CN116155374A - 一种基于pid算法的光模块soa输入输出光功率监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于PID算法的光模块SOA输入输出光功率监控方法，包括以下步骤：S1：设定RSSI的目标值；S2：监测输出光功率值；S3：PID调节增益、维持光信号二的光功率的稳定；S4：确定输入光功率值；S5：校准。本发明中，采用外围硬件电路与软件控制算法相结合的方法，一方面通过PID算法改变SOA模块的电压，自动调整SOA模块的增益，反馈电压高了就降低增益，反馈电压低了就调高增益，利用采样、PID计算的高速循环达到稳定输出光信号光功率的效果；另一方面结合拟合公式，对较宽范围内的输入光信号的光功率进行二阶线性拟合，获得拟合曲线，实现输入光功率快捷监测的功能。
Description
技术领域
本发明涉及光模块SOA技术领域，具体地说涉及一种基于PID算法的光模块SOA输入输出光功率监控方法。
背景技术
SOA作为光通信领域中放大光信号的常用组件，常用于光发射端以提高出光功率，或用于光接收端以提高灵敏度。在现有技术中，SOA运用于光接收端时主要存在以下两个难点：
1.SOA的后级——信号处理电路，需要输出光功率在较窄范围内保持稳定，否则会有产生误码的风险；
2.多数情况下，设备如光模块需要监测输入光功率，即SOA的前级光功率，但是光功率采样电路一般仅仅设计到SOA的后级电路中，不便于对SOA的前级进行采样监测。
因此，需要新的解决方案来解决此类问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可以实现输出光功率维稳、输入光功率监测的基于PID算法的光模块SOA输入输出光功率监控方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于PID算法的光模块SOA输入输出光功率监控方法，包括以下步骤：
S1：设定RSSI的目标值；
S2：监测输出光功率值；
S3：PID调节增益、维持光信号二的光功率的稳定；
S4：确定输入光功率值；
S5：校准。
进一步地，所述步骤S2进一步包括：
S2-1：所述外部光源输入的光信号一的光功率在宽范围内变化，光信号一经过基本放大电路中所述SOA模块的增益调节后，输出的光信号二的光功率在窄范围内变化；
S2-2：光信号二经过基本放大电路中的后级信号处理电路处理后，转化为电信号输出；
S2-3：根据光信号二的光功率与RSSI的电流呈线性正相关，对RSSI进行采样，获知光信号二的光功率数值。
进一步地，步骤S2-3进一步包括：
S2-3-1：RSSI并联采样电阻，将电流模拟信号转化为电压模拟信号；
S2-3-2：RSSI接入所述MCU模块的ADC引脚，将电压模拟信号转化为电压数字信号，计算光信号二的光功率值。
进一步地，步骤S3进一步包括：
S3-1：所述可调电压源模块向所述SOA模块3供电；
S3-2：所述MCU模块接入可调电压源模块，所述可调电压源模块接入所述SOA模块，形成基本放大电路外接的负反馈回路；
S3-3：根据所述SOA模块的增益与提供给所述SOA模块的电流ISOA呈线性正相关，又根据ISOA与提供给所述SOA模块的电压USOA呈线性正相关，则改变USOA，即改变所述可调电压源模块的输出电压，即可控制所述SOA模块的增益的调整；
S3-4：所述MCU模块的DAC引脚接入所述可调电压源模块，将RSSI的电压数字信号转化为SOASET的电压模拟信号，开启PID算法，自动调节所述可调电压源模块的输出电压，进而实现所述SOA模块增益的自动调整。
进一步地，步骤S3-4进一步包括：
S3-4-1：稳态下，若输入的光信号一的光功率发生变化，短时间内输出的光信号二的光功率随之发生变化，则RSSI偏离初始设定的目标值，所述MCU模块开启PID算法，RSSI作为PID算法的输入，SOASET作为PID算法的反馈，根据RSSI的偏离程度调节SOASET，进而调整所述SOA模块的增益，实现对光信号二的光功率的调节；
S3-4-2：重复步骤S3-4-1，进行多个周期的PID调节，直至RSSI恢复至初始设定的目标值、光信号二的光功率恢复至初始值。
