CN114281147B - 一种光模块输出光功率自动稳定电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光电子器件领域，特别涉及一种光模块输出光功率自动稳定电路及方法，所述电路包括LD激光器组件、PD激光器组件、PD电流检测电路、比较器、选通控制器、二次逼近算法处理中心、自增减算法处理中心及偏置电流产生电路，PD电流检测电路检测PD激光器组件的背探电流，比较器根据背探电流与指标电流的关系输出选通控制信号，选通控制器根据选通控制信号决定使用二次逼近算法处理中心采用二次逼近算法快速得到满足要求的偏置电流值，通过自增减算法处理中心进行对偏置电流值进行微调，偏置电流产生电路根据得到的偏置电流值以及微调后的偏置电流值产生偏置电流；本发明解决光模块内部激光器老化带来的输出光功率衰退问题。
Description
技术领域
本发明属于光电子器件领域，特别涉及一种光模块输出光功率自动稳定电路及方法。
背景技术
针对现有数字光模块，用于稳定发射光功率的技术主要包括以下几种：(1)温度补偿法：该方法需预设温度段查找表，然后实时监测环境温度，根据环境温度计算温度段并从查找表中查询到对应的数据，写入驱动器中更新偏置电流，该方法缺点为：温度段变化时输出光功率会出现一定幅度的跳变，会影响误码率，而且不能避免光模块内部激光器老化带来的输出光功率衰退问题。(2)K系数补偿法：该方法是根据光模块的工作温度，模拟一条偏置电流与温度的关系曲线，然后根据此曲线区自动计算所需的偏置电流数据，并写入驱动器中更新偏置电流，该方法的缺陷为：光模块内部激光器为非线性的电流器件，模拟的曲线与激光器的特性曲线会有一定的区别，会导致某温度点的复制不准确，从而影响误码率，同时也不能避免光模块内部激光器老化带来的输出光功率衰退问题。(3)常规APC自动控制技术：相对于温度补偿法、K系数补偿法等，该补偿技术不需要采集温度，可以自动完成输出光功率的自动补偿，并且可以避免光模块内部激光器老化带来的输出光功率衰退问题，但是其稳定输出光功率的时间较长，不能短时间达到需要的输出光功率，会出现增加传输误码率的情况，从而导致其应用范围变窄，不能满足GPON数字光模块、EPON数字光模块等需要快速稳定输出光功率的领域。
发明内容
为了解决常规APC自动控制技术补偿时间长的问题，本发明提出一种光模块输出光功率自动稳定电路及方法，所述电路包括LD激光器组件、PD激光器组件、PD电流检测电路1、比较器2、选通控制器3、二次逼近算法处理中心4、自增减算法处理中心5及偏置电流产生电路6，PD电流检测电路1检测PD激光器组件的背探电流，比较器2根据背探电流与指标电流的关系输出选通控制信号，选通控制器3根据选通控制信号决定使用二次逼近算法处理中心4采用二次逼近算法快速得到满足要求的偏置电流值，通过自增减算法处理中心5进行对偏置电流值进行微调，偏置电流产生电路6根据得到的偏置电流值以及微调后的偏置电流值产生偏置电流，并驱动LD激光器组件。
进一步的，当背探电流与指标电流的差值超过设定的阈值，则先采用二次逼近算法处理中心4快速获取一个偏置电流值，然后通过自增减算法处理中心5进行微调；当背探电流与指标电流的差值没超过设定的阈值，则直接通过自增减算法处理中心5进行微调获得偏置电流值。
进一步的，二次逼近算法处理中心4获取偏置电流值的过程包括：
若|IREF-IPD|>K，则二次逼近算法处理中心4进行微调操作；
若IREF-IPD>K，则令二次逼近算法处理中心4输出的偏置电流值表示为：IBIASC＝(IINIT+IPD)/2；重复该微调操作直到IREF-IPD≤K，完成微调；
若IREF-IPD＜K,则令二次逼近算法处理中心4输出的偏置电流值表示为：IBIASC＝IPD/2；重复该微调操作直到IPD-IREF≤K，完成微调；
其中，K为二次逼近调整阈值；IREF为指标电流；IPD为PD电流检测电路1检测PD激光器组件获取的背探电流；IINIT为初始调整电流。
进一步的，自增减算法处理中心5对偏置电流值进行微调的过程包括：
若0<|IREF-IPD|≤K，对二次逼近算法处理中心4输出的电流偏置值IBIASC或者进行调整，若IPD<IREF，则令IBIASS＝IBIASC+ISTEP；
若IPD>IREF，则令IBIASS＝IBIASC-ISTEP；
其中，IBIASS为微调后的偏置电流值；ISTEP自加或自减步进值。
本发明还提出一种光模块输出光功率自动稳定方法，包括以下步骤：
S1、光模块上电启动；
S2、PD电流检测电路1监控激光器组件中PD输出的背探电流IPD；
S3、比较器2比较背探电流IPD与IREF指标电流的大小，输出对应的选通控制电平；
