CN106330296A

CN106330296A - 一种光模块参数校准、补偿和自修正的方法

Info

Publication number: CN106330296A
Application number: CN201610774054.2A
Authority: CN
Inventors: 马晓贤; 吴照明; 周佳贤; 俞文忠
Original assignee: Wuxi Electronics & Instruments Industry Co Ltd
Current assignee: Wuxi Electronics & Instruments Industry Co Ltd
Priority date: 2016-08-31
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2017-01-11

Abstract

本发明涉及光纤通信技术领域，具体公开了一种光模块参数校准、补偿和自修正的方法，包括：（1）参数校准，在不同温度下读取光模块的各监测参数的读取值，并采集对应的实际值，得到校准公式，通过校准公式对各监测参数校准；（2）参数补偿，以常温下的模块输出作参考值，调节光模块寄存器的参数设置，使实际模块输出与参考值相近，并拟合成补偿算式；（3）参数自修正，比较校准后的各参数的输出值与理想值，若存在较大偏差，则根据偏差方向微调参数，修正输出效果，并调整步骤（2）中补偿算式的参数值。本发明减少了人员参与的工作量，提高了光模块各参数指标的准确性和可靠性。

Description

一种光模块参数校准、补偿和自修正的方法

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，具体是一种光模块参数校准、补偿和自修正的方法。

背景技术

目前，应用于各类网络中的光模块的种类越来越多，速率也越来越快，在不断增长的网络需求下，对光模块本身的要求也越来越高，光模块的产品不断向标准化、小型化、智能化发展。随着光模块产品需求量的增大和各项指标要求的提高，对光模块的各项参数指标的准确性和可靠性提出了很高的要求。

为了实现对光模块的监控诊断，一些光模块的主芯片内部会包含校准、补偿寄存器，但也有一些并不包括这些寄存器，而包含校准、补偿寄存器也并不代表可以实现内部自诊断，一方面，需要人为干预进行校准、补偿实验，再手动输入相关参数信息，操作非常不便；另一方面，包含内部自诊断的芯片一般都会需要更多的电路来实现，会有封装大，管脚多，成本高等问题。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术的问题，从而提供了一种光模块参数校准、补偿和自修正的方法，该方法减少了人为参与的工作量，降低了对光模块主芯片的要求，提高了光模块工作的准确性和可靠性。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种光模块参数校准、补偿和自修正的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：（1）参数校准，在不同温度下读取光模块的各监测参数的值，获得各监测参数的读取值，并采集对应的各监测参数的实际值，所述各监测参数包括温度、电压、发射光功率，接收光功率，偏置电流，确定同一监测参数的实际值与读取值的对应关系，得到校准公式，通过校准公式对各监测参数校准；（2）参数补偿，以常温下的模块输出作参考值，所述模块输出包括发射光功率、接收光功率、消光比、交叉点，在不同的温度下，调节光模块寄存器的参数设置，使实际模块输出与参考值相近，记录各点温度时模块输出，并拟合成补偿算式；（3）参数自修正，当光模块处于工作状态时，比较校准后的同一参数的输出值与理想值，若存在较大偏差，则根据偏差方向微调参数，修正输出效果，并调整步骤（2）中补偿算式的参数值。

进一步的，所述步骤（1）的参数校准内容具体细分为以下步骤：1）在不同温度下读取光模块的各监测参数的值，称为读取值，所述各监测参数是取决于光模块的通信协议，包括温度、电压、偏置电流、发射光功率、接收光功率；2）在不同温度下读取各监测参数的读取值时，相应的在同一温度下采集同一监测参数的实际值；3）确定同一监测参数的实际值与读取值的对应关系，定义校准公式为线性关系，即y=ax+b，其中y为实际值，x为读取值，根据不同温度下的同一监测参数的采样结果，通过最小二乘法确定参数a，b的值； 4）将步骤3）中得到的参数a，b存入控制器flash中，当需要采集相关监测参数时，则调用该值对该监测参数进行校准。

进一步的，所述步骤（2）的参数补偿内容具体细分为以下步骤：1）常温状态下，配置光模块寄存器参数，使眼图保持最佳状态，并记录当时模块的寄存器参数值、发射光功率、接收光功率、消光比、交叉点的值作为参考值；2）调整光模块工作温度从低温状态（-30℃~-10℃）升高至高温状态（60℃~80℃），在其间取多个采样点的模块输出的实际值，在每个温度状况下调整寄存器参数值，使得模块输出的实际值与步骤1）中记录的参考值接近相同，眼图状态保持良好，再次记录各寄存器参数值；3）拟合补偿公式，根据不同的光模块的特征，拟合补偿曲线的类型分为线性与分段线性两类，根据采集到的各个温度点的数据，对相应参数进行拟合，拟合公式为y=a₁(T_x-T₀)+b₁，其中y为补偿后的寄存器值，T_x为当前温度，T₀为常温状态温度，通过最小二乘法确定参数a₁，b₁的值；4）根据步骤3）中得到的各个温度情况下的补偿值，都将被记录在控制器的flash中，当温度发生变化时，将自动调用，进行寄存器参数补偿。

