CN111930162A - 一种光模块的波长控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光模块的波长控制电路，包括主控制器、控制模块、光发射组件；光发射组件设置有温度传感器、半导体制冷器；温度传感器检测光发射组件的实际温度并生成实际温度信号；半导体制冷器控制光发射组件的温度；主控制器储存目标温度，并发送目标温度信号；控制模块接收实际温度信号和目标温度信号，并根据实际温度信号和目标温度信号的差值控制流经半导体制冷器的电流大小和方向，使光发射组件维持在目标温度；本发明的波长控制电路可应用于所有需要控制波长的模块方案，使用半导体制冷器进行温度控制不仅能调整波长，还能使光模块在工业级‑40～85℃的高低温下维持恒定的光功率和波长，保证发射光信号的稳定和可靠，性能优良。

Description

一种光模块的波长控制电路
技术领域
本发明涉及光通信的技术领域，尤其涉及一种光模块的波长控制电路。
背景技术
光接入网络就是以光为传输介质的网络，是指在业务节点或远端模块与用户设备之间采用或部分采用光传输，共享同一网络侧接口的接入连接的集合。光接入网是由OLT(Optical Line Terminal，光线路终端)和ONU(Optical Network Unit，光网络单元)以及ODN(Optical Distribution Network，光分配网络)三部分组成，其中OLT是光接入网络的核心器件。
随着通讯领域传输容量的日益增长，传统的传输技术已很难满足传输容量及传输速度，5G新型业务特性和更高指标要求对无线网络及承载网络提出了新的挑战。新型方案如25G MWDM、25G LWDM、25G Tunable模块都需要波长控制。OLT光模块中的光发射模块对温度非常敏感，因此可以通过温度控制实现对光模块的波长控制。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种光模块的波长控制电路，可以为光发射组件提供精准的波长控制。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种光模块的波长控制电路，包括主控制器、控制模块、光发射组件；
所述光发射组件设置有温度传感器、半导体制冷器(ThermoElectric Cooler，TEC)；所述温度传感器检测所述光发射组件的实际温度并生成实际温度信号；所述半导体制冷器控制所述光发射组件的温度；
所述主控制器储存目标温度，并发送目标温度信号；
所述控制模块连接所述主控制器、所述温度传感器和所述半导体制冷器；所述控制模块接收实际温度信号和目标温度信号，并根据实际温度信号和目标温度信号的差值控制流经所述半导体制冷器的电流大小和方向，使所述光发射组件维持在所述目标温度。
本发明的有益效果是：本发明的波长控制电路可应用于所有需要控制波长的模块方案，如25G MWDM、25G LWDM、25G Tunable模块。使用半导体制冷器进行温度控制不仅能调整波长，还能使光模块在工业级-40～85℃的高低温下维持恒定的光功率和波长，保证发射光信号的稳定和可靠，性能优良。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述波长控制电路还包括缓启动电路，所述缓启动电路连接所述主控制器、所述控制模块、所述光发射组件；电源通过所述缓启动电路向所述主控制器、所述控制模块、所述光发射组件供电。
进一步，所述温度控制器包括芯片U1和数模转换器DAC；所述数模转换器DAC将所述目标温度信号转换为目标温度电压VREF；所述芯片U1内集成有第一运放；
所述温度传感器是设置在所述光发射组件内的热敏电阻RTH；
所述热敏电阻RTH的一端接地，另一端通过电阻R82与所述第一运放的负输入端电连接；所述第一运放的负输入端还通过电阻R83连接所述目标温度电压VREF；
电阻R66的一端接地，另一端与所述第一运放的正输入端电连接；所述第一运放的正输入端还通过电阻R65连接所述目标温度电压VREF；
所述芯片U1根据所述第一运放的正输入端的电压和所述第一运放的负输入端的电压的差值，控制流经所述半导体制冷器的电流大小和方向。
进一步，所述温度控制器还包括一微分补偿电路和一积分补偿电路；所述芯片U1内集成有第二运放；
所述微分补偿电路包括电阻C64、电容C60和电容C61；所述电阻C64和所述电容C62串联后，一端连接所述第二运放的负输入端，另一端连接所述所述第二运放的输出端；所述电容C7的一端连接所述第二运放的负输入端，另一端连接所述第二运放的输出端；
所述积分补偿电路包括电阻C72、电阻R73和电容C62；所述电阻C73和所述电容C62串联后，一端连接所述第二运放的负输入端，另一端连接所述所述第一运放的输出端；所述电阻R72的一端连接所述第二运放的负输入端，另一端连接所述第一运放的输出端；
所述第一运放的输出端通过电阻R67连接所述第一运放的负输入端。
进一步，所述芯片U1集成有一脉宽调制电路，所述脉宽调制电路的输出端连接所述半导体制冷器；所述芯片U1通过所述脉宽调制电路控制流经所述半导体制冷器的电流大小和方向。
