CN110445541A - 向apd提供偏置电压的控制方法、装置及光模块 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种向APD提供偏置电压的控制方法、装置及光模块，所述方法包括：检测MCU内部电压；根据MCU内部电压判断MCU是否发生掉电；若MCU发生掉电，则升高MCU的DAC输出电平，以降低向APD提供的偏置电压。本申请提供的向APD提供偏置电压的控制方法通过在MCU掉电时，MCU控制DAC升高输出电平，使得向APD提供的偏置电压在掉电的起始时刻被拉到很低的一个电平值，使得后续的过冲峰值位于APD安全工作范围内，从而起到保护APD的作用，避免了过冲对APD的损坏；另外，本申请提供的方法只是利用软件进行过冲规避，没有增加额外的硬件器件，成本不高，简单易行。

Description

向APD提供偏置电压的控制方法、装置及光模块

技术领域

本申请涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种向APD提供偏置电压的控制方法、装置及光模块。

背景技术

光模块接收的部分是利用雪崩光电二极管(Avalanche Photon Diode，APD)检测到输入的光转化为电流来完成的，但APD的工作需要较高的偏置电压，并且温度会让APD的灵敏度发生改变，所以这个偏置电压需要跟随温度变化才能保证APD在各个温度下能够正常工作。

随着软件在光模块中的应用比重越来越大，提供给APD的偏置电压是由光模块内部的软件来控制的，根据不同的温度，控制DAC(Digital to analog converter，数模转换器)输出不同的低压电平给到高压电路，产生对应的偏置高压驱动APD在不同温度下正常工作，把接收到的光转化为电流信号。DAC控制APD偏置高压大多为反向控制，DAC输出电平越低，提供给APD的偏置电压越高；DAC输出电平越高，提供给APD的偏置电压越低。

但是，当光模块掉电的时候，某些时候MCU的DAC掉电较快，APD偏置电压掉电较慢，导致偏置电压突然过高，产生一个脉冲的尖峰，即过冲，有损坏雪崩光电二极管APD的风险。

发明内容

本申请提供了一种向APD提供偏置电压的控制方法、装置及光模块，以解决目前光模块掉电时，易产生过冲的问题，造成雪崩二极管APD损坏的问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

第一方面，本申请实施例公开了一种向APD提供偏置电压的控制方法，包括：

检测MCU内部电压；

根据所述MCU内部电压判断所述MCU是否发生掉电；

若所述MCU发生掉电，则升高MCU的DAC输出电平，以降低向APD提供的偏置电压。

第二方面，本申请实施例公开了一种向APD提供偏置电压的控制装置，包括：

存储器，用于存储程序代码；

处理器，用于读取所述存储器中存储的程序代码，并执行第一方面所述的方法。

第三方面，本申请实施例提供了一种光模块，包括MCU及与所述MCU电连接的APD，其中，

所述MCU包括第二方面所述的向APD提供偏置电压的控制装置与DAC，所述装置与所述DAC控制连接，所述DAC与所述APD电连接。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供的向APD提供偏置电压的控制方法包括：检测MCU内部电压，根据MCU内部电压判断MCU是否发生掉电，当检测到MCU掉电时，则升高MCU的DAC输出电平，以降低向APD提供的偏置电压。由于DAC反向控制提供给APD的偏置电压，当DAC输出电平升高时，提供给APD的偏置电压会瞬间被拉到很低的一个电平值，随着掉电的深入，DAC输出电平下降，APD的偏置电压由于掉电较慢还是会出现过冲，但这个过冲由于是在很低的一个电平值上产生的，因此过冲峰值没有超过APD正常工作的上限，从而起到保护APD的作用；另外，本申请提供的方法逻辑简单，只是利用软件进行过冲规避，没有增加额外的硬件器件，成本不高，简单易行。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为示例性的光模块的结构示意图；

图2为示例性的光模块分解结构示意图；

图3为示例性的MCU软件控制APD偏置电压的示意图；

图4为示例性的DAC反向控制APD偏置电压的示意图；

图5为示例性的掉电过冲的过程示意图；

图6为本申请实施例提供的一种向APD提供偏置电压的控制方法的流程图；

图7为本申请实施例提供的APD偏置电压掉电过冲抑制的示意图；

图8为未加入过冲抑制的实测APD偏置电压过冲的示意图；

图9为图8中A处放大图；

图10为加入过冲抑制的实测APD偏置电压过冲的示意图；

图11为图10中B处放大图；

图12为本申请实施例提供的一种光模块的框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

光纤通信的核心环节之一是光电信号的转换，光纤通信使用携带信息的光信号在光纤/光波导中传输，利用光在光纤中的无源传输特性可以实现低成本、低损耗的信息传输。而计算机等信息处理设备采用的是电信号，这就需要在信号传输过程中实现电信号与光信号的相互转换。

