CN1489326A - 光通信设备中的温度控制器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于将光通信设备的温度保持在恒定的温度而与环境温度的变化无关的温度控制器和方法。所述的温度控制器包括：温度传感器，用于检测要进行温度控制的设备的当前温度；以及，温度比较部分，用于将由温度传感器检测到的当前温度与表示设备的合适操作温度的预定温度进行比较，所述的温度比较部分还包括：差动放大器，用于输出分别输入到阳极和阴极端子的信号之间的差；以及，第一、第二、第三和第四电阻衰减器，其中依据温度传感器的类型，使所述的电阻衰减器有选择地相互短路，以便改变输入到差分放大器中的信号的极性，从而在单一的PCB中同时使用PTC和NTC传感器，而与温度传感器的类型无关。

Description

光通信设备中的温度控制器及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种设计为将光通信设备保持在恒定的温度而与环境温度的变化无关的温度控制器。
背景技术
通常，用于波分复用(此后被称为WDM)的诸如激光二极管和阵列波导光栅(此后被称为AWG)的光通信设备对环境温度的变化较敏感。优选的是，如上所述的光通信设备使用温度控制器来保持恒定的温度，从而限制了传输的光信号的波长变化，并且使WDM光传输和WDM-PON(无源光网络)传输中的复用的光信号的波长保持稳定，从而实现不受周围的光信道的干扰的稳定的光系统。
图1是显示在通常的光通信设备中的温度控制器的结构的方框图，其中，温度控制器包括：温度传感器10、温度比较部分20、PID控制部分30、电流提供部分40、以及温度控制部分50。
温度传感器10检测诸如AWG的光通信设备60的当前温度。温度传感器使用其电阻随温度的变化而变化的热敏电阻(thermistor)或者Pt(铂)电阻温度检测器。Pt电阻温度检测器具有正温度系数(此后，被称为PTC)，其中，该检测器的电阻随着温度的上升而增加。依据其材料构成，热敏电阻具有PTC或者负温度系数(此后被称为NTC)。
温度比较部分20将预定的温度与当前的温度进行比较，并且产生与预定温度电压和当前温度电压之间的差值对应的误差电压Verr。温度控制器通过使用通用微型控制器和数模转换器(DAC)施加电压，或者直接施加参考电压Vref，建立预定的温度。温度控制器读取安放在诸如AWG的光通信设备60上的温度传感器10的电阻，将电阻转换为当前电压Vcur，然后将当前电压Vcur与针对预定温度的电压进行比较，以便获得当前温度。将比较得到的误差电压施加到PID控制部分20。
PID控制部分30从温度比较部分接收误差电压，对输出电压进行调整，以便使当前温度符合预定的温度，并且将输出电压施加到电流提供部分40。PID控制可以依据温度变化特性，有选择地使用P-、PI-、PD-控制电流等等。
电流提供部分40使用功率运算放大器(此后被称为OPA)或者PWM(脉宽调制)驱动器，将从PID控制部分30输出的电压放大为高电流(highcurrent)，然后将高电流提供给温度控制部分50。
温度控制部分50依据从电流提供部分40施加的高电流，控制光通信设备60的温度。由误差电压Verr的极性来确定施加到温度控制部分50的电流的极性，其中Verr是在温度比较部分20中的预定温度电压和当前温度电压之间的电压差。如果误差电压表示正电压，则产生正电流，如果误差电压表示负电压，则产生负电流。这样的温度控制器可以包括加热器、热电冷却器(此后被称为TEC)等。通常，TEC以对要进行温度控制的对象进行加热或者冷却的器件的形式出现。TEC或者加热器用于AWG，其中，加热器对要进行温度控制的对象进行加热，而与所施加的电流的极性无关。
在具有上述结构的温度控制器中，使用测量放大器(此后被称为IA)电路对当前的温度电压进行比较，从而通过OP(功率运算)放大器和使用OPA的差动放大器(differential amplifier)对误差进行精确的放大。
图2是显示在传统的光通信设备中使用的温度控制器的温度比较部分的结构的图。下面将首先对温度比较部分使用IA和使用Pt电阻温度检测器作为温度传感器的情况进行描述。
Pt电阻温度检测器显示了PTC的特性，即电阻随着温度而变化，其中，电阻在0℃为100Ω，并且温度每上升1℃，电阻增加0.385Ω。
在将Pt电阻温度检测器的电阻转换为电压的过程中，其中假定参考电压Vref是3V，电阻R是100Ω，以及预定的温度是70℃，则将预定的温度电压V1设置为1.678V，并且将该预定温度电压输入到IA21的阳极端子，从而将当前温度电压输入到IA21的阴极端子。然后，通过使用在电流提供端子的正极性电流，将具有正极性的温度比较部分的输出误差电压22施加到具有温度保持功能的加热器或者TEC，以便保持期望的温度。
此外，温度比较部分可以使用具有NTC特性的热敏电阻。该热敏电阻在25℃显示100kΩ的电阻，并且在70℃显示大约14.6kΩ的电阻。当R是100kΩ时，所设置的温度的电压大约为0.382V。将所设置的温度输入到IA的阴极端子，而将当前温度电压输入到IA的阳极端子，以便通过PID控制向TEC或者加热器提供电流。
当前温度电压增加，以便接近如上所述的在PTC传感器中的预定温度，而降低当前温度电压以便接近在NTC传感器中的预定温度。即，在PTC传感器的情况下，将当前温度电压输入到IA的阳极端子，在NTC传感器的情况下，将当前温度电压输入到IA中的阴极端子，从而限制了将NTC和PTC传感器同时使用在单一的PCB(印刷电路板)中。
发明内容
本发明提供了一种在光通信设备中的温度控制器，该温度控制器可以即使在使用单一的PCB时，可以同时包括PTC传感器和NTC传感器，而与温度传感器的类型无关。
本发明的一个方面是提供一种在光通信设备中的温度控制器，包括：
温度传感器，用于检测要进行温度控制的设备的当前温度；以及，温度比较部分，用于将由温度传感器检测到的当前温度与预定的温度进行比较，所述的预定温度即用于该设备的合适的操作温度，其中，温度比较部分还包括：差动放大器，用于输出分别输入到阳极和阴极端子的信号之间的差；与温度传感器连接的第一电阻衰减器(resistance pad)；与差动放大器的阳极端子连接的第二电阻衰减器，所述的第二电阻衰减器与第一电阻衰减器距离较远；与差动放大器的阴极端子连接的第三电阻衰减器，所述的第三电阻衰减器与第一和第二电阻衰减器距离较远；以及，第四电阻衰减器，用于接收与设置的温度对应的信号，并且与第一、第二和第三电阻衰减器距离较远，其中，第一到第四电阻衰减器依据温度