CN110572216A - 一种光模块apc控制的软件实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光模块APC控制的软件实现方法，包括MPD电流监控模块、电流电压转化模块、光模块内的MCU模块、PID算法模块、激光器驱动芯片模块、激光器输出模块。本发明中，APC采用光模块MCU软件实现的方案不需要驱动器芯片具有APC控制功能，有利于光模块的方案选型；对驱动器芯片有APC功能但APC控制效果不理想的情况，本发明是一个有益的备用功能，同时本发明不需要在光模块电路板上搭建APC闭环反馈电路，节省了元器件并且有利于光模块的电路板设计，而且APC控制参数可以通过软件调节，不需要调整电路来兼容不同特性的激光器组件，提高了光模块电路设计对光器件的兼容性。

Description

一种光模块APC控制的软件实现方法
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光模块APC控制的软件实现方法。
背景技术
用于光通信的光模一般具有自动光功率控制(APC)功能，用于在不同工作环境下让平均输出光功率保持不变，目前APC有采用开环控制和闭环控制两种方式，开环控制通过建立温度查找表设置激光器偏置电流来让激光器在不同温度下输出功率保持一致，这种方法由于没有监控激光器实际输出光功率大小，效果不佳目前已很少采用，闭环控制通过MPD(监控光电二极管)检测激光器实际光输出的大小，并通过反馈网络来设置激光器的偏置电流，恒定光输出功率。
现有的光模块APC闭环功率控制功能实现方案由模块硬件实现，难以调节反馈回路响应速度和避免超调趋势。APC超调会导致光模块输出平均光功率震荡，由激光器驱动器芯片实现APC功能的方案，由于APC是通过芯片内部集成电路实现，APC调节特性无法改变；且含APC功能的驱动器芯片结构更复杂，价格不具备优势。采用芯片实现APC功能的光模块方案必须选用带有APC功能的芯片，限制了光模块的驱动器芯片选型，由APC电路实现的方案，需要根据激光器的性能参数，反馈电路选择合适的电阻电容进行匹配，不利于兼容不同型号的光发射组件，APC电路的实现增加了光模块的成本，降低了可靠性，同时增加了光模块电路板布板的难度。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决APC电路实现的方案，需要根据激光器的性能参数，反馈电路选择合适的电阻电容进行匹配，不利于兼容不同型号的光发射组件的问题，而提出的一种光模块APC控制的软件实现方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种光模块APC控制的软件实现方法，包括MPD电流监控模块、电流电压转化模块、光模块内的MCU模块、PID算法模块、激光器驱动芯片模块、激光器输出模块，MPD电流监控模块用于检测激光器输出模块实际光输出的大小并输出电流，电流电压转化模块将MPD电流监控模块输出的电流信号转化为电压信号，光模块MCU模块将电压信号转化为数字信号并作为PID算法模块的输入信号，PID算法模块将数字信号计算反馈输出，激光器驱动芯片模块：根据PID算法模块的输出值对激光器的偏置电流进行控制。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述光模块内的MCU模块的控制程序采用PID算法模块作为闭环自动控制。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述PID算法模块的算法公式为：
作为上述技术方案的进一步描述：
所述光模块内的MCU模块采集MPD电流监控模块的输入量为固定的时间周期采集，采用的离散公式为：
作为上述技术方案的进一步描述：
所述光模块内的MCU模块的主程序中设有定时器。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述PID算法模块根据设置的目标MPD监控值和当前检测到的MPD监控值对比，计算当前误差，根据PID算法模块的算法公式计算当前计算当前控制调整量，判断前次控制量是否到达控制输出范围极限，记录当前误差，计算当前控制量并将其输出。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明中，APC采用光模块MCU软件实现的方案不需要驱动器芯片具有APC控制功能，有利于光模块的方案选型；对驱动器芯片有APC功能但APC控制效果不理想的情况，本发明是一个有益的备用功能，同时本发明不需要在光模块电路板上搭建APC闭环反馈电路，节省了元器件并且有利于光模块的电路板设计，而且APC控制参数可以通过软件调节，不需要调整电路来兼容不同特性的激光器组件，提高了光模块电路设计对光器件的兼容性。