进一步，所述芯片U1的型号是ADN8834。
进一步，所述主控制器连接所述温度传感器，所述主控制器还监视所述光发射器的所述实际温度。
进一步，所述主控制器是单片机。
附图说明
图1为本发明一种光模块的波长控制电路的结构示意图；
图2为本发明的温度控制器的电路结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
100、缓启动电路，200、主控制器，300、控制模块，400、光发射模块，401、温度传感器，402、半导体制冷器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种光模块的波长控制电路，包括缓启动电路100、主控制器200、控制模块300和光发射模块400。
缓启动电路100连接主控制器200、控制模块300和光发射组件400。电源通过缓启动电路100向主控制器200、控制模块300、光发射组件400供电。缓启动电路100主要起到防抖动延时上电的作用，避免光模块在上电过程中产生过大电流，进而可以保证光模块中各部件的稳定性。在设计中，通常使用MOS管来设计缓启动电路100。MOS管有导通阻抗低和驱动简单的特点，在周围加上少量元器件就可以构成缓启动电路100。通常情况下，在正电源中用PMOS管，在负电源中使用NMOS管。
光发射组件400用于向外发送光信号。光发射组件200也就是通常使用的TOSA(Transmitter Optical Subassembly，光发射组件)，在整体产品架构上包括光学次模块(Optical Subassembly，OSA)及电子次模块(Electrical Subassembly，ESA)两大部分。首先磊晶部分是以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、砷化铟镓(InGaAs)等作为发光与检光材料，利用有机金属气相沉积法(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition；MOCVD)等方式，制成磊晶圆。在芯片制程中，则将磊晶圆，制成雷射二极管。随后将雷射二极管，搭配滤镜、金属盖等组件，封装成TO can(Transmitter Outline can)，再将此TO can与陶瓷套管等组件，封装成光学次模块(OSA)。最后再搭配电子次模块(ESA)，电子次模块内部包含传送及接收两颗驱动IC，用以驱动雷射二极管与检光二极管，如此结合即组成光发射组件400。光发射组件400对温度非常敏感，因此可以通过温度控制实现对光模块的波长控制。
光发射组件400内设置有温度传感器401和半导体制冷器402。温度传感器401即图2中的热敏电阻RTH，用于检测光发射组件400的实际温度，并生成实际温度信号。半导体制冷器402根据流经其的电流的大小和方向进行吸热或放热，从而控制光发射组件400的温度。
主控制器200使用单片机。主控制器200用于储存用户设置的目标温度，并发送目标温度信号。同时主控制器200连接温度传感器401，监视光发射组件400的实际温度，当对光发射器400的温度自动控制失效时，失效可以及时被发现。
控制模块300连接主控制器200、温度传感器401和半导体制冷器402；控制模块300接收实际温度信号和目标温度信号，并根据实际温度信号和目标温度信号的差值控制流经半导体制冷器402的电流大小和方向，使光发射组件400维持在目标温度。
如图2所示，控制模块300包括芯片U1和数模转换器DAC(图中未示出)。数模转换器DAC将目标温度信号转换为目标温度电压VREF，即将数字信号转换为模拟信号。芯片U1内至少集成有第一运放、第二运放、脉宽调制电路。在本实施例中，芯片U1的型号为ADN8834。在芯片U1的引脚中，IN1P引脚连接第一运放的正输入端，IN1N引脚连接第一运放的负输入端，OUT1引脚连接第一运放的输出端；IN2P引脚连接第二运放的正输入端，IN1N引脚连接第二运放的负输入端，OUT2引脚连接第二运放的输出端；LDR1引脚和LDR2引脚连接脉宽调制电路中线性控制器的输出端，SFB引脚连接脉宽调制电路中PWM控制器输出的反馈，SW1和SW2引脚连接脉宽调制电路中PWM控制器的开关节点输出。
热敏电阻RTH的一端接地，另一端通过电阻R82与IN1N引脚电连接。IN1N引脚还通过电阻R83连接目标温度电压VREF。电阻R66的一端接地，另一端与IN1P引脚电连接。IN1P引脚还通过电阻R65连接目标温度电压VREF。
半导体制冷器402的正极连接LDR1引脚和LDR2引脚。半导体制冷器402的正极还通过电容C64连接PGNDS1引脚和PGNDS2引脚。半导体制冷器402的负极通过电阻R74连接SFB引脚。半导体制冷器402的负极还通过电感L13连接SW1引脚和SW2引脚，用过电容C65连接PGNDS1引脚和PGNDS2引脚。PVIN1引脚和PVIN2引脚连接电压TEC_3V3，还通过电容C63连接PGNDS1引脚和PGNDS2引脚。PGNDS1引脚和PGNDS2引脚连接信号地和电源地。
