CN106289516A - 一种光模块接收光功率检测的控制方法及其装置 - Google Patents

一种光模块接收光功率检测的控制方法及其装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光模块接收光功率检测的控制方法及其装置，该方法为：将光接收机内置光电二极管产生的光电流信号转换为对应的电压信号，并分两路输出；第一路电压信号输入同向电压滞回比较单元；第二路电压信号经过限流电阻输入单片机控制单元；参考电压提供单元向同向电压滞回比较单元的负向输入端输入电压信号，对该电压信号进行分压处理得到参考电压，将其与第一路电压信号进行比较，并将比较结果输出给光模块DC_LOS告警；单片机控制单元将第二路电压信号转换为数字信号输出用于接收光功率的显示上报。本发明实时监控光模块接收的光功率大小，拓宽光功率检测范围，可自动进行DC_LOS硬件告警阈值设置，有效的提高接收光功率检测的控制精度和稳定性。

Description

一种光模块接收光功率检测的控制方法及其装置
技术领域
本发明涉及通信领域的光传输设备，具体涉及一种光模块接收光功率检测的控制方法及其装置。
背景技术
在目前高速光通信传输领域中，高速光模块不仅需要有较强的传输容量和性能，还需要对接收到的光功率信号大小进行实时动态检测、显示以及LOS告警上报等。而光网络设备上任何一块板卡接收光功率的大小将会直接影响系统的正常运行，若板卡接收光功率过大，严重时会导致光接收机过载损坏光器件；若光功率过小，低于接收机的灵敏度，会导致板卡上信号的误码率劣化，严重时业务中断。
对于光模块接收光功率检测，现有技术是使用传统的光检测电路，采用电路级联来滤除干扰，放大信号，这种光检测电路需用成本较高的精密电阻，且设计复杂，电路体积大，可靠性差；而为达到较宽的光功率检测范围，采用切换开关对偏置电路进行切换，导致电路设计更为复杂，反应速度缓慢，无法实现动态自适应进行实时功率显示以及LOS告警上报。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有光模块接收光功率检测技术是采用电路级联来滤除干扰，放大信号，不仅设计复杂、电路体积大、可靠性差，而且为达到较宽的光功率检测范围，采用切换开关对偏置电路进行切换，导致电路设计更为复杂，反应速度缓慢，无法实现动态自适应进行实时功率显示以及LOS告警上报。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种光模块接收光功率检测的控制装置，包括光电检测单元、单片机控制单元、同向电压滞回比较单元以及参考电压提供单元；
光接收机内置光电二极管产生的光电流输入所述光电检测单元，转换为对应的电压信号，并分两路输出；
第一路电压信号由所述同向电压滞回比较单元的正向输入端输入，所述同向电压滞回比较单元的负向输入端输入参考电压提供单元输出的电压信号，所述同向电压滞回比较单元对该电压信号进行分压处理得到参考电压，并与第一路电压信号进行比较，将比较结果电压信号输出给光模块硬件DC_LOS告警；
第二路电压信号经过限流电阻输入单片机控制单元，单片机控制单元将第二路电压信号转换为数字信号，并由单片机控制单元的I/O端口输出，用于光模块接收光功率的显示上报。
在上述装置中，所述光电检测单元能将很宽的输入动态范围光电流信号转换压缩在很窄的电压范围内，光电力信号输入范围与光电二极管响应度典型范围0.001至0.1A/W和输入光功率典型范围为-30dbm至10dbm一致。
在上述装置中，所述同向电压滞回比较单元包括比较器、第一分压电阻和第二分压电阻；
所述比较器的输出端作为所述同向电压滞回比较单元输出端，与光模块硬件DC_LOS告警单元连接；
所述比较器的正向输入端作为所述同向电压滞回比较单元的正向输入端，与所述光电检测单元输出端口连接；
所述比较器的负向输入端接第一分压电阻和第二分压电阻一端，所述第一分压电阻另一端作为所述同向电压滞回比较单元的负向输入端接所述参考电压提供单元电压信号输出端；所述第二分压电阻另一端和所述比较器的输出端口连接。
在上述装置中，所述参考电压提供单元电压信号输出具体范围根据接收机可容忍的灵敏度大小进行设置。
在上述装置中，所述限流电阻的阻值为1kΩ；所述第一分压电阻的阻值为200Ω，所述第二分压电阻的阻值为10kΩ。