附图说明
图1为本发明提出的一种光模块APC控制的软件实现方法的光模块APC功能的的反馈回路结构示意图；
图2为本发明提出的一种光模块APC控制的软件实现方法的P I D控制算法计算反馈输出的程序流程图；
图3为本发明提出的一种光模块APC控制的软件实现方法的光模块MCU主程序流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1-3，一种光模块APC控制的软件实现方法，包括MPD电流监控模块、电流电压转化模块、光模块内的MCU模块、PID算法模块、激光器驱动芯片模块、激光器输出模块，MPD电流监控模块用于检测激光器输出模块实际光输出的大小并输出电流，MPD电流监控模块输出的电流随激光器发射功率增加而增加，电流电压转化模块将MPD电流监控模块输出的电流信号转化为电压信号，光模块MCU模块将电压信号转化为数字信号并作为PID算法模块的输入信号，PID算法模块将数字信号计算反馈输出，反馈输出值通过光模块内的MCU模块的I2c总线发送给激光器驱动芯片模块，激光器驱动芯片模块根据PID算法模块的输出值对激光器的偏置电流进行控制，从而实现了对激光器的发射光功率的控制。
实施例2
请参阅图2，所述光模块内的MCU模块的控制程序采用PID算法模块作为闭环自动控制，PID算法模块的算法公式为：其中KP为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数；e(t)为误差；u(t)为控制调整量，PID算法模块根据设置的目标MPD监控值和当前检测到的MPD监控值对比，计算误差，误差包括当前误差、差分误差以及累积误差，根据PID算法模块的算法公式计算当前计算当前控制调整量，判断前次控制量是否到达控制输出范围极限，在前次控制量到达控制输出范围极限时，累积误差清零，记录当前误差，计算当前控制量并将其输出，在PID控制中，当有较大幅度的扰动或大幅度改变给定值时，由于此时有较大的偏差，以及系统有惯性和滞后，故在积分项的作用下，往往会产生较大的超调量和长时间的波动，为此采用积分分离措施，即偏差较大时，取消积分作用，只进行PD控制，当偏差较小时才将积分作用投入。
实施例3
请参阅图3，光模块内的MCU模块采集MPD电流监控模块的输入量为固定的时间周期采集，采用的离散公式为：光模块内的MCU模块的主程序中设有定时器，固定时间间隔后会执行电压信号与数字信号的转换，PID算法模块的计算，以及将计算出的控制量发送给激光器驱动器芯片模块5，实现恒定光功率输出，PID的调节参数Kp,Ki,Kd可以通过MCU软件配置，上位机可以通过光模块的I2c接口配置MCU的I2c寄存器值，来调节PID参数，上位机配置的Kp,Ki,Kd参数可以保存在MCU的Flash存储器中。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种光模块APC控制的软件实现方法，其特征在于，包括MPD电流监控模块、电流电压转化模块、光模块内的MCU模块、PID算法模块、激光器驱动芯片模块、激光器输出模块；
MPD电流监控模块：用于检测激光器输出模块实际光输出的大小并输出电流；
电流电压转化模块：将MPD电流监控模块输出的电流信号转化为电压信号；
光模块MCU模块：将电压信号转化为数字信号并作为PID算法模块的输入信号；
PID算法模块：将数字信号计算反馈输出；
激光器驱动芯片模块：根据PID算法模块的输出值对激光器的偏置电流进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种光模块APC控制的软件实现方法，其特征在于，所述光模块内的MCU模块的控制程序采用PID算法模块作为闭环自动控制。
3.根据权利要求1所述的一种光模块APC控制的软件实现方法，其特征在于，所述PID算法模块的算法公式为：
4.根据权利要求1所述的一种光模块APC控制的软件实现方法，其特征在于，所述光模块内的MCU模块采集MPD电流监控模块的输入量为固定的时间周期采集，采用的离散公式为：
5.根据权利要求1所述的一种光模块APC控制的软件实现方法，其特征在于，所述光模块内的MCU模块的主程序中设有定时器。
6.根据权利要求1所述的一种光模块APC控制的软件实现方法，其特征在于，所述PID算法模块根据设置的目标MPD监控值和当前检测到的MPD监控值对比，计算当前误差，根据PID算法模块的算法公式计算当前计算当前控制调整量，判断前次控制量是否到达控制输出范围极限，记录当前误差，计算当前控制量并将其输出。
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