CN113503986A - 光模块温度监控及校准方法以及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光模块温度监控及校准方法以及装置，该方法包括以下步骤：获取不同环境温度下的光模块PCBA温度以及Case温度；根据不同环境温度下的光模块PCBA温度以及Case温度获取光模块Case温度与PCBA温度之间的线性关系；通过温度传感芯片对光模块内部PCBA的温度进行监控，MCU根据温度传感芯片随PCBA温度变化的输出电压计算出PCBA监控温度；根据光模块PCBA监控温度以及上述光模块Case温度与PCBA温度之间的线性关系获取光模块Case温度作为最终的光模块工作温度上报。本发明将温度上报误差控制在一定的范围内，提高了温度上报的准确性，且方法简单可靠。
Description
技术领域
本发明属于光模块领域，具体涉及一种光模块温度监控及校准方法以及装置。
背景技术
光模块的工作温度一般在0℃～70℃之间，超出它的工作温度范围，可能造成光模块的各项工作性能和指标的恶化，严重的可能造成光模块的内部元器件的损坏。因此，需要对光模块内部的PCBA温度实现实时监控，由于光模块的实际工作温度一般以壳温(CaseTemperature)为标准，所以需要测量光模块的Case Temperature对GUI软件上报的温度进行校准，使得温度上报误差控制在一定的范围内。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光模块温度监控及校准方法以及装置，旨在对光模块内部的PCBA温度实现实时监控，以及对上报的温度进行校准，使得温度上报误差控制在一定的范围内。
本发明是这样实现的：
一方面，本发明提供一种光模块温度监控及校准方法，包括以下步骤：
获取不同环境温度下的光模块PCBA温度以及Case温度；
根据不同环境温度下的光模块PCBA温度以及Case温度获取光模块Case温度与PCBA温度之间的线性关系；
通过温度传感芯片对光模块内部PCBA的温度进行监控，MCU根据温度传感芯片随PCBA温度变化的输出电压计算出PCBA监控温度；
根据光模块PCBA监控温度以及上述光模块Case温度与PCBA温度之间的线性关系获取光模块Case温度作为最终的光模块工作温度上报。
进一步地，所述光模块Case温度和PCBA温度之间的线性关系公式如下：
Temp＝T*slope+offset
其中，Temp为Case温度，T为PCBA温度，slope为温度校准系数，offset为温度补偿值。
另一方面，本发明还提供一种光模块温度监控及校准装置，包括测试光模块、温度监控装置、温度校准装置以及安装有GUI软件的计算机；
所述温度监控装置包括电源芯片、温度传感芯片以及MCU，所述电源芯片与温度传感芯片以及MCU连接，用于为温度传感芯片和MCU提供工作电压，所述温度传感芯片与MCU连接，所述温度传感芯片的输出电压随测试光模块内部PCBA的温度变化，所述MCU对温度传感芯片的输出电压进行实时采样并根据输出电压计算出PCBA监控温度传递给GUI软件；
所述温度校准装置包括测试电路板、温度可调节的密闭盒子以及点温计，所述点温计固定在所述测试光模块的管壳上，用于测试光模块的Case温度，所述测试光模块插入测试电路板中并置于密闭盒子内；
改变密闭盒子内的温度，使得测试光模块的Case温度在0℃～70℃之间变化，通过对比不同盒内温度下点温计测得的光模块Case温度和GUI软件获取的PCBA温度，对GUI软件中光模块Case温度和PCBA温度线性关系的温度校准系数和温度补偿值进行调整，GUI软件根据PCBA监控温度以及光模块Case温度和PCBA温度线性关系获取光模块Case温度进行上报。
进一步地，所述电源芯片的型号为ADP196，所述温度传感芯片的型号为LM94023BITM，所述MCU的型号为ADuC7023或者ADuCM320i。
进一步地，利用MCU的VREF管脚输出的2V5电压给温度传感芯片提供工作电压，温度传感芯片的输出电压V与PCBA温度T的关系式如下：
V＝-8.2(mV/℃)*T(℃)+B
其中V为输出电压，T为PCBA温度，B为恒定的常数；
所述MCU利用上述关系式根据输出电压计算出PCBA监控温度。