S4、选通控制器3根据比较器2输入的选通控制电平选择调节单元；二次逼近算法处理中心4或自增减算法处理中心5；
S5、若选通的为二次逼近算法处理中心4则先进行二次快速逼近粗调输出偏置电流IBIASC，然后切换到自增减算法处理中心5输出偏置电流IBIASS；若选通的为自增减算法处理中心5则直接在之前调节的基础上输出偏置电流IBIASS；
S6、偏置电流产生电路6根据二次逼近算法处理中心4或自增减算法处理中心5的输入数据产生对应的驱动电流驱动激光器LD发光；
S7、重复上述S1-S7过程，完成闭环控制。
本发明技术可以快速稳定数字光模块的输出光功率，随环境的变化自动完成输出光功率的调整，避免光模块内部激光器老化带来的输出光功率衰退问题，可以被广发应用于普通数字光模块、GPON及EPON等有快速启动要求的数字光模块等领域。
附图说明
图1为本发明一种光模块输出光功率自动稳定电路结构示意图。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出一种光模块输出光功率自动稳定电路包括LD激光器组件、PD激光器组件、PD电流检测电路1、比较器2、选通控制器3、二次逼近算法处理中心4、自增减算法处理中心5及偏置电流产生电路6，PD电流检测电路1检测PD激光器组件的背探电流，比较器2根据背探电流与指标电流的关系输出选通控制信号，选通控制器3根据选通控制信号决定使用二次逼近算法处理中心4采用二次逼近算法快速得到满足要求的偏置电流值，通过自增减算法处理中心5进行对偏置电流值进行微调，偏置电流产生电路6根据得到的偏置电流值以及微调后的偏置电流值产生偏置电流，并驱动LD激光器组件。
本发明技术主要采用了两方面的技术手段获取偏置电流值，具体包括：
(1)二次快速逼近粗调技术
本发明的二次快速逼近粗调技术基础二次逼近法理论实现，其功能单元主要由PD电流检测电路1、比较器2、选通控制器3、二次逼近算法处理中心4等组成，实现原理为：
①若|IREF-IPD|>10uA(可根据需要调整)，环路进入二次逼近粗调模式，然后按照下面步骤进行算法处理：
若IREF-IPD>10uA，则逼近端值为IINIT、IPD，输出的偏置电流IBIASC为：
IBIASC＝(IINIT+IPD)/2
此情况为递增式逼近，随着重复的逼近过程，输出的偏置电流IBIASC会逐渐增大，对应的背探电流IPD也会逐渐增大，指导IREF-IPD≤10uA为止，则切换到自增、减微调模式。
若IREF-IPD＜10uA，则逼近端值为0、IPD，输出的偏置电流IBIASC为：
IBIASC＝(0+IPD)/2＝IPD/2
此情况为递减式逼近，随着重复的逼近过程，输出的偏置电流IBIASC会逐渐减小，对应的背探电流IPD也会逐渐减小，指导IPD-IREF≤10uA为止，则切换到自增、减微调模式。
上述递增式逼近、递减式逼近方式每次的输出值均会变成逼近端值和的1/2，反复的过程即为1/2n，故称为二次快速逼近粗调技术。此技术可以迅速达到|IREF-IPD|≤10uA的状态，可以保证IBIASC迅速达到指标要求范围(即输出光功率达到指标要求范围)，值得注意的是，在实际的调整过程中，递增式逼近、递减式逼近会经常穿插进行。
②若0<|IREF-IPD|≤10uA，环路进入自增、减微调模式。
③若|IREF-IPD|＝0，环路偏置电流正好合适，不需要调节。
(2)自增、减微调技术
如图1所示，自增、见微调技术的功能单元主要由PD电流检测电路1、比较器2、选通控制器3、二次逼近算法处理中心4、自增减算法处理中心5组成，实现原理为：首先，当二次逼近算法处理中心4完成的粗调后则自动切换到该微调处理中心。其首次调节以二次逼近算法处理中心4输出的偏置电流IBIASC为参考，若IPD<IREF，其输出的偏置电流IBIASS在IBIASC进行自加(IBIASS＝IBIASC+ISTEP),若IPD>IREF，则进行自减(IBIASS＝IBIASC-ISTEP)，进行调节ISTEP为自加、自减步进值，可以跟实际情况设定。当首次调节完成后，下一次的调节参考则变为上一次的输出偏置电流IBIASS，其它处理方法一样。重复上述的处理过程，则可完成自增、减微调处理。同样，在实际的处理过程中，会伴随自增、自减操作的交替进行。
本发明还提出一种光模块输出光功率自动稳定方法，基于闭环控制、二次逼近理论及分时粗细调技术等实现。其主要由LD与PD激光器组件、PD电流检测电路1、比较器2、选通控制器3、二次逼近算法处理中心4、自增减算法处理中心5及偏置电流产生电路6等部分组成。该技术通过采集激光器组件中PD的背探电流IPD与需要达到的指标电流IREF比较，选择输出偏置电流的调节方式(即IREF与IPD相差较大时切换到二次快速逼近粗调模式，反之则切换到自增、减微调模式。)调节偏置电流，进而控制激光器LD的输出光功率的一种闭环控制技术。具体的实施步骤为：