进一步的，所述步骤（3）参数自修正内容具体细分为以下步骤：1）已完成校准和补偿的光模块上电后，再次读取接收光功率、发射光功率、消光比、交叉点的值，若同一监测参数的读取值与理想值存在较大的偏差，则进行以下四个步骤的修正，否则跳过以下四个步骤；2）读取当前光模块工作的温度，修改当前工作温度下所对应的各寄存器参数值，使得步骤1）中各监测参数的读取值接近理想值；3）线性的修改各温度情况下的参数补偿值，设步骤2）中的变化量为b^’，则补偿公式修改为y=a₁(T_x-T₀)+b₁+b^’；4）当光模块在其它温度下的各参数的读取值与理想值存在较大的偏差，则继续修改，修改方法同步骤3）。

进一步的，所述各监测参数的读取通过光模块内设置的模块电路来实现，所述模块电路包括控制器、主芯片、电流采样电阻、电源模块、APD高压偏置电路、慢启动电源滤波电路，其中控制器通过IIC1接口与上位机进行通信，通过IIC2接口与主芯片通信，通过ADC接口与电流采样电阻连接；所述主芯片包括TD 、RD、BIAS三个监测口，并通过三个监测口与电流采样电阻连接。

进一步的，在所述参数补偿过程中，补偿曲线按照光模块本身的特性分为线性和分段线性两类，当在不同温度下，若补偿值变化幅度相近，则采用整体线性补偿；若变化幅度区别较大，则采用分段线性补偿，分段依据是变化幅度，变化幅度相近的相邻温度区间合并为一类，总体补偿函数呈折线，分断不超过四段。

进一步的，在参数自修正过程中，若修正无法调节所有光模块参数至可接受范围内，则会放弃修正，并产生报警信号。

本发明的有益效果：本发明在参数校准、补偿和自修正的实现过程中，所有拟合及自修正的操作均由控制器软件自动实现，需要人员操作的有温度、电压等外部实际数值的写入以及补偿操作时的寄存器参数调整，该方法的人员参与工作量减小，降低人员工作成本和出错概率，能够针对不同光模块可能出现的输出效果偏差进行修正，提高对不同光模块的适应性，提高了光模块各项参数的准确性和可靠性。

附图说明

图1，本发明光模块参数校准和补偿的流程框图；

图2，本发明光模块参数自修正流程框图；

图3，本发明读取各监测参数的一种模块电路的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图以及优选的方案对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

结合附图1-2来说明本发明实现流程步骤，具体说明的是一种光模块参数校准、补偿和自修正的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：（1）参数校准，在不同温度下读取光模块的各监测参数的值，获得各监测参数的读取值，并采集对应的各监测参数的实际值，所述各监测参数包括温度、电压、发射光功率，接收光功率，偏置电流，确定同一监测参数的实际值与读取值的对应关系，得到校准公式，通过校准公式对各监测参数校准；（2）参数补偿，以常温下的模块输出作参考值，所述模块输出包括、发射光功率、接收光功率、消光比、交叉点，在不同的温度下，调节光模块寄存器的参数设置，使实际模块输出与参考值相近，记录各点温度时模块输出，并拟合成补偿算式；（3）参数自修正，当光模块处于工作状态时，比较校准后的同一监测参数的输出值与理想值，若存在较大偏差，则根据偏差方向微调参数，修正输出效果，并调整步骤（2）中补偿算式的参数值。

如附图3所示，是本发明读取各监测参数的一种模块电路的结构框图，所述各监测参数的读取通过光模块内设置的模块电路来实现，所述模块电路包括控制器、主芯片、电流采样电阻、电源模块、APD高压偏置电路、慢启动电源滤波电路，其中控制器通过IIC1接口与上位机进行通信，通过IIC2接口与主芯片通信，通过ADC 接口与电流采样电阻连接；所述主芯片包括TD 、RD、BIAS三个监测口，并通过这三个监测口与电流采样电阻连接。