进一步地，所述温度校准装置还包括模拟光模块、模拟测试电路板以及光纤，所述模拟光模块放置于模拟测试电路板上，测试光模块和模拟光模块通过光纤连接，模拟光模块正常工作后，发送PRBS码型给测试光模块，给测试光模块提供一个模拟的正常工作场景。
进一步地，所述温度校准装置还包括第一开关电源和第二开关电源，所述第一开关电源与测试电路板和测试光模块连接，用于为测试电路板和测试光模块提供工作电压；所述第二开关电源与模拟电路板和模拟光模块连接，用于为模拟电路板和模拟光模块提供工作电压。
进一步地，所述温度可调节的密闭盒子为可调节温度的温箱。
进一步地，所述温度可调节的密闭盒子为木质密闭盒子，通过快速温度冲击箱改变木质密闭盒子内的温度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的这种光模块温度监控及校准方法以及装置，通过温度传感芯片对光模块内部PCBA的温度进行监控，MCU根据温度传感芯片随PCBA温度变化的输出电压计算出PCBA监控温度，实现对光模块PCBA温度的实时监控，并根据光模块PCBA监控温度以及光模块Case温度与PCBA温度之间所呈的线性关系获取光模块Case温度作为最终的光模块工作温度上报，使得上报温度最大限度接近光模块的实际工作温度，将温度上报误差控制在一定的范围内，提高了温度上报的准确性，且方法简单可靠。
附图说明
图1为本发明实施例提供的温度监控装置的电路图；
图2为本发明实施例提供的温度校准装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的校准前和校准后MCU采样的电压与GUI软件上报温度的关系。
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做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。
本发明实施例提供一种光模块温度监控及校准方法，包括以下步骤：
S1、获取不同环境温度下的光模块PCBA温度以及Case温度；
S2、根据不同环境温度下的光模块PCBA温度以及Case温度获取光模块Case温度与PCBA温度之间的线性关系；
S3、通过温度传感芯片对光模块内部PCBA的温度进行监控，MCU根据温度传感芯片随PCBA温度变化的输出电压计算出PCBA监控温度；
S4、根据光模块PCBA监控温度以及上述光模块Case温度与PCBA温度之间的线性关系获取光模块Case温度作为最终的光模块工作温度上报。
本发明实施例提供的这种光模块温度监控及校准方法，通过温度传感芯片对光模块内部PCBA的温度进行监控，MCU根据温度传感芯片随PCBA温度变化的输出电压计算出PCBA监控温度，实现对光模块PCBA温度的实时监控，由于光模块的实际工作温度一般以Case温度为标准，所以需要测量光模块的Case温度对原本上报的PCBA温度进行校准，本发明实施例根据光模块PCBA监控温度以及光模块Case温度与PCBA温度之间所呈的线性关系获取光模块Case温度作为最终的光模块工作温度上报，使得上报温度最大限度接近光模块的实际工作温度，将温度上报误差控制在一定的范围内，提高了温度上报的准确性，且方法简单可靠。
本发明人经过大量研究发现，光模块Case温度和通过温度传感芯片及MCU获得的PCBA温度之间呈线性关系，公式如下：
Temp＝T*slope+offset
其中，Temp为Case温度，T为PCBA温度，slope为温度校准系数，offset为温度补偿值。
因此，可以利用上述线性关系根据光模块PCBA温度获取光模块Case温度作为光模块最终的工作温度上报。
为实现上述方法，如图1和图2所示，本发明实施例还提供一种光模块温度监控及校准装置，包括测试光模块、温度监控装置、温度校准装置以及安装有GUI软件的计算机。