本发明还提供了一种光模块接收光功率检测的控制方法，包括以下步骤：
光电检测单元将光接收机内置光电二极管产生的光电流信号转换为对应的电压信号，并输出；
将光电检测单元输出的电压信号分为两路，第一路电压信号输入同向电压滞回比较单元；第二路电压信号经过限流电阻输入单片机控制单元；
参考电压提供单元向同向电压滞回比较单元的负向输入端输入电压信号，同向电压滞回比较单元对该电压信号进行分压处理得到参考电压，并将其与第一路电压信号进行比较，并将比较结果输出给光模块硬件DC_LOS告警使用；
单片机控制单元将第二路电压信号转换为数字信号输出，用于光模块接收光功率的显示上报。
在上述方法中，所述第一路电压信号和第二路电压信号的输出幅值相同。
在上述方法中，所述光电检测单元输出的第一路电压信号和第二路电压信号值的计算公式为：
V o u t 1 = V o u t 2 = 0.2 V * 100 100 + 5 * log 10 ( I M P D 100 p A ) + 2 V * 5 100 + 5 ;
其中，IMPD为光电二极管产生的光电流值。
在上述方法中，所述参考电压提供单元输出的电压信号正向过程阈值电压VTH1为：
V T H 1 = R 1 + R 2 R 2 * V R E F ;
所述参考电压提供单元输出的电压信号反向过程阈值电压VTH2为：
V T H 2 = R 1 + R 2 R 2 * V R E F - R 1 R 2 * 3.3 V ;
其中，R1和R2为设置的过程阈值电压的分压电阻；VREF为基准电压。
在上述方法中，在正向过程中，当第一路电压信号大于正向阈值电压VTH1时，同向电压滞回比较单元输出由0V低电平反转为输出3.3V高电平；
在反向过程中，当第一路电压信号小于反向阈值电压VTH2时，同向电压滞回比较单元输出由3.3V高电平反转为输出0V低电平
本发明能够实时监控光模块接收的光功率大小，可实现极宽检测范围和高精度，光功率检测范围可以拓宽到+10dbm至-30dbm，并根据不同厂家接收机可容忍的灵敏度大小差异自动进行DC_LOS硬件告警阈值的设置，有效的提高接收光功率检测的控制精度和稳定性，实现对动态输入光功率的在线精密控制和检测，满足光通信传输设备使用需求。
附图说明
图1为本发明提供的一种光模块接收光功率检测的控制装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明做出详细的说明。
如图1所示，本发明提供的一种光模块接收光功率检测的控制装置，包括光电检测单元IC1、单片机控制单元MCU、同向电压滞回比较单元以及参考电压提供单元IC2。
高速光模块的光接收机内置PD(光电二极管)产生的光电流从光电检测单元IC1的输入端口Vin输入，并转换为对应的电压信号由光电检测单元IC1的输出端口Vout输出，并分为两路，第一路电压信号Vout1由同向电压滞回比较单元的正向输入端in+进入，同向电压滞回比较单元的负向输入端输入参考电压提供单元IC2输出端口VR输出的电压信号，同向电压滞回比较单元对该电压信号进行分压处理得到参考电压Vref，将第一路电压信号Vout1与参考电压进行比较，进行输入光功率大小的判决，并将比较结果电压信号Vout3从同向电压滞回比较单元的输出端口输出给光模块硬件DC_LOS告警使用；第二路电压信号Vout2经过限流电阻R3输入单片机控制单元MCU，其内置的模数转换器将第二路电压信号Vout2转换为数字信号，由单片机控制单元MCU的I/O端口输出，用于板卡实时采集光模块接收光功率指示信号，并进行显示上报。
在本发明中，光电检测单元IC1为特定型号IC芯片，如ADL5X03，使用精密调整，具有极宽的动态范围和高精度输出，并可将很宽的输入动态范围光电流信号转换压缩在很窄的电压范围内，适用于光电二极管响应度典型范围0.001至0.1A/W，以及输入光功率典型范围为-30dbm至10dbm。