图1为本申请实施例提供的一种光模块结构示意图，图2为本申请实施例提供的光模块分解结构示意图。如图1、图2所示，本申请实施例提供的光模块200包括上壳体201、下壳体202、解锁手柄203、电路板300及光收发器件400。

上壳体201与下壳体202形成具有两个开口的包裹腔体，具体可以是在同一方向的两端开口(204、205)，也可以是在不同方向上的两处开口；其中一个开口为电口204，用于插入光网络单元等上位机中，另一个开口为光口205，用于外部光纤接入以连接内部光纤，电路板300、光收发器件400等光电器件位于包裹腔体中。

上壳体及下壳体一般采用金属材料，利于实现电磁屏蔽以及散热；采用上壳体、下壳体结合的装配方式，便于将电路板等器件安装到壳体中，一般不会将光模块的壳体做成一体结构，这样在装置电路板等器件时，定位部件、散热以及电磁屏蔽结构无法安装，也不利于生产自动化。

解锁手柄203位于包裹腔体/下壳体202的外壁，拉动解锁手柄的末端可以使解锁手柄在外壁表面相对移动；光模块插入上位机时由解锁手柄将光模块固定在上位机的笼子里，通过拉动解锁手柄以解除光模块与上位机的卡合关系，从而可以将光模块从上位机的笼子里抽出。

光收发器件400中包括光接收次模块，在光接收次模块中采用光电雪崩二极管APD作为光电转换器件，用于接收光信号、输出光电流。而为了APD能够工作正常，需要向APD提供较高的偏置电压，并且由于APD的灵敏度受温度影响较大，所以这个偏置电压又需要跟随温度变化为变化，所以通常需要软件介入，检测到温度然后控制输出不同的偏置电压给到APD。

通常采用与APD匹配的高压电路为APD提供偏置电压；由MCU控制高压电路，以调节高压电路向APD提供的偏置电压值。如图3所示，MCU是微控制器，软件运行其中，且MCU内部包含了很多功能模块，比如温度传感器和DAC，软件通过MCU的温度传感器就可以获取当前的温度，而不需要再加入额外的热敏电阻。DAC是MCU对外输出信号的一个端口，通过DAC实现对外设备的控制。

软件运行的载体MCU是低压器件，一般最高也就能输出3.3V、5V或2.4V的电平，而偏置电压大多在20几伏到30几伏变化，因此MCU通过DAC输出的低压作为控制电平，接到高压电路上，高压电路输出电压向APD提供偏置电压，只要保证控制电平和偏置电压之间成线性关系，就可以达到软件控制APD偏置电压的目的。根据不同的温度，控制DAC输出不同的低压电平给到高压电路，产生对应的偏置高压驱动APD在不同温度下正常工作，把接收到的光转化为电流信号。

DAC控制APD偏置高压有正向控制和反向控制两种应用，正向是指控制电压和偏置电压正相关，控制电压大则偏置电压大，控制电压小则偏置电压小，反向则相反。对于反向控制，DAC输出电平越低则偏置电压越高，DAC输出电平越高则偏置电压越低，如图4所示，横坐标是DAC输出的电平，纵坐标是向APD提供的偏置电压的电平，APD正常工作时的偏置电压在20V,30V左右，因此DAC的电平在0.3～0.7V左右变化，如方框框起的部分。

对于反向控制的方案，在掉电时，如图5所示，如果MCU掉电的速度快于后继的高压电路掉电的速度，即MCU的DAC输出电平出现突降，而这个突降会让后继的高压电路突然产生一个很高的电平，然后随着掉电的继续，DAC的输出及高压电路的输出都回归到零电平。这个高电平时间短，电平高，被称为过冲，并且是由于掉电产生的，所以叫掉电过冲，这个值超过一定阈值后会有损坏APD的风险。

