性的，在大衰减时斜率会下降，因此预定衰减取中间值19db会给上下留有余量，实验证明选取中间值能够得到较为理想的结果。
接着，计算出相同的驱动电压实现不同驱动电流所需的放大倍数，即计算将相同的驱动电压1V，转换为上述三个不同电流实际所需的电阻值。
最后，通过调整热敏电阻网络，实现在不同的温度下能够获得产生该预定衰减所需的驱动电流。即调整热敏电阻网络架构及其各电阻的阻值，使热敏电阻网络在低温、常温、高温下的等效电阻，与相应温度下实现驱动电压与所需驱动电流转换实际所需的电阻尽可能相等，通常要求其偏差在设定误差范围内，设定误差范围如前所述为实际所需电阻值的±5％。本实施例热敏电阻网络架构如图5所示，根据该架构得到其等效电阻的计算式，调整其中各电阻的值，使该等效电阻满足上述条件，即可最终确定各电阻值。其中，热敏电阻的选取需根据所测得的驱动电流来决定，若相同衰减在低温下所需的驱动电流小于高温下所需的驱动电流，则需选取正温度系数的热敏电阻，否则需选取负温度系数的热敏电阻。
下表为本实施例的PLC型可调光衰减器衰减曲线所对应的数据，结合图5与该表可知，通过上述方法，该光衰减器的温度相关性得到明显改善，改善后相同驱动电压下的高低温衰减差异明显小于改善前相同驱动电压下的高低温衰减差异，其高低温衰减差异的最大值＜4db、高低温衰减差异之和＜8db，TDL满足系统要求。
为了得到更小的TDL，获得更好的温度相关性，可以进一步调整热敏电阻网络架构，在该网络中串并联更多电阻并计算各电阻阻值，使热敏电阻网络在低温、常温、高温下的等效电阻与相应温度下实现驱动电压与驱动电流转换实际所需的电阻值之差进一步缩小。
通过在PLC型可调光衰减器中设置热敏电阻网络，并调整热敏电阻网络，使其在低温、常温、高温下的等效电阻，与相应温度下实现驱动电压与所需驱动电流转换实际所需的电阻尽可能相等，而使热敏电阻网络起到温度补偿的作用，最终达到在不同温度时，相同驱动电压下，能够获得不同的驱动电流，实现尽可能相同的衰减的目的，从而满足系统对PLC型可调光衰减器温度相关性的要求。

Claims (9)

1.一种PLC型可调光衰减器，包括PLC芯片、设置于PLC芯片输入端向所述PLC芯片提供驱动电流的V/I转换单元，其特征在于：该PLC型可调光衰减器还包括设置于V/I转换单元输入端的热敏电阻网络，所述热敏电阻网络在低温、常温、高温下的等效电阻与相应温度下实现V/I转换实际所需电阻的阻值之差均在设定误差范围内，所述V/I转换为PLC芯片实现预定衰减所对应的驱动电压与所需驱动电流的转换。
2.根据权利要求1所述的PLC型可调光衰减器，其特征在于：所述预定衰减为该PLC型可调光衰减器预定衰减范围的中间值。
3.根据权利要求1所述的PLC型可调光衰减器，其特征在于：所述预定衰减为该PLC型可调光衰减器在低温、常温、高温下的TDL最大值。
4.根据权利要求1或2或3所述的PLC型可调光衰减器，其特征在于：所述低温、高温分别为该PLC型可调光衰减器工作温度范围的最低、最高值。
5.一种改善PLC型可调光衰减器温度相关性的方法，该方法包括：
测试PLC芯片在低温、常温、高温下产生预定衰减时分别所需的驱动电流；
计算低温、常温、高温下，将实现预定衰减所对应的驱动电压转换为所述驱动电流分别实际所需的电阻值；
调整热敏电阻网络的架构及其各电阻阻值，使热敏电阻网络在低温、常温、高温下的等效电阻与相应温度下实现驱动电压与所需驱动电流转换实际所需的电阻值之差均在设定误差范围内。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述预定衰减为该PLC型可调光衰减器预定衰减范围的中间值。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述预定衰减为该PLC型可调光衰减器在低温、常温、高温下的TDL最大值。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
调整所述热敏电阻网络架构及其各电阻阻值，使热敏电阻网络在低温、常温、高温下的等效电阻与相应温度下实现驱动电压与所需驱动电流转换实际所需的电阻值之差减小。
9.根据权利要求5～8任一所述的方法，其特征在于：所述低温、高温分别为该PLC型可调光衰减器工作温度范围的最低、最高值。
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