CN112564826B - 光模块收端监控光功率的校准方法 - Google Patents

光模块收端监控光功率的校准方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光模块收端监控光功率的校准方法，包括：步骤一，选取常温、最低工作温度、最高工作温度三个节点，计算常温到低温区间、常温到高温区间暗电流ADC值随温度x的变化率k和常数b；步骤二，基于不同温度区间的ADC值变化率k和常数b，按照函数y＝kx+b将对应的ADC值写入基于温度x查找表。本发明提供一种光模块收端监控光功率的校准方法，在常温、低温、高温三外节点的无光状态下读取暗电流ADC或在某个固定光功率点读取ADC值变化量所使用光功率，以分别得到常温到高温区间、以及常温到低温区间拟合出的基于温度x的暗电流查找表，使用本发明校准方法后，监控范围可伴随扩大，监控精度提高。

Description

光模块收端监控光功率的校准方法
技术领域
本发明涉及光通信领域。更具体地说，本发明涉及一种光模块收端监控光功率的校准方法。
背景技术
光模块是将发送端的电信号转换成光信号，通过光纤传输后，接收端再把光信号转换成电信号。作为光通信的核心部件，其广泛用于数据中心、基站、交换机上。光模块常用的两种光接接收组件PIN-TIA ROSA和APD-TIA ROSA，其差异是后者灵敏度优于前者，前者用于短距离传输光接收，后者用于长距离传输光接收。
现有收端校准方法是采用分段线性描点方法，两种不同的接收收组件校准步骤如下：
1、PIN-TIA ROSA为接收端时的现用校准方法：
步骤一，在常温环境下，选择光功率校准点，通常第一个校准功率点为最大光功率监控点，最后一个校准功率点为最小光功率监控点，中间校准功率点介于最大监控功率与最小监控监控功率点。功率点选择数量需根据器件输出电流线性度确定，一般越多越好。
步骤二，根据步骤一选择的功率点，利用衰减器逐个读取各功率点的ADC值，功率越大ADC值越大，功率越小ADC值越小。
步骤三，校准公式功率P＝k*ADC+b，P为监控功率值，k为斜率，b为常数。
将相邻两点的功率值和ADC值带入上述公式，求解K和b值，即可获得两点的校准函数。其它段校准依次类推，就可以得到整个监控范围功率和ADC值关系。
2、APD-TIA ROSA为接收端时的现用校准方法：
步骤一，在常温环境下，先调整APD电压，使其工作在收端工作在最佳灵敏度状态。
步骤二，选择光功率校准点，通常第一个校准功率点为最大光功率监控点，最后一个校准功率点为最小光功率监控点，中间功率点介于最大监控功率与最小监控功率点之间。监控功率点选择数量需根据器件输出电流线性度确定，一般越多越好。
步骤三，根据步骤一选择的功率点，利用衰减器逐个读取各功率点的ADC值，功率越大ADC值越大，功率越小ADC值越小。
步骤四，校准公式功率P＝k*ADC+b，P为监控功率值，k为斜率，b为常数。
将相邻两点的功率值和ADC值带入上述公式，求解K和b值，即可获得两点的校准函数。其它段校准依次类推，就可以得到整个监控范围功率和ADC值关系。
现有技术的缺陷：
PIN-TIA ROSA和APD-TIA ROSA在高温、常温、低温时存在收端监控暗电流。两种ROSA在高温、低温以及APD供电电压发生变化后暗电流会发生变化。暗电流变大，使监控光功率比实际光功率大；暗电流变小，使监控光功率比实际光功率小，而暗电流变化带来影响如下：
a.输入光功率较小时监控误差变大，协议标准要求为±3dB；
b.输入光功率较小时，监控光功率值跳动不稳定现象；
c.在保证监控精度±3dB时，监控范围缩窄；
d.不能保证LOSA后仍能准确读到监控值。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种光模块收端监控光功率的校准方法，包括：
步骤一，选取常温、最低工作温度、最高工作温度三个节点，计算常温到低温区间、常温到高温区间暗电流ADC值变化率k和常数b；
步骤二，基于不同区间的暗电流ADC值变化率k和常数b，按照函数y＝kx+b将对应的ADC值写入基于温度x的查找表。
优选的是，在步骤一，其节点选取方式被配置为包括：