进一步地，步骤S4进一步包括：
S3-4-1：记录不同的光信号一输入状态下不同的SOASET的ADC值；
S3-4-2：根据光信号一的光功率值与SOASET的ADC值呈线性负相关，即光信号一的光功率值增大，所述SOA模块的增益减小，SOASET的ADC值降低，公式OpticalPower(dBm)＝aX2+bX+c中，X为SOASET的ADC值，a/b/c为待定系数，多周期循环仿真获得拟合曲线，确定a、b、c，推导计算任一SOASET的ADC值对应的光信号一的光功率值。
本发明的有益效果体现在：
本发明中，采用外围硬件电路与软件控制算法相结合的方法，一方面通过PID算法改变SOA模块的电压，自动调整SOA模块的增益，反馈电压高了就降低增益，反馈电压低了就调高增益，利用采样、PID计算的高速循环达到稳定输出光信号光功率的效果；另一方面结合拟合公式，对较宽范围内的输入光信号的光功率进行二阶线性拟合，获得拟合曲线，实现输入光功率快捷监测的功能。
附图说明
图1是本发明一实施例的流程图。
图2是本发明一实施例的电路图。
图3是本发明一实施例的拟合曲线图。
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的一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。需要说明，本发明中涉及的各模块均为现有技术中可通过购买途径获得的元件或标准件。
参见图1-图3。
本发明提供了一种基于PID算法的光模块SOA输入输出光功率监控方法，包括以下步骤：
S1：设定RSSI的目标值；
S2：监测输出光功率值：外部光源输向SOA模块的光信号一经增益调节后输出为光信号二，光信号二经后级信号处理电路处理获得光信号二的镜像电流源RSSI，MCU模块对RSSI采样，获知光信号二的光功率值；
S3：PID调节增益、维持光信号二的光功率的稳定：稳态下，若输入光信号一的光功率发生变化，则MCU模块开启PID算法，自动调节可调电压源模块的输出电压，进而自动调整SOA模块的增益，RSSI的目标值恢复到步骤S1设定的初始值、光信号二的光功率值恢复到步骤S2监测的初始值；
S4：确定输入光功率值：根据公式OpticalPower(dBm)＝aX2+bX+c，对输入的光信号一的光功率范围值进行二阶线性拟合，获得拟合曲线，计算任一次输入的光信号一的光功率值；
S5：校准：利用VOA模块(可调光衰减器)改变输入光信号一的光功率，MCU模块开启PID算法，进行多个周期下的增益调整及二阶线性拟合，直至输出光信号二趋于稳定。
本发明中，采用外围硬件电路与软件控制算法相结合的方法，一方面通过PID算法改变SOA模块的电压，自动调整SOA模块的增益，反馈电压高了就降低增益，反馈电压低了就调高增益，利用采样、PID计算的高速循环达到稳定输出光信号光功率的效果；另一方面结合拟合公式，对较宽范围内的输入光信号的光功率进行二阶线性拟合，获得拟合曲线，实现输入光功率快捷监测的功能。
在一实施例中，所述步骤S2进一步包括：
S2-1：所述外部光源输入的光信号一的光功率在宽范围内变化，例如-30dBm～-3dBm，光信号一经过基本放大电路中所述SOA模块的增益调节后，输出的光信号二的光功率在窄范围内变化，例如-5dBm～0dBm；
S2-2：光信号二经过基本放大电路中的后级信号处理电路处理后，转化为电信号输出；
S2-3：根据光信号二的光功率与RSSI的电流呈线性正相关，对RSSI进行采样，获知光信号二的光功率数值。
本发明中，后级信号处理电路选用TIA模块(跨阻放大器)结合PD调节；
本发明中，所述SOA模块可以选用住友(Sumitomo)的SOA器件，该SOA器件可以放大1294nm～1310nm波长的光信号，满足光模块中LWDM的应用需求，该SOA器件的工作特点是：给一个直流电流，就可以对输入的光信号进行放大，放大的增益取决于电流的大小，但其增益并不是线性的，且不同器件之间差异较大；
所述SOA模块具体型号不唯一，本发明中，还可以选用其他能满足上述工作特点的SOA器件。
在一实施例中，步骤S2-3进一步包括：