如图1所示，所述温度监控装置包括电源芯片、温度传感芯片以及MCU，本优选实施例中，所述电源芯片采用ADI公司的电源芯片ADP196，所述温度传感芯片采用TI公司的温度传感芯片LM94023BITM，所述MCU采用ADI公司的ADuC7023或者ADuCM320i系列的MCU芯片，MCU芯片、温度传感芯片、电源芯片均焊接在光模块内部的PCB上。所述电源芯片与温度传感芯片以及MCU连接，电源芯片给MCU提供3V3的供电电压，利用MCU的VREF管脚输出的2V5电压(MCU此管脚驱动电流为1mA)给温度传感芯片(工作电流为微安级别)提供工作电压，所述温度传感芯片与MCU连接，所述温度传感芯片的输出电压随测试光模块内部PCBA的温度变化，所述MCU对温度传感芯片的输出电压进行实时采样并根据输出电压计算出PCBA监控温度传递给GUI软件。
温度传感芯片LM94023BITM封装尺寸很小，占用PCB面积很小，工作电压在1.5V～5.5V之间，工作电流典型值为5.4uA，可以在-50℃～150℃范围内工作。在-50℃～150℃范围内，温度传感芯片LM94023BITM的输出电压V与温度T的为线性关系。MCU对温度传感芯片LM94023BITM的输出电压V进行采样，通过采样0～70℃温度区间内输出的不同电压值，通过曲线拟合，可以得出MCU采样的输出电压V与PCBA温度T的关系为线性关系：
其中V的单位是mV；T的单位是℃；(T1,V1)与(T2,V2)为0～70℃温度区间的任意两点。
当温度传感芯片LM94023BITM的GS管脚接2V5时，即GS为高电平，线性系数为-8.2mV/℃，温度传感芯片的输出电压V与PCBA温度T的关系式如下：
V＝-8.2(mV/℃)*T(℃)+B
其中V为输出电压，T为PCBA温度，B为恒定的常数；
所述MCU利用上述关系式根据输出电压计算出PCBA监控温度。在0～70℃范围内，温度传感芯片LM94023BITM采集的温度T的精度误差在±1.8℃之内。
如图2所示，所述温度校准装置包括测试电路板、温度可调节的密闭盒子以及点温计。所述点温计固定在所述测试光模块的管壳上，用于测试光模块的Case温度，具体可用高温胶带将点温计的线头缠绕在测试光模块金属管壳的正中间；所述测试光模块(1#光模块)插入测试电路板(1#测试电路板)中并置于密闭盒子内，所述温度可调节的密闭盒子可以为可调节温度的温箱，或者所述温度可调节的密闭盒子为木质密闭盒子，通过快速温度冲击箱改变木质密闭盒子内的温度。优选地，所述温度校准装置还包括模拟光模块(2#光模块)、模拟测试电路板(2#测试电路板)以及光纤，所述模拟光模块放置于模拟测试电路板上，测试光模块和模拟光模块通过光纤连接，模拟光模块正常工作后，发送PRBS码型给测试光模块，给测试光模块提供一个模拟的正常工作场景。进一步地，所述温度校准装置还包括第一开关电源和第二开关电源，所述第一开关电源与测试电路板和测试光模块连接，用于为测试电路板和测试光模块提供工作电压；所述第二开关电源与模拟电路板和模拟光模块连接，用于为模拟电路板和模拟光模块提供工作电压。
改变密闭盒子内的温度，使得测试光模块的Case温度在0℃～70℃之间变化，通过对比不同盒内温度下点温计测得的光模块Case温度和GUI软件获取的PCBA温度，对GUI软件中光模块Case温度和PCBA温度线性关系的温度校准系数和温度补偿值进行调整，GUI软件根据PCBA监控温度以及光模块Case温度和PCBA温度线性关系获取光模块Case温度进行上报，最终使得GUI软件上报的监控温度和点温计测得的光模块Case温度基本一致，在可以接受的误差范围内。
具体地，利用计算机的USB接口，通过IIC访问测试电路板上的测试光模块，通过GUI软件界面可以监控光模块的上报温度，设置光模块的温度校准系数和温度补偿值。校准前，GUI软件上报的监控温度和点温计测得的光模块Case温度差异较大时，则需要调整温度校准系数，并进行温度补偿。根据MCU的采样特点，GUI软件上报的温度的ADC采样值Temp和校准前的温度T的ADC采样值为线型关系，如下公式所示：
Temp＝T*slope+offset
slope为温度校准系数，可以大幅度的改变温度监控值；offset为温度补偿值，可以对温度监控值进行微调。
如图3所示，上下两条直线分别为校准前与校准后MCU采样的电压V(mV)与GUI软件上报温度T(℃)的关系，离散点为校准后的利用点温计测试的光模块CASE温度，可见校准误差较小。
如下表所示，Monitor Temp(℃)为GUI软件显示的上报温度，Case Real Temp(℃)为点温计测得的实际光模块壳温，Error(℃)为两者的差值。