1、光模块上电启动；
2、PD电流检测电路1监控激光器组件中PD输出的背探电流IPD；
3、比较器2比较背探电流IPD与IREF指标电流的大小，输出对应的选通控制电平；
4、选通控制器3根据比较器2输入的选通控制电平选择调节单元；二次逼近算法处理中心4或自增减算法处理中心5；
5、若选通的为二次逼近算法处理中心4则先进行二次快速逼近粗调输出偏置电流IBIASC，然后切换到自增减算法处理中心5输出偏置电流IBIASS；若选通的为自增减算法处理中心5则直接在之前调节的基础上输出偏置电流IBIASS；
6、偏置电流产生电路6根据二次逼近算法处理中心4或自增减算法处理中心5的输入数据产生对应的驱动电流驱动激光器LD发光；
7、重复上述1-7过程，完成闭环控制，快速稳定光模块的输出光功率，解决光模块内部激光器老化带来的输出光功率衰退问题。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“外”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋转”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (2)
1.一种光模块输出光功率自动稳定电路，其特征在于，包括LD激光器组件、PD激光器组件、PD电流检测电路(1)、比较器(2)、选通控制器(3)、二次逼近算法处理中心(4)、自增减算法处理中心(5)及偏置电流产生电路(6)，PD电流检测电路(1)检测PD激光器组件的背探电流，比较器(2)根据背探电流与指标电流的关系输出选通控制信号，选通控制器(3)根据选通控制信号决定使用二次逼近算法处理中心(4)采用二次逼近算法快速得到满足要求的偏置电流值，通过自增减算法处理中心(5)进行对偏置电流值进行微调，偏置电流产生电路(6)根据得到的偏置电流值以及微调后的偏置电流值产生偏置电流，并驱动LD激光器组件；当背探电流与指标电流的差值超过设定的阈值，则先采用二次逼近算法处理中心(4)快速获取一个偏置电流值，然后通过自增减算法处理中心(5)进行微调；当背探电流与指标电流的差值没超过设定的阈值，则直接通过自增减算法处理中心(5)进行微调获得偏置电流值；
二次逼近算法处理中心(4)获取偏置电流值的过程包括：
若|IREF-IPD|>K,则二次逼近算法处理中心(4)进行微调操作；
若IREF-IPD>K，则令二次逼近算法处理中心(4)输出的偏置电流值表示为：IBIASC＝(IINIT+IPD)/2；重复该微调操作直到IREF-IPD≤K，完成微调；
若IREF-IPD＜K,则令二次逼近算法处理中心(4)输出的偏置电流值表示为：IBIASC＝IPD/2；重复该微调操作直到IPD-IREF≤K，完成微调；
其中，K为二次逼近调整阈值；IREF为指标电流；IPD为PD电流检测电路(1)检测PD激光器组件获取的背探电流；IINIT为初始调整电流；
自增减算法处理中心(5)对偏置电流值进行微调的过程包括：
若0<|IREF-IPD|≤K，对二次逼近算法处理中心(4)输出的电流偏置值IBIASC进行调整，若IPD<IREF，则令IBIASS＝IBIASC+ISTEP；
若IPD>IREF，则令IBIASS＝IBIASC-ISTEP；
其中，IBIASS为微调后的偏置电流值；ISTEP自加或自减步进值。
2.一种光模块输出光功率自动稳定方法，其特征在于，基于权利要求1所述的一种光模块输出光功率自动稳定电路实现一种光模块输出光功率自动稳定方法，包括以下步骤：
S1、光模块上电启动；
S2、PD电流检测电路(1)监控激光器组件中PD输出的背探电流IPD；
S3、比较器(2)比较背探电流IPD与IREF指标电流的大小，输出对应的选通控制电平；
S4、选通控制器(3)根据比较器(2)输入的选通控制电平选择调节单元；二次逼近算法处理中心(4)或自增减算法处理中心(5)；
S5、若选通的为二次逼近算法处理中心(4)则先进行二次快速逼近粗调输出偏置电流IBIASC，然后切换到自增减算法处理中心(5)输出偏置电流IBIASS；若选通的为自增减算法处理中心(5)则直接在之前调节的基础上输出偏置电流IBIASS；
S6、偏置电流产生电路(6)根据二次逼近算法处理中心(4)或自增减算法处理中心(5)的输入数据产生对应的驱动电流驱动激光器LD发光；
S7、重复上述S1-S7过程，完成闭环控制。
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