同向电压滞回比较单元包括比较器U1、第一分压电阻R4和第二分压电阻R5，比较器U1的输出端作为同向电压滞回比较单元输出端，接光模块硬件DC_LOS告警单元；比较器U1的正向输入端in+作为同向电压滞回比较单元的正向输入端，与光电检测单元IC1输出端口Vout连接；比较器U1的负向输入端in-接第一分压电阻R4和第二分压电阻R5一端，第一分压电阻R4另一端作为同向电压滞回比较单元的负向输入端接参考电压提供单元IC2电压信号输出端VR，第二分压电阻R5另一端和比较器U1的输出端口连接，参考电压提供单元IC2输出的电压信号经过第一分压电阻R4和第二分压电阻R5分压得到参考电压Vref，参考电压Vref由比较器U1负向输入端in-输入与第一路电压信号Vout1进行比较。
在本发明中参考电压提供单元IC2可灵活设置不同范围的电压信号输出，具体范围根据接收机可容忍的灵敏度大小进行设置。
在图1中，光电检测单元IC1外围电路中还包括第三分压电阻R1、第四分压电阻R2以及第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4；参考电压提供单元IC2外围的第五电容C5；同向电压滞回比较单元外围的第六电容C6；单片机控制单元MCU外围的第七电容C7，这些电阻和电容分别对输入、输出信号进行分压滤波，保证输入、输出信号的稳定性和可靠性，在此不再赘述。
在本发明中，第三分压电阻R1的阻值为1kΩ，第四分压电阻R2的阻值为100kΩ；限流电阻R3的阻值为1kΩ；第一分压电阻R4的阻值为200Ω，第二分压电阻R5的阻值为10kΩ；第一电容C1的容量为1nf，第三电容C3的容量为0.01uf，第二电容C2以及第四电容C4至第七电容C7的容量为0.1μF。
本发明提供的一种光模块接收光功率检测的控制方法，包括以下步骤：
光电检测单元IC1将光接收机内置监控光电二极管(PD)产生的光电流信号转换为对应的电压信号，并输出；
将光电检测单元IC1输出的电压信号分为两路，第一路电压信号Vout1输入同向电压滞回比较单元，作为输入光功率判决；第二路电压信号Vout2经过限流电阻R3输入单片机控制单元MCU；
参考电压提供单元IC2向同向电压滞回比较单元的负向输入端输入电压信号，同向电压滞回比较单元对该电压信号进行分压处理得到参考电压Vref，将第一路电压信号Vout1与参考电压进行比较，并将比较结果从同向电压滞回比较单元的输出端口输出给光模块硬件DC_LOS告警使用；
单片机控制单元MCU内置的模数转换器将第二路电压信号Vout2转换为数字信号，由单片机控制单元MCU的I/O端口输出，用于板卡实时采集光模块接收光功率指示信号，并进行显示上报。
在本发明中，第一路电压信号Vout1和第二路电压信号Vout2的输出幅值相同，光电检测单元IC1的第一路电压信号Vout1和第二路电压信号Vout2的值可以通过以下式计算：
V o u t 1 = V o u t 2 = 0.2 V * 100 100 + 5 * log 10 ( I M P D 100 p A ) + 2 V * 5 100 + 5 - - - ( 1 )
其中，IMPD为PD产生的光电流值。
参考电压提供单元IC2输出的电压信号正向过程阈值电压VTH1为：
V T H 1 = R 1 + R 2 R 2 * V R E F - - - ( 2 )
其中，R1和R2为设置的过程阈值电压的分压电阻，R1和R2阻值可根据实际应用进行设置，本发明中R1设为1kΩ；R2设为100kΩ；VREF为参考电压提供单元IC2输出的基准电压，一般为2V输出。
参考电压提供单元IC2输出的电压信号反向过程阈值电压VTH2为：
V T H 2 = R 1 + R 2 R 2 * V R E F - R 1 R 2 * 3.3 V - - - ( 3 )
在正向过程中，当第一路电压信号Vout1大于正向阈值电压VTH1时，同向电压滞回比较单元输出Vout3由0V低电平反转为输出3.3V高电平；在反向过程中，当第一路电压信号Vout1小于反向阈值电压VTH2时，同向电压滞回比较单元输出Vout3由3.3V高电平反转为输出0V低电平。
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)

1.一种光模块接收光功率检测的控制装置，其特征在于，包括光电检测单元、单片机控制单元、同向电压滞回比较单元以及参考电压提供单元；
光接收机内置光电二极管产生的光电流输入所述光电检测单元，转换为对应的电压信号，并分两路输出；