S10、常温时，将模块校准到能够监控的最小功率点和最大功率点按照光功率P＝k*ADC+b进行多段常规校准；
S11、常温时，读取无光或其他任意固定输入光功率的第一ADC值D1和第一MCU温度值T1；
S11、在最低工作温度点时，读取与常温相同输入光功率的第二ADC值D2和第二MCU温度值T2；
S11、在最高工作温度点时，读取与常温相同输入光功率的第三ADC值D3和第三MCU温度值T3。
优选的是，在步骤一中，所述ADC值变化率和常数计算方式被配置为包括：
S12、在常温到低温区间，采用如下公式计算温度ADC值变化率K1和常数B1：
K1＝(D2-D1)/(T2-T1)；
B1＝D1-(D2-D1)*T1/(T2-T1)或D2-(D2-D1)*T2/(T2-T1)；
在常温到高温区间，采用如下公式计算温度ADC值变化率K2和常数B2：
K2＝(D3-D1)/(T3-T1)；
B2＝D1-(D3-D1)*T1/(T3-T1)或D3-(D3-D1)*T3/(T3-T1)。
优选的是，在步骤二中，在常温到低温区间，按照函数Y1＝K1*x+B1将对应的暗电流ADC值写入基于温度x的查找表；
在常温到高温区间，按照函数Y2＝K2*x+B2将对应的暗电流ADC值写入基于温度x的查找表。
优选的是，还包括：
步骤三，模块在常温以下到最低工作温度环境时，将当前温度下输入光ADC值-Y1的值带入原校准函数光功率P＝k*ADC+b。
模块在常温以上到最高工作温度环境时，将当前温度下输入光ADC值-Y2的值带入原校准函数光功率P＝k*ADC+b。
本发明至少包括以下有益效果：其一，本发明解决接收光功率校准范围和校准精度的温度，此方式可以使接收光功率监控精度在大小光，高低温控制在+/-2dBm内。
其二，本发明作为一种暗电流补偿的校准方法，在常温、低温、高温三外节点的无光状态下读取暗电流ADC值或在某个固定光功率点读取暗电流ADC值所使用光功率，以分别得到常温到高温区间、以及常温到低温区间拟合出的暗电流查找表，监控范围可伴随扩大，监控精度提高。
其三，本发明的校准方式，其收端的监测光功率只有在低于LOSA范围后，才上报无光输入功率监控值。
其四，采用本发明的校准方式，其可以有效解决雪崩光电二极APD-TIA ROSA作为接收端组件时,在高温区间和低温区间靠牺牲灵敏度换取监控偏差的问题。
其五，对于光模块的接收端，需要实时监控光纤的输入光大小。输入光太大会对器件造成不可恢复损伤，输入光太小会影响数据通信质量。本发明主要用于光模块收端的校准，在不增加设备的情况下，已达到更广的监控范围以及更优的监控精度。从而达到保护收端器件和获得更好通信质量的目的。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明的校准方法被配置为包括：
步骤一，常温时，模块校准到能够监控的最小监控功率点和最大监控功率点，常规校准；
步骤二，常温时，读取无光或其他任意固定输入光功率的ADC值和MCU温度值，ADC值用符号D1表示，温度值用T1表示；
步骤三，最低工作温度点时，读取与常温相同输入光功率的ADC值和MCU温度值，ADC值用符号D2表示，温度用T2表示；
步骤四，最高工作温度点时，读取与常温相同输入光功率的ADC值和MCU温度值，ADC值用符号D3表示，温度用T3表示；
步骤五，计算常温到低温温度和ADC值变化率K1和常数B1：
K1＝(D2-D1)/(T2-T1)；
B1＝D1-(D2-D1)*T1/(T2-T1)或D2-(D2-D1)*T2/(T2-T1)；
计算常温到高温温度和ADC值变化率K2和常数B2：
K2＝(D3-D1)/(T3-T1)；
B2＝D1-(D3-D1)*T1/(T3-T1)或D3-(D3-D1)*T3/(T3-T1)；
步骤六，常温到低温段按照Y1＝K1*X+B1写入基于温度X的查找表；
常温到高温段按照Y2＝K2*X+B2写入基于温度X的查找表；
其中，下表为查找表格式，从-59℃按照间隔3℃逐步增加直到139℃。Y1、Y2为某个温度下计算的暗电流相对常温暗电流变化ADC值。
Figure GDA0003938488560000051