S2-3-1：RSSI并联采样电阻，将电流模拟信号转化为电压模拟信号；
S2-3-2：RSSI接入所述MCU模块的ADC引脚，将电压模拟信号转化为电压数字信号，计算光信号二的光功率值。
所述MCU模块具体型号不唯一，本发明中，所述MCU模块可选用STM32、C51等。
在一实施例中，步骤S3进一步包括：
S3-1：所述可调电压源模块向所述SOA模块供电；
S3-2：所述MCU模块接入可调电压源模块，所述可调电压源模块接入所述SOA模块，形成基本放大电路外接的负反馈回路；
S3-3：根据所述SOA模块的增益与提供给所述SOA模块的电流ISOA呈线性正相关，又根据ISOA与提供给所述SOA模块的电压USOA呈线性正相关，则改变USOA，即改变所述可调电压源模块的输出电压，即可控制所述SOA模块的增益的调整；
S3-4：所述MCU模块的DAC引脚接入所述可调电压源模块，将RSSI的电压数字信号转化为SOASET的电压模拟信号，开启PID算法，自动调节所述可调电压源模块的输出电压，进而实现所述SOA模块增益的自动调整。
本发明中，利用所述可调电压源模块向所述SOA模块供电，以实现不同的增益需求，从而实现对输入到所述SOA模块的光信号一的不同光功率需求，最终达到输出光功率保持稳定的目的；
所述可调电压源模块具体型号不唯一，本发明中，所述可调电压源模块选用MIC5309，是一款具有低纹波、高负载能力的输出可调LDO。
在一实施例中，步骤S3-4进一步包括：
S3-4-1：稳态下，若输入的光信号一的光功率发生变化，短时间内输出的光信号二的光功率随之发生变化，则RSSI偏离初始设定的目标值，所述MCU模块开启PID算法，RSSI作为PID算法的输入，SOASET作为PID算法的反馈，根据RSSI的偏离程度调节SOASET，进而调整所述SOA模块的增益，实现对光信号二的光功率的调节；
S3-4-2：重复步骤S3-4-1，进行多个周期的PID调节，直至RSSI恢复至初始设定的目标值、光信号二的光功率恢复至初始值。
本发明中，利用所述MCU模块的DAC控制SOASET的电压，以控制输入到所述SOA模块的电流，由于软件算法采用负反馈控制，所以输入至所述SOA模块的具体电流值并不重要。
在一实施例中，步骤S4进一步包括：
S3-4-1：记录不同的光信号一输入状态下不同的SOASET的ADC值；
S3-4-2：根据光信号一的光功率值与SOASET的ADC值呈线性负相关，即光信号一的光功率值增大，所述SOA模块的增益减小，SOASET的ADC值降低，公式OpticalPower(dBm)＝aX2+bX+c中，X为SOASET的ADC值，a/b/c为待定系数，多周期循环仿真获得拟合曲线，确定a、b、c，推导计算任一SOASET的ADC值对应的光信号一的光功率值。
本发明中，除了需要维持输出的光信号二的光功率稳定，还需要知道输入的光信号一的光功率大小，由于当前缺少对所述SOA模块前级的直接监测手段，所以采用上述对应关系去反向推导获得则更为便捷；
本发明中，二阶线性拟合的具体实现软件不唯一，可以选用Excel、Matelable等，需要注意的是，不同的器件会有不同的线性系数。
应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明，并不用于限制本发明，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，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 (6)
1.一种基于PID算法的光模块SOA输入输出光功率监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：设定RSSI的目标值；
S2：监测输出光功率值；
S3：PID调节增益、维持光信号二的光功率的稳定；
S4：确定输入光功率值；
S5：校准。
2.如权利要求1所述的基于PID算法的光模块SOA输入输出光功率监控方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括：