第一路电压信号由所述同向电压滞回比较单元的正向输入端输入，所述同向电压滞回比较单元的负向输入端输入参考电压提供单元输出的电压信号，所述同向电压滞回比较单元对该电压信号进行分压处理得到参考电压，并与第一路电压信号进行比较，将比较结果电压信号输出给光模块硬件DC_LOS告警；
第二路电压信号经过限流电阻输入单片机控制单元，单片机控制单元将第二路电压信号转换为数字信号，并由单片机控制单元的I/O端口输出，用于光模块接收光功率的显示上报。
2.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述光电检测单元能将很宽的输入动态范围光电流信号转换压缩在很窄的电压范围内，光电力信号输入范围与光电二极管响应度典型范围0.001至0.1A/W和输入光功率典型范围为-30dbm至10dbm一致。
3.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述同向电压滞回比较单元包括比较器、第一分压电阻和第二分压电阻；
所述比较器的输出端作为所述同向电压滞回比较单元输出端，与光模块硬件DC_LOS告警单元连接；
所述比较器的正向输入端作为所述同向电压滞回比较单元的正向输入端，与所述光电检测单元输出端口连接；
所述比较器的负向输入端接第一分压电阻和第二分压电阻一端，所述第一分压电阻另一端作为所述同向电压滞回比较单元的负向输入端接所述参考电压提供单元电压信号输出端；所述第二分压电阻另一端和所述比较器的输出端口连接。
4.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述参考电压提供单元电压信号输出具体范围根据接收机可容忍的灵敏度大小进行设置。
5.如权利要求3所述的控制装置，其特征在于，所述限流电阻的阻值为1kΩ；所述第一分压电阻的阻值为200Ω，所述第二分压电阻的阻值为10kΩ。
6.一种光模块接收光功率检测的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
光电检测单元将光接收机内置光电二极管产生的光电流信号转换为对应的电压信号，并输出；
将光电检测单元输出的电压信号分为两路，第一路电压信号输入同向电压滞回比较单元；第二路电压信号经过限流电阻输入单片机控制单元；
参考电压提供单元向同向电压滞回比较单元的负向输入端输入电压信号，同向电压滞回比较单元对该电压信号进行分压处理得到参考电压，并将其与第一路电压信号进行比较，并将比较结果输出给光模块硬件DC_LOS告警使用；
单片机控制单元将第二路电压信号转换为数字信号输出，用于光模块接收光功率的显示上报。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一路电压信号和第二路电压信号的输出幅值相同。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述光电检测单元输出的第一路电压信号和第二路电压信号值的计算公式为：
V o u t 1 = V o u t 2 = 0.2 V * 100 100 + 5 * log 10 ( I M P D 100 p A ) + 2 V * 5 100 + 5 ;
其中，IMPD为光电二极管产生的光电流值。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述参考电压提供单元输出的电压信号正向过程阈值电压VTH1为：
V T H 1 = R 1 + R 2 R 2 * V R E F ;
所述参考电压提供单元输出的电压信号反向过程阈值电压VTH2为：
V T H 2 = R 1 + R 2 R 2 * V R E F - R 1 R 2 * 3.3 V ;
其中，R1和R2为设置的过程阈值电压的分压电阻；VREF为基准电压。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，
在正向过程中，当第一路电压信号大于正向阈值电压VTH1时，同向电压滞回比较单元输出由0V低电平反转为输出3.3V高电平；
在反向过程中，当第一路电压信号小于反向阈值电压VTH2时，同向电压滞回比较单元输出由3.3V高电平反转为输出0V低电平。
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