步骤七，模块在常温以下到最低工作温度环境时，将当前温度下输入光ADC值-Y1的值带入原校准函数光功率P＝k*ADC+b。
模块在常温以上到最高工作温度环境时，将当前温度下输入光ADC值-Y2的值带入原校准函数光功率P＝k*ADC+b。
在实际工作中，因收端收到的ADC值除了输入光光功率产生的ADC值外，还包括了器件本身处于工作态即无光输入时的ADC值，故通过选取无光状态下的不同节点得到的校准函数，其相对于现有技术的校准函数来说，其ADC值变化率和常数的精准度更好。
本发明的校准方法主要解决光模块收端输入光功率监控范围和校准精度，此方式可以使较小输入光功率时，在常温到最高工作温度区间和常温到最低工作温度区间，收端监控光功率精度控制在±2dBm。
具体来说，在PIN-TIA ROSA光电二极接收端组件中，采用现有的常规校准方法进行校准时，在常温到最高工作温度区间和常温到最低工作温度区间范围内，可监控至-18dBm，在-18dBm后监控误差会快速增大。
在APD-TIA ROSA雪崩光电二极作为接收端组件中，采用现有的常规方法进行校准时，在常温到最高工作温度区间和常温到最低工作温度区间范围内，可监控至-28dBm，而在-28dBm后监控误差会快速增大。
而利用本发明的校准方法，其在常温到最高工作温度区间和常温到最低工作温度区间范，APD-TIA ROSA监控范围可至-33dBm以下，PIN-TIA ROSA监控范围可至-25dBm以下。由此可知，本发明的校准方法的监控范围可提到提升。
另外，本发明中暗电流ADC值的获取方法，也可以通过将常温到最高温度区间、常温到最低温度区间拆分为更多的分段，通过多段线性拟合的方式达到获取暗电流ADC值的目的。
另外，采用本发明的校准方式进行校准，可以保证监控光功率值在LOSA(Loss ofsignal Assert光信号丢失判别阈值)以后才上报。
另外，常温、最高工作温度区间、最低温度区间暗电流的读取可以在收端无光输入条件下读取，也可以在某个固定输入光功率读取ADC值计算其变化量。
以上方案只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (1)

1.一种光模块收端监控光功率的校准方法，其特征在于，包括：
步骤一，选取常温、最低工作温度、最高工作温度三个节点，计算常温到低温区间、常温到高温区间暗电流ADC值变化率k和常数b；
步骤二，基于不同区间的暗电流ADC值变化率k和常数b，按照函数y＝kx+b将对应的ADC值写入基于温度x的查找表；
在步骤一，其节点选取方式被配置为包括：
S10、常温时，将模块校准到能够监控的最小功率点和最大功率点按照光功率P＝k*ADC+b进行多段常规校准；
S11、常温时，读取无光或其他任意固定输入光功率的第一ADC值D1和第一MCU温度值T1；
S11、在最低工作温度点时，读取与常温相同输入光功率的第二ADC值D2和第二MCU温度值T2；
S11、在最高工作温度点时，读取与常温相同输入光功率的第三ADC值D3和第三MCU温度值T3；
在步骤一中，所述ADC值变化率k和常数b计算方式被配置为包括：
S12、在常温到低温区间，采用如下公式计算温度ADC值变化率K1和常数B1：
K1＝(D2-D1)/(T2-T1)；
B1＝D1-(D2-D1)*T1/(T2-T1)或D2-(D2-D1)*T2/(T2-T1)；
在常温到高温区间，采用如下公式计算温度ADC值变化率K2和常数B2：
K2＝(D3-D1)/(T3-T1)；
B2＝D1-(D3-D1)*T1/(T3-T1)或D3-(D3-D1)*T3/(T3-T1)；
在步骤二中，在常温到低温区间，按照函数Y1＝K1*x+B1将对应的ADC值写入基于温度x的查找表；
在常温到高温区间，按照函数Y2＝K2*x+B2将对应的ADC值写入基于温度x的查找表；
还包括：
步骤三，模块在常温以下到最低工作温度环境时，将当前温度下输入光ADC值-Y1的值带入原校准函数光功率P＝k*ADC+b；
模块在常温以上到最高工作温度环境时，将当前温度下输入光ADC值-Y2的值带入原校准函数光功率P＝k*ADC+b。
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