S2-1：所述外部光源输入的光信号一的光功率在宽范围内变化，光信号一经过基本放大电路中所述SOA模块的增益调节后，输出的光信号二的光功率在窄范围内变化；
S2-2：光信号二经过基本放大电路中的后级信号处理电路处理后，转化为电信号输出；
S2-3：根据光信号二的光功率与RSSI的电流呈线性正相关，对RSSI进行采样，获知光信号二的光功率数值。
3.如权利要求2所述的基于PID算法的光模块SOA输入输出光功率监控方法，其特征在于，步骤S2-3进一步包括：
S2-3-1：RSSI并联采样电阻，将电流模拟信号转化为电压模拟信号；
S2-3-2：RSSI接入所述MCU模块的ADC引脚，将电压模拟信号转化为电压数字信号，计算光信号二的光功率值。
4.如权利要求1或3所述的基于PID算法的光模块SOA输入输出光功率监控方法，其特征在于，步骤S3进一步包括：
S3-1：所述可调电压源模块向所述SOA模块供电；
S3-2：所述MCU模块接入可调电压源模块，所述可调电压源模块接入所述SOA模块，形成基本放大电路外接的负反馈回路；
S3-3：根据所述SOA模块的增益与提供给所述SOA模块的电流ISOA呈线性正相关，又根据ISOA与提供给所述SOA模块的电压USOA呈线性正相关，则改变USOA，即改变所述可调电压源模块的输出电压，即可控制所述SOA模块的增益的调整；
S3-4：所述MCU模块的DAC引脚接入所述可调电压源模块，将RSSI的电压数字信号转化为SOASET的电压模拟信号，开启PID算法，自动调节所述可调电压源模块的输出电压，进而实现所述SOA模块增益的自动调整。
5.如权利要求4所述的基于PID算法的光模块SOA输入输出光功率监控方法，其特征在于，步骤S3-4进一步包括：
S3-4-1：稳态下，若输入的光信号一的光功率发生变化，短时间内输出的光信号二的光功率随之发生变化，则RSSI偏离初始设定的目标值，所述MCU模块开启PID算法，RSSI作为PID算法的输入，SOASET作为PID算法的反馈，根据RSSI的偏离程度调节SOASET，进而调整所述SOA模块的增益，实现对光信号二的光功率的调节；
S3-4-2：重复步骤S3-4-1，进行多个周期的PID调节，直至RSSI恢复至初始设定的目标值、光信号二的光功率恢复至初始值。
6.如权利要求1所述的基于PID算法的光模块SOA输入输出光功率监控方法，其特征在于，步骤S4进一步包括：
S3-4-1：记录不同的光信号一输入状态下不同的SOASET的ADC值；
S3-4-2：根据光信号一的光功率值与SOASET的ADC值呈线性负相关，即光信号一的光功率值增大，所述SOA模块的增益减小，SOASET的ADC值降低，公式OpticalPower(dBm)＝aX2+bX+c中，X为SOASET的ADC值，a/b/c为待定系数，多周期循环仿真获得拟合曲线，确定a、b、c，推导计算任一SOASET的ADC值对应的光信号一的光功率值。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117330951A (zh) * | 2023-11-16 | 2024-01-02 | 华羿微电子股份有限公司 | 一种mos开关器件的soa测试系统及测试方法 |
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2022
- 2022-11-17 CN CN202211442737.XA patent/CN116155374A/zh active Pending
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| CN117330951A (zh) * | 2023-11-16 | 2024-01-02 | 华羿微电子股份有限公司 | 一种mos开关器件的soa测试系统及测试方法 |
| CN117330951B (zh) * | 2023-11-16 | 2024-03-22 | 华羿微电子股份有限公司 | 一种mos开关器件的soa测试系统及测试方法 |
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