由上表可知，利用本发明实施例的光模块温度监控及校准方法以及装置获得的GUI显示的上报温度和光模块壳温的误差在±2℃以内，满足规格要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (9)
1.一种光模块温度监控及校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取不同环境温度下的光模块PCBA温度以及Case温度；
根据不同环境温度下的光模块PCBA温度以及Case温度获取光模块Case温度与PCBA温度之间的线性关系；
通过温度传感芯片对光模块内部PCBA的温度进行监控，MCU根据温度传感芯片随PCBA温度变化的输出电压计算出PCBA监控温度；
根据光模块PCBA监控温度以及上述光模块Case温度与PCBA温度之间的线性关系获取光模块Case温度作为最终的光模块工作温度上报。
2.如权利要求1所述的光模块温度监控及校准方法，其特征在于：所述光模块Case温度和PCBA温度之间的线性关系公式如下：
Temp＝T*slope+offset
其中，Temp为Case温度，T为PCBA温度，slope为温度校准系数，offset为温度补偿值。
3.一种光模块温度监控及校准装置，其特征在于：包括测试光模块、温度监控装置、温度校准装置以及安装有GUI软件的计算机；
所述温度监控装置包括电源芯片、温度传感芯片以及MCU，所述电源芯片与温度传感芯片以及MCU连接，用于为温度传感芯片和MCU提供工作电压，所述温度传感芯片与MCU连接，所述温度传感芯片的输出电压随测试光模块内部PCBA的温度变化，所述MCU对温度传感芯片的输出电压进行实时采样并根据输出电压计算出PCBA监控温度传递给GUI软件；
所述温度校准装置包括测试电路板、温度可调节的密闭盒子以及点温计，所述点温计固定在所述测试光模块的管壳上，用于测试光模块的Case温度，所述测试光模块插入测试电路板中并置于密闭盒子内；
改变密闭盒子内的温度，使得测试光模块的Case温度在0℃～70℃之间变化，通过对比不同盒内温度下点温计测得的光模块Case温度和GUI软件获取的PCBA温度，对GUI软件中光模块Case温度和PCBA温度线性关系的温度校准系数和温度补偿值进行调整，GUI软件根据PCBA监控温度以及光模块Case温度和PCBA温度线性关系获取光模块Case温度进行上报。
4.如权利要求3所述的光模块温度监控及校准装置，其特征在于：所述电源芯片的型号为ADP196，所述温度传感芯片的型号为LM94023BITM，所述MCU的型号为ADuC7023或者ADuCM320i。
5.如权利要求4所述的光模块温度监控及校准装置，其特征在于：利用MCU的VREF管脚输出的2V5电压给温度传感芯片提供工作电压，温度传感芯片的输出电压V与PCBA温度T的关系式如下：
V＝-8.2(mV/℃)*T(℃)+B
其中V为输出电压，T为PCBA温度，B为恒定的常数；
所述MCU利用上述关系式根据输出电压计算出PCBA监控温度。
6.如权利要求3所述的光模块温度监控及校准装置，其特征在于：所述温度校准装置还包括模拟光模块、模拟测试电路板以及光纤，所述模拟光模块放置于模拟测试电路板上，测试光模块和模拟光模块通过光纤连接，模拟光模块正常工作后，发送PRBS码型给测试光模块，给测试光模块提供一个模拟的正常工作场景。
7.如权利要求6所述的光模块温度监控及校准装置，其特征在于：所述温度校准装置还包括第一开关电源和第二开关电源，所述第一开关电源与测试电路板和测试光模块连接，用于为测试电路板和测试光模块提供工作电压；所述第二开关电源与模拟电路板和模拟光模块连接，用于为模拟电路板和模拟光模块提供工作电压。
8.如权利要求3所述的光模块温度监控及校准装置，其特征在于：所述温度可调节的密闭盒子为可调节温度的温箱。
9.如权利要求3所述的光模块温度监控及校准装置，其特征在于：所述温度可调节的密闭盒子为木质密闭盒子，通过快速温度冲击箱改变木质密闭盒子内的温度。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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