实施例：本实施例结合优选的方案来具体说明。本实施例中的光模块以10G PON为例，光模块参数校准、补偿和自修正的具体实现方法如以下步骤：步骤1，启动光模块，烧写控制器程序并完成初始化配置，确认上位机与控制器通信正常；步骤2，获得各监测参数的读取值，通过主芯片内的寄存器读取温度、电压、发射光功率、接收光功率、偏置电流，具体操作由单片机程序在上电初始化后自动完成，并存入实时变量中，定时上传至上位机；步骤3，获取各监测参数的实际值，温度值通过高低温测试箱的仪表读出，并由操作员写入上位机，电压值为电源模块（稳压源）的值，固定为3.3V，发射、接收光功率通过电流采样电阻上的电压换算得到，采样电阻的电压值通过控制器的ADC 接口采样读取，偏置电流直接读取主芯片的BIAS配置寄存器值计算得到；步骤4，拟合校准公式，根据步骤2及步骤3得到的读取值和实际值进行参数校准和校准公式拟合，根据不同温度下得到的各参数值，带入校准线性公式y=ax+b，其中y为实际值，x为读取值，利用最小二乘法确定a,b的值，得到校准表；以10G PON温度校准为例，在各个温度节点下，如实际值为25.0℃、45.0℃、65.0℃，读取值为56.4℃、72.7℃、88.5℃，计算得到温度较准公式为y=1.24x-44.9；步骤5，将校准值与实际值进行比对，当不同温度下的差距均在阈值范围内时，完成校准，否则返回步骤4，其中读取值设定为前一次的校准值，再次进行校准，若校准达到一定次数仍不符合要求，或仅有个别温度情况下不符合要求，则采取分段线性校准，校准公式为y=a_ix+b_i，将校准温度范围分为若干段，每段有不同的斜率和偏移量；例如，有些光模块器件的线性度并不好，在步骤4例举的温度节点下的读取值为55.2℃、76.2℃、84.3℃，则认为其不能用单一的线性公式来校准，需要分段校准，在25℃~45℃范围内较准公式为y=0.95x-27.6，在45℃~65℃范围内较准公式为y=2.47x-143.2；步骤6，记录常温下各参数，在常温状态下记录校准好的各项参数；步骤7，调整各采样点的参数，将温度控制在-15℃、5℃、25℃、45℃、65℃数个采样点上，并在不同的采样点调整寄存器参数配置，使模块输出接近常温时的状态，并记录下调整后的寄存器参数值；步骤8，根据不同温度下参数值的变动拟合补偿公式，根据不同温度下寄存器配置值的变化趋势，选择线性拟合或分段线性拟合，拟合公式为y=a₁(T_x-T₀)+b₁，其中y为补偿后的各寄存器值，T_x为当前温度，T₀为常温状态温度，通过最小二乘法确定参数a₁，b₁的值，根据补偿公式计算得到各温度点的配置值，得到补偿表，并存入控制器flash中，当温度发生变化时，将自动调用，进行寄存器参数补偿。以MOD寄存器为例，常温下其最佳值为221，常温温度为25，在上述各采样点的最佳值分别为210、216、221、227、234，则线性拟合之后的补偿公式为y=0.3125(T_x-25)+221；分段线性操作与步骤5中所述类似；步骤9，光模块上电后，完成初始化、校准、补偿等操作，由于校准表和补偿表均已完成，模块上电后将自动进行校准补偿，无需人为干预，判断模块输出状态是否在可接受的范围内，由于各个光模块器件本身固有参数存在偏差，因此不同的设备在同样的寄存器配置状态下可能出现输出不良的情况，因此，需要在不同温度下，监测模块的输出状态，包括消光比、光功率、交叉点等，当存在较大差距时，认为模块需要进行修正，否则跳过以下步骤；步骤10，调整各参数，根据不同输出参数的偏差状况，调节相应寄存器参数的配置值，使输出状态满足生产实际需求，当前温度调整完成后，对所有温度下的预存配置参数进行线性平移操作，即补偿公式修正为y=a₁(T_x-T₀)+b₁+b^’，b^’为上述调整变化量，并重新存储在flash中；以MOD寄存器为例，当器件变化时，最佳状态的参数值可能会有5-10左右的浮动，则补偿公式可以修正为y=0.3125(T_x-25)+221+5；步骤11，当光模块工作于不同温度情况时重复步骤9，若同一模块出错次数多于某一阈值，则放弃修正并报警。

以上校准、补偿、自修正过程以10G PON光模块的结构为例，同时本发明的方法还可应用于不同速率或封装的光模块器件。本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

本发明在整个方法实现过程中，所有拟合及自修正操作均由控制器软件自动实现，需要人员操作的有温度，电压等外部实际数值的写入、补偿操作时的寄存器参数调整。本发明的人员参与工作量减小，降低人员工作成本和出错概率，能够针对不同光模块可能出现的输出效果偏差进行修正，提高对不同光模块的适应性，提高了光模块各项参数的准确性和可靠性。

Claims

1.一种光模块参数校准、补偿和自修正的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）参数校准，在不同温度下读取光模块的各监测参数的值，获得各监测参数的读取值，并采集对应的各监测参数的实际值，所述各监测参数包括温度、电压、发射光功率，接收光功率，偏置电流，确定同一监测参数的实际值与读取值的对应关系，得到校准公式，通过校准公式对各监测参数校准；