为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种向APD提供偏置电压的控制方法，利用软件监控MCU的掉电瞬间，通过DAC的控制来抑制APD偏置电压掉电时刻的过冲，从而保护APD。

如图6所示，本申请实施例提供的向APD提供偏置电压的控制方法包括：

S100：检测MCU内部电压。

可通过MCU的供电电源引脚来检测MCU的供电电压，在通过MCU的供电引脚检测MCU的供电电压时，可以采用持续检测的方式，也可以采用按照预设的时间间隔检测，采样检测的方式，本申请对此不作限制。也可通过在MCU内置A/D转换器，通过A/D转换器采集MCU内部电压。

S200：根据MCU内部电压判断MCU是否发生掉电。

当MCU掉电时，MCU内部电压会出现变化，因此可通过软件实时检测MCU内部电压，获取不同时间段的MCU内部电压，可将检测到MCU内部电压与预设电压进行比较，判断检测到的MCU内部电压是否大于预设电压，若检测到的MCU内部电压大于预设电压，则继续检测MCU内部电压，继续判断MCU是否掉电；若检测到的MCU内部电压不大于(小于或等于)预设电压，则执行S300。

也可计算在一定时间内的MCU内部电压的压降值，判断压降值是否小于预设压降值，若压降值小于预设压降值，则继续执行S200；若压降值大于或等于预设压降值，则执行S300。

S300：若MCU发生掉电，则升高MCU的DAC输出电平，以降低向APD提供的偏置电压。

当检测到MCU掉电时，则升高MCU的DAC输出电平，由于DAC输出电平与向APD提供的偏置电压为反向控制关系，当DAC输出电平升高时，提供给APD的偏置电压瞬时被拉到一个很低的电平值。

如图7所示，MCU控制DAC输出电平瞬间升高后，基于反向控制原理，提供给APD的偏置电压在掉电的开始时刻首先瞬间被拉低到很低一个电平值，然后随着掉电的深入，DAC输出电平也会下降，APD由于掉电较慢还是会出现过冲，但这个过冲由于是在很低的一个电平值上产生的，所以过冲峰值不会超过APD正常工作的上限。随着掉电的继续，DAC输出电平逐渐下降至0，提供给APD的偏置电压达到峰值后也逐渐下降至0，在整个过程中没有出现超过APD工作范围的过冲，APD是安全的。

MCU控制DAC输出电平瞬间升高时，可控制DAC输出电平瞬间升高至最大电平也可控制DAC的输出电平升高至某一电平值。MCU正常工作时的DAC最大输出电平可以是MCU的供电电平或者MCU内部的参考电平(3.3V，5V或2.4V等，取决于MCU的设计)，但由于MCU当前已经开始掉电，所以DAC最大输出电平达不到这么大的值，但也大于正常控制APD偏置电压的电平(0.3～0.7V)。也就是说，DAC输出电平可为0.7V～3V。

为了验证本申请实施例提供的APD偏置电压掉电过冲的方法是否能够抑制偏置高压掉电时刻的过冲，可分别对加入掉电过冲抑制的光模块与没有加入掉电过冲抑制的光模块进行掉电试验，检测两者在掉电时APD偏置电压的电压值，并将其绘制为电压波形图。试验结果表明：没有加入掉电过冲抑制的光模块进行掉电试验时，APD偏置电压的电压波形如图8所示，当MCU发生掉电时，提供给APD的偏置电压在掉电开始时瞬间产生一个脉冲的尖峰(图9中圆形框框出的位置)，即过冲，随着掉电的继续，偏置电压逐渐下降。该过冲峰值达到37V，其远远超过APD偏置电压的上限30V，有烧坏APD的风险。

而加入掉电过冲抑制的光模块进行掉电实验时，APD偏置电压的电压波形如图10所示，当MCU发生掉电时，在检测到掉电的起始时刻，MCU控制DAC输出电平升高，使得向APD提供的偏置电压拉到一个很低的电平值，随着掉电的伸入，APD由于掉电较慢其偏置电压产生一个脉冲的尖峰，即过冲，如图11所示。但这个过冲由于是在很低的一个电平值上产生的，所以峰值没有超过APD正常工作的上限。

由上述掉电试验可知，比起现有方案中没有对掉电采用过冲抑制，在光模块中加入偏置电压过冲抑制的软件逻辑后，可以有效抑制MCU掉电时刻提供给APD偏置高压的过冲，使得过冲值位于APD正常工作范围内，保证了APD的安全。

