CN111327368A - 一种实现光模块快速apc的控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种实现光模块快速APC的控制方法及装置，装置包括微控制器单元(MCU)、背光检测单元(PD)、激光器驱动单元(LDD)、激光器(LD)和温度采样单元，在微控制器单元(MCU)中设置软件APC控制单元；采用两段式APC调整，APC快速调整阶段中，当光模块在启动时，对当前光模块工作温度进行采样，并根据预先保存的各个温度所属要的Bias电流，提取当前温度下所需要的Bias电流，进行控制输出所需Bias电流，激光器产生接近目标光功率的激光；APC平滑调整阶段中，对当前发光光功率进行采样并作为反馈，比对反馈和目标值，计算出当前差值，若误差大于允许范围，则采用逐步逼近的方式对Bias电流进行增减，直至误差达到允许范围之内。装置实现简单，并能够有效的消除光过冲。

Description

一种实现光模块快速APC的控制方法及装置

技术领域

本发明涉及光纤通讯中光模块领域，特别涉及一种实现光模块快速APC的方法及装置。

背景技术

随着数据中心持续的建设以及5G时代的到来，国际国内市场对光模块的需求将会持续旺盛。特别是中国5G的建设，需要大量的光模块作为重要的基础通讯传输部件。光模块结合自身特点，有构造简单，功能独立，可插拔性，替换性，扩展性高，以及成本低等特点，已被大规模应用于光通信领域。

由于光模块一般采用激光器LD作为光源，而激光器的驱动电流和光功率与激光器的工作温度息息相关，及不同温度下激光器具有不同的斜效率。通常情况下，光模块需要在其工作温度范围内基本保持出光光功率恒定，而根据激光器这一特性，光模块中需要APC(自动光功率控制)来实现这一功能。

光模块中的APC(Auto Power Control,自动功率控制)部分，按结构可分为硬件APC和软件APC。硬件APC需要根据PD(光功率)的反馈，由硬件电路自动对激光器的偏流(Bias)进行调整，维持输出光功率稳定，从而实现APC功能。软件APC通常又可分为开环模式和闭环模式。开环模式中没有实时的出光光功率作为反馈，而是通过设定的温度补偿后的激光器偏流，来实现APC控制；闭环模式下，需要由MCU对当前光功率进行采样，作为反馈值，再由软件算法(PID,步进法)计算出当前激光器所需要的Bias值，由MCU控制激光器驱动电流来实现APC功能。

MSA(Multi Source Agreement,多源协议)中对光模块的发光时间以及光的大小有具体的要求，相应地凸显出现有技术有下面缺陷：

1.硬件APC响应快，不需要软件介入，但需要增加硬件电路或是使用带APC功能激光器驱动器，前期需针对不同的激光器调试其反馈和放大的参数，在TX DIS/LPMODE取消时，容易出现光过冲；

2.软件开环APC，由于没有反馈作为实时光功率的参考，在激光器老化后容易出现出光功率下降等问题；

3.软件闭环APC，由于需要MCU对光功率反馈进行采样，实时性差，响应慢，动态控制偏差大，在TX DIS/LPMODE取消时，采样周期长，APC调整时间长，易出光过冲。

因此，提出能够满足需求的新的光模块快速APC方案，是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种实现光模块快速APC的的控制方法及装置，

本发明提供的技术方案提供一种实现光模块快速APC的控制方法，所述光模块采用激光器LD作为光源，采用两段式APC调整，包括将控制过程分为两个阶段，第一阶段快速调整阶段，第二阶段为平滑调整阶段；

APC快速调整阶段中，当光模块在启动时，对当前光模块工作温度进行采样，并根据预先保存的各个温度所属要的Bias电流，提取出当前温度下所需要的Bias电流；对激光驱动单元进行控制，输出所需Bias电流；激光器在Bias电流的作用下，产生接近目标光功率的激光；APC平滑调整阶段中，对当前发光光功率进行采样并作为反馈，比对反馈和目标值，计算出当前差值，若误差大于允许范围，则采用逐步逼近的方式对Bias电流进行增减，直至误差达到允许范围之内。

而且，在光模块启动时和TXDIS/LPMODE De-Assert时采用两段式APC调整。

而且，保存不同温度点对应激光器Bias的数据信息，实现方式为将光模块对应工作温度取每2度一个间隔，记录对应的Bias值并保存。

本发明还提供一种实现光模块快速APC的控制装置，包括微控制器单元(MCU)、背光检测单元(PD)、激光器驱动单元(LDD)、激光器(LD)和温度采样单元，微控制器单元(MCU)分别连接背光检测单元(PD)、激光器驱动单元(LDD)和温度采样单元，激光器驱动单元(LDD)连接激光器(LD)，在微控制器单元(MCU)中设置软件APC控制单元；

软件APC控制单元采用两段式APC调整实现控制，包括将控制过程分为两个阶段，第一阶段快速调整阶段，第二阶段为平滑调整阶段；

APC快速调整阶段中，当光模块在启动时，对当前光模块工作温度进行采样，并根据预先保存的各个温度所属要的Bias电流，提取出当前温度下所需要的Bias电流；对激光驱动单元进行控制，输出所需Bias电流；激光器在Bias电流的作用下，产生接近目标光功率的激光；APC平滑调整阶段中，对当前发光光功率进行采样并作为反馈，比对反馈和目标值，计算出当前差值，若误差大于允许范围，则采用逐步逼近的方式对Bias电流进行增减，直至误差达到允许范围之内。

而且，在光模块启动时和TXDIS/LPMODE De-Assert时采用两段式APC调整。

而且，保存不同温度点对应激光器Bias的数据信息，实现方式为将光模块对应工作温度取每2度一个间隔，记录对应的Bias值并保存。

而且，对当前发光光功率进行采样的实现方式为，背光检测单元(PD)将实时发射光功率通过光电探测转换成电流信号，将电流信号转换成电压信号，然后微控制器单元(MCU)将所得电压信号转变成数字信号，得到对应的光功率值Txpower_Feedback。

本发明和现有技术相比区别和优点在于：

装置实现简单，不需要额外的硬件电路以及复杂的软件，可以实现在模块启动时和从无光模式(TXDIS/LPMODE)下恢复时的快速APC响应，并能够有效的消除光过冲。

附图说明

图1是本发明实施例的快速软件APC单元的工作流程示意图。

图2是本发明实施例的快速软件APC单元在光模块启动时(POR)的流程示意图

图3是本发明实施例的快速软件APC单元在光模块TX DIS/LPMODE De-Assert的流程示意图

图4是本发明实施例的快速软件APC单元中APC快速调整阶段的流程示意图。

图5是本发明实施例的快速软件APC单元中APC平滑调整阶段的流程示意图。

图6是本发明实施例的控制装置结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例详细说明本发明技术方案。

参见图6，本发明实施例提供一种实现光模块快速APC的控制装置，包括微控制器单元(MCU)，背光检测单元(PD)，激光器驱动单元(LDD)，激光器(LD)，温度采样单元和软件APC控制单元，微控制器单元(MCU)分别连接背光检测单元(PD)、激光器驱动单元(LDD)和温度采样单元，激光器驱动单元(LDD)连接激光器(LD)。

所述微控制器单元用于对背光检测单元的采样，对LDD的控制，以及软件APC控制单元的核心载体，可视为在微控制器单元(MCU)中设置软件APC控制单元；所述背光检测单元将实时发射光功率通过光电探测转换成电流信号，将电流信号转换成MCU可以采样的电压信号；所述激光器驱动单元，可由微处理器控制单元控制其输出偏流的大小；所述激光器用于将电信号转化成激光信号；所述软件APC控制单元根据当前温度和光功率反馈，计算出相应的偏置电流给所述激光器驱动单元，实现光模块的快速出光，且发射光功率符合设计和协议要求。

本技术领域相关术语如下：

TX DIS，指的是发射关断；

TX DIS Assert，指的是发射关断功能开启；

TX DIS de-assert，指的是发射关断功能关闭；

LPMODE，指的是Low Power Mode,低功耗模式；

LPMODE Assert，指的是低功耗模式开启；

LPMODE De-Assert，指的是低功耗模式关闭。

本发明实施例将软件APC控制单元的运行，即控制过程，分为两个阶段，第一阶段快速调整阶段，第二阶段为平滑调整阶段；

光模块启动时和TXDIS/LPMODE De-Assert时需要在协议要求范围的时间内实现模块发光稳定，即对APC调整时间有要求；而本发明采用两段式APC调整，在光模块启动时和TXDIS/LPMODE De-Assert时，光模块首先进入第一阶段APC快速调整阶段，然后再进入APC平滑调整阶段持续运行；

第一阶段APC快速调整阶段，当光模块在启动时，对当前光模块工作温度进行采样，并根据预先保存的各个温度所属要的Bias电流，提取出当前温度下所需要的Bias电流，通过MCU对激光驱动单元进行控制，输出所需Bias电流，激光器在Bias电流的作用下，可以产生离目标光功率非常接近的激光；

第二阶段APC平滑调整阶段，对当前发光光功率进行采样并作为反馈，APC控制单元比对反馈和目标值，计算出当前差值，若误差大于允许范围，则采用逐步逼近的方式对Bias电流进行增减，直至误差达到允许范围之内。

由于第一阶段APC快速调整阶段，出光已实现了目标出光光功率的要求，该阶段可以实现快速APC调整的目地，并且不会产生光过冲的现象，考虑到后期激光器老化，发射效率降低的因素，一半出光会低于目标值，此时需要第二阶段的APC调整，来缩小静态误差；第二阶段APC平滑调整阶段，采用限幅逐步逼近的方式，可以闭环修正出光功率的误差至允许的范围内，所以本发明可以实现光模块快速APC调整，解决一般APC调整时间长，容易出现光过冲的问题。

参见图1，为本发明的实施例提供的快速软件APC的流程示意图，如图所示，具体步骤如下：

当光模块上电启动(POR)时，微控制单元(MCU)完成了光模块初始化过程后，进入软件快速APC单元，此时会首先执行一次APC快速调整，而后进入APC平滑调整，之后会在光模块正常工作中会一直在APC平滑调整阶段，如图2所示，激光器输出的光(OpticalOutput)在APC快速调整阶段快速上升，而在进入APC平滑调整阶段后，激光器出光实现平滑调整，直至目标值；

一般光模块运行时，会有TX DIS/LPMODE控制的需求，当TX DIS/LPMODE Assert时，激光器驱动会将所有的出光压制，而在TX DIS/LPMODE De-Assert时，此刻同样需要快速软件APC单元对输出光功率进行控制，实现激光器快速出光。如图3，当TX DIS/LPMODEAssert时，快速软件APC单元会从APC平滑调整阶段，跳转到APC快速调整阶段，再执行一次APC快速调整后，会再次进入APC平滑调整阶段，整个过程激光器出光迅速且过度平滑，可以控制到出光无过冲；

具体快速软件APC单元中APC快速调整阶段的流程示意图，参见图4；

进入该阶段后，MCU首先采样当前光模块温度，并根据保存在MCU内部不同温度点对应激光器Bias的数据信息，提取出当前温度下激光器所需要的Bias，并通过激光器驱动单元输出对应的Bias电流；其中保存不同温度点对应激光器Bias的数据信息可以有多种方式，优选的是将光模块对应工作温度取每2度一个间隔，记录其对应的Bias值形成一张LUT表并保存在MCU的Flash当中。例如模块工作温度从0-70度，内部保存的数据表包括0度对应的Bias值，2度对应的Bias值，4度对应的Bias值…依次类推；计算时可以根据当前温度查表得到对应40度的Bias值，即为当前激光器所需要的Bias。该阶段中对激光器的电流采用直接控制，由于事先保存了对应温度激光器所需电流信息，所以该阶段出光非常迅速，并且不会有光的过冲出现。

当完成了APC快速调整阶段后，激光器的出光已非常接近目标值，此时会进入APC平滑调整阶段，进一步逼近目标值，减小静态误差在允许范围之内，具体流程示意图，参见图5；

进入该阶段后，MCU首先采样当前背光电流(PD)，换算成对应的光功率值Txpower_Feedback，并与目标的光功率(Txpower_Target)进行比对，计算出当前误差Δ；如果误差在允许的范围之内，则对当前激光器驱动电流不需要调整，如果误差超过允许范围，偏大则需要将当前激光器驱动电流减小一个固定电流(限幅)，偏小则需要将当前激光器驱动电流增大一个固定电流(限幅)，由于限定了单次调整的幅度，所以基本不会出现过冲的现象。由于在APC快速调整阶段，出光光功率已经接近目标值，所以在APC平滑调整阶段，基本上只需要少次的调整，即可完成APC的控制。此后除非出现TX DIS/LPMODE De-Assert的情况，其他时候APC控制单元都处于APC平滑调整阶段。

具体实施时，可以将PD电流通过一个采样电阻接到地，相当于电流信号转换成电压信号，然后MCU将所得电压信号转变成数字信号，得到Txpower_Feedback。

本文中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种实现光模块快速APC的控制方法，所述光模块采用激光器LD作为光源，其特征在于：采用两段式APC调整，包括将控制过程分为两个阶段，第一阶段快速调整阶段，第二阶段为平滑调整阶段；

APC快速调整阶段中，当光模块在启动时，对当前光模块工作温度进行采样，并根据预先保存的各个温度所属要的Bias电流，提取出当前温度下所需要的Bias电流；对激光驱动单元进行控制，输出所需Bias电流；激光器在Bias电流的作用下，产生接近目标光功率的激光；

APC平滑调整阶段中，对当前发光光功率进行采样并作为反馈，比对反馈和目标值，计算出当前差值，若误差大于允许范围，则采用逐步逼近的方式对Bias电流进行增减，直至误差达到允许范围之内。

2.根据权利要求书1所述的一种实现光模块快速APC的控制方法，其特征在于：在光模块启动时和TXDIS/LPMODE De-Assert时采用两段式APC调整。

3.根据权利要求书1或2所述的一种实现光模块快速APC的控制方法，其特征在于：保存不同温度点对应激光器Bias的数据信息，实现方式为将光模块对应工作温度取每2度一个间隔，记录对应的Bias值并保存。

4.一种实现光模块快速APC的控制装置，其特征在于：包括微控制器单元(MCU)、背光检测单元(PD)、激光器驱动单元(LDD)、激光器(LD)和温度采样单元，微控制器单元(MCU)分别连接背光检测单元(PD)、激光器驱动单元(LDD)和温度采样单元，激光器驱动单元(LDD)连接激光器(LD)，在微控制器单元(MCU)中设置软件APC控制单元；

软件APC控制单元采用两段式APC调整实现控制，包括将控制过程分为两个阶段，第一阶段快速调整阶段，第二阶段为平滑调整阶段；

APC快速调整阶段中，当光模块在启动时，对当前光模块工作温度进行采样，并根据预先保存的各个温度所属要的Bias电流，提取出当前温度下所需要的Bias电流；对激光驱动单元进行控制，输出所需Bias电流；激光器在Bias电流的作用下，产生接近目标光功率的激光；

APC平滑调整阶段中，对当前发光光功率进行采样并作为反馈，比对反馈和目标值，计算出当前差值，若误差大于允许范围，则采用逐步逼近的方式对Bias电流进行增减，直至误差达到允许范围之内。

5.根据权利要求书4中所述一种实现光模块快速APC的控制装置，其特征在于：在光模块启动时和TXDIS/LPMODE De-Assert时采用两段式APC调整。

6.根据权利要求书4或5中所述一种实现光模块快速APC的控制装置，其特征在于：保存不同温度点对应激光器Bias的数据信息，实现方式为将光模块对应工作温度取每2度一个间隔，记录对应的Bias值并保存。

7.根据权利要求书4或5中所述一种实现光模块快速APC的控制装置，其特征在于：对当前发光光功率进行采样的实现方式为，背光检测单元(PD)将实时发射光功率通过光电探测转换成电流信号，将电流信号转换成电压信号，然后微控制器单元(MCU)将所得电压信号转变成数字信号，得到对应的光功率值Txpower_Feedback。

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