（2）参数补偿，以常温下的模块输出作参考值，所述模块输出包括发射光功率、接收光功率、消光比、交叉点，在不同的温度下，调节光模块寄存器的参数设置，使实际模块输出与参考值相近，记录各点温度时模块输出，并拟合成补偿算式；

（3）参数自修正，当光模块处于工作状态时，比较校准后的同一参数的输出值与理想值，若存在较大偏差，则根据偏差方向微调参数，修正输出效果，并调整步骤（2）中补偿算式的参数值。

2.根据权利要求1所述的光模块参数校准、补偿和自修正的方法，其特征在于，所述步骤（1）的参数校准内容具体细分为以下步骤：

1）在不同温度下读取光模块的各监测参数的值，称为读取值，所述各监测参数是取决于光模块的通信协议，包括温度、电压、偏置电流、发射光功率、接收光功率；

2）在不同温度下读取各监测参数的读取值时，相应的在同一温度下采集同一监测参数的实际值；

3）确定同一监测参数的实际值与读取值的对应关系，定义校准公式为线性关系，即y=ax+b，其中y为实际值，x为读取值，根据不同温度下的同一监测参数的采样结果，通过最小二乘法确定参数a，b的值；

4）将步骤3）中得到的参数a，b存入控制器flash中，当需要采集相关监测参数时，则调用该值对该监测参数进行校准。

3.根据权利要求1所述的光模块参数校准、补偿和自修正的方法，其特征在于，所述步骤（2）的参数补偿内容具体细分为以下步骤：

1）常温状态下，配置光模块寄存器参数，使眼图保持最佳状态，并记录当时模块的寄存器参数值、发射光功率、接收光功率、消光比、交叉点的值作为参考值；

2）调整光模块工作温度从低温状态（-30℃~-10℃）升高至高温状态（60℃~80℃），在其间取多个采样点的模块输出的实际值，在每个温度状况下调整寄存器参数值，使得模块输出的实际值与步骤1）中记录的参考值接近相同，眼图状态保持良好，再次记录各寄存器参数值；

3）拟合补偿公式，根据不同的光模块的特征，拟合补偿曲线的类型分为线性与分段线性两类，根据采集到的各个温度点的数据，对相应参数进行拟合，拟合公式为y=a₁(T_x-T₀)+b₁，其中y为补偿后的寄存器值，T_x为当前温度，T₀为常温状态温度，通过最小二乘法确定参数a₁，b₁的值；

4）根据步骤3）中得到的各个温度情况下的补偿值，都将被记录在控制器的flash中，当温度发生变化时，将自动调用，进行寄存器参数补偿。

4.根据权利要求1所述的光模块参数校准、补偿和自修正的方法，其特征在于，所述步骤（3）参数自修正内容具体细分为以下步骤：

1）已完成校准和补偿的光模块上电后，再次读取接收光功率、发射光功率、消光比、交叉点的值，若同一监测参数的读取值与理想值存在较大的偏差，则进行以下四个步骤的修正，否则跳过以下四个步骤；

2）读取当前光模块工作的温度，修改当前工作温度下所对应的各寄存器参数值，使得步骤1）中各监测参数的读取值接近理想值；

3）线性的修改各温度情况下的参数补偿值，设步骤2）中的变化量为b’，则补偿公式修改为y=a₁(T_x-T₀)+b₁+b’；

4）当光模块在其它温度下的各参数的读取值与理想值存在较大的偏差，则继续修改，修改方法同步骤3）。

5.根据权利要求1所述的光模块参数校准、补偿和自修正的方法，其特征在于，所述步骤（1）的参数校准中的各监测参数的读取通过光模块内设置的模块电路来实现，所述模块电路包括控制器、主芯片、电流采样电阻、电源模块、APD高压偏置电路、慢启动电源滤波电路，其中控制器通过IIC1接口与上位机进行通信，通过IIC2接口与主芯片通信，通过ADC 接口与电流采样电阻连接；所述主芯片包括TD 、RD、BIAS三个监测口，并通过三个监测口与电流采样电阻连接。

6.根据权利要求1所述的光模块参数校准、补偿和自修正的方法，其特征在于，在所述步骤（2）的参数补偿中，拟合补偿公式的曲线按照光模块本身的特性分为线性和分段线性两类，当在不同温度下，若补偿值变化幅度相近，则采用整体线性补偿；若变化幅度区别较大，则采用分段线性补偿，分段依据是变化幅度，变化幅度相近的相邻温度区间合并为一类，总体补偿函数呈折线，分断不超过四段。

7.根据权利要求1所述的光模块参数校准、补偿和自修正的方法，其特征在于，在所述步骤（3）的参数自修正中，若修正无法调节所有光模块参数至可接受范围内，则放弃修正，并产生报警信号。