本申请实施例提供的向APD提供偏置电压的控制方法的核心并不是消除过冲，而是在检测到MCU掉电的起始时刻，通过掉电过冲控制软件立马把提供给APD的偏置电压拉到一个很低的电平值，随着掉电的深入，APD由于掉电较慢会出现过冲，但这个过冲由于是在很低的一个电平值上产生的，因此其峰值没有超过APD正常工作上限。本申请提供的方法通过软件规避光模块掉电导致APD偏置电压过冲，比起已知方案没有加入这种规避，避免了产生过冲带来的风险，并且本申请只是利用软件进行规避，没有增加额外的硬件器件，成本不高，简单易行。

对应于上述向APD提供偏置电压的控制方法，本申请实施例还提供了一种向APD提供偏置电压的控制装置，所述向APD提供偏置电压的控制装置，其结构可以包括：处理器与存储器，存储器用于存储程序代码，即掉电时过冲抑制的软件代码；处理器用于读取存储器中存储的程序代码，并执行掉电时过冲抑制的软件代码，以避免偏置电压过冲给APD带来的风险。处理器读取到掉电时过冲抑制的软件代码后，其作用在MCU上，MCU根据软件代码执行上述实施例所述的向APD提供偏置电压的控制方法，以降低向APD提供的偏置电压。

当存储器中的执行指令由处理器执行时，使得向APD提供偏置电压的控制装置能够执行：当检测到MCU掉电时，MCU控制DAC的输出电平瞬间升高，使得向APD提供的偏置电压在掉电的开始时刻瞬间被拉到很低的一个电平值，随着掉电的深入，DAC输出电平下降，APD由于掉电较慢会出现过冲，由于这个过冲是在很低的一个电平值上产生的，所以峰值没有超过APD正常工作的上限，APD是安全的。

基于上述向APD提供偏置电压的控制装置，本申请实施例还提供了一种光模块，如图12所示，该光模块包括MCU及与MCU电连接的APD，MCU包括向APD提供偏置电压的控制装置与DAC，其中，所述装置控制DAC的输出电平瞬间升高，DAC与APD电连接，反向控制APD的偏置电压，通过DAC的控制来抑制偏置电压掉电时刻的过冲。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (10)

1.一种向APD提供偏置电压的控制方法，其特征在于，包括：

检测MCU内部电压；

根据所述MCU内部电压判断所述MCU是否发生掉电；

若所述MCU发生掉电，则升高MCU的DAC输出电平，以降低向APD提供的偏置电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述MCU内部电压判断所述MCU是否发生掉电，包括：

判断所述MCU内部电压是否大于预设电压；

若所述MCU内部电压不大于所述预设电压，则判定所述MCU发生掉电。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述MCU内部电压判断所述MCU是否发生掉电，包括：

计算在一定时间内的MCU内部电压的压降值；

判断所述压降值是否小于预设压降值；

若所述压降值不小于所述预设压降值，则判定所述MCU发生掉电。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，升高MCU的DAC输出电平，以降低向APD提供的偏置电压，包括：

当所述MCU发生掉电时，所述MCU控制DAC的输出电平升高；

所述DAC的输出电平反向控制提供给APD的偏置电压，以拉低所述偏置电压的过冲峰值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述MCU控制DAC的输出电平升高，包括：

所述MCU控制DAC输出最大电平。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述DAC输出的最大电平小于所述MCU的供电电平、大于控制所述偏置电压的控制电平。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述DAC输出的最大电平为0.7V～3V。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述DAC的输出电平反向控制提供给APD的偏置电压，以拉低所述偏置电压的过冲峰值，包括：

升高后的DAC输出电平控制提供给APD的偏置电压降低；

所述DAC输出电平逐渐下降，控制提供给APD的偏置电压反向上升出现过冲峰值；

所述过冲峰值位于所述APD的安全工作范围内。

9.一种向APD提供偏置电压的控制装置，其特征在于，包括：

存储器，用于存储程序代码；

处理器，用于读取所述存储器中存储的程序代码，并执行如权利要求1-8任一项所述的方法。

10.一种光模块，其特征在于，包括MCU及与所述MCU电连接的APD，其中，

所述MCU包括如权利要求9所述的向APD提供偏置电压的控制装置与DAC，所述装置与所述DAC控制连接，所述DAC与所述APD电连接。