芯片U1根据IN1P引脚的电压和IN1N引脚的电压的差值，通过脉宽调制电路控制流经半导体制冷器402的电流大小和方向。
控制模块300还包括一微分补偿电路和一积分补偿电路。微分补偿电路包括电阻C64、电容C60和电容C61。电阻C64和电容C62串联后，一端连接IN2N引脚，另一端连接OUT2引脚。电容C7的一端连接IN2N引脚，另一端连接OUT2引脚。积分补偿电路包括电阻C72、电阻R73和电容C62。电阻C73和电容C62串联后，一端连接IN2N引脚，另一端连接OUT1引脚。电阻R72的一端连接IN2N引脚，另一端连接OUT1引脚。IN2P引脚连接一设定电压TEC_SET，OUT1引脚通过电阻R67连接IN1N引脚。通过调整微分补偿电路和积分补偿电路的参数，可以改变整个系统的响应特性。
其余的，VLIM/SD引脚通过电阻R69连接目标温度电压VREF，还通过电阻R68连接信号地。TLIM引脚通过电阻R71连接目标温度电压VREF，还通过电阻R70连接信号地。VDD引脚通过电阻R76连接电压TEC_3V3，还通过电容C66连接信号地。VREF引脚连接目标温度电压VREF，还通过电容C67连接信号地。AGND引脚连接信号地。EN/SY引脚连接使能电压TEC_EN，还通过电阻R75连接信号地。
本实施例的一种光模块的波长控制电路通过比较目标温度和光发射组件400的实际温度，控制流经半导体制冷器402的电流大小和方向，从而使半导体制冷器402吸热或放热，控制光发射组件400的温度，使光发射组件400的温度保持在目标温度，以实现对光发射组件400的波长控制。使用半导体制冷器402进行温度控制不仅能调整波长，还能使光模块在工业级-40～85℃的高低温下维持恒定的光功率和波长，保证发射光信号的稳定和可靠，性能优良。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光模块的波长控制电路，其特征在于，所述波长控制电路包括主控制器、控制模块、光发射组件；
所述光发射组件设置有温度传感器、半导体制冷器；所述温度传感器检测所述光发射组件的实际温度并生成实际温度信号；所述半导体制冷器通过放热或吸热控制所述光发射组件的温度；
所述主控制器储存目标温度，并发送目标温度信号；
所述控制模块连接所述主控制器、所述温度传感器和所述半导体制冷器；所述控制模块接收实际温度信号和目标温度信号，并根据实际温度信号和目标温度信号的差值控制流经所述半导体制冷器的电流大小和方向，使所述光发射组件维持在所述目标温度。
2.根据权利要求1所述的一种光模块的波长控制电路，其特征在于，还包括缓启动电路，所述缓启动电路连接所述主控制器、所述控制模块、所述光发射组件；电源通过所述缓启动电路向所述主控制器、所述控制模块、所述光发射组件供电。
3.根据权利要求1所述的一种光模块的波长控制电路，其特征在于，所述温度控制器包括芯片U1和数模转换器DAC；所述数模转换器DAC将所述目标温度信号转换为目标温度电压VREF；所述芯片U1内集成有第一运放；
所述温度传感器是设置在所述光发射组件内的热敏电阻RTH；
所述热敏电阻RTH的一端接地，另一端通过电阻R82与所述第一运放的负输入端电连接；所述第一运放的负输入端还通过电阻R83连接所述目标温度电压VREF；
电阻R66的一端接地，另一端与所述第一运放的正输入端电连接；所述第一运放的正输入端还通过电阻R65连接所述目标温度电压VREF；
所述芯片U1根据所述第一运放的正输入端的电压和所述第一运放的负输入端的电压的差值，控制流经所述半导体制冷器的电流大小和方向。
4.根据权利要求3所述的一种光模块的波长控制电路，其特征在于，所述温度控制器还包括一微分补偿电路和一积分补偿电路；所述芯片U1内集成有第二运放；
所述微分补偿电路包括电阻C64、电容C60和电容C61；所述电阻C64和所述电容C62串联后，一端连接所述第二运放的负输入端，另一端连接所述所述第二运放的输出端；所述电容C7的一端连接所述第二运放的负输入端，另一端连接所述第二运放的输出端；
所述积分补偿电路包括电阻C72、电阻R73和电容C62；所述电阻C73和所述电容C62串联后，一端连接所述第二运放的负输入端，另一端连接所述所述第一运放的输出端；所述电阻R72的一端连接所述第二运放的负输入端，另一端连接所述第一运放的输出端；
所述第一运放的输出端通过电阻R67连接所述第一运放的负输入端。
5.根据权利要求3所述的一种光模块的波长控制电路，其特征在于，所述芯片U1集成有一脉宽调制电路，所述脉宽调制电路的输出端连接所述半导体制冷器；所述芯片U1通过所述脉宽调制电路控制流经所述半导体制冷器的电流大小和方向。
6.根据权利要求3所述的一种光模块的波长控制电路，其特征在于，所述芯片U1的型号是ADN8834。
7.根据权利要求1所述的一种光模块的波长控制电路，其特征在于，所述主控制器连接所述温度传感器，所述主控制器还监视所述光发射器的所述实际温度。
8.根据权利要求1所述的一种光模块的波长控制电路，其特征在于，所述主控制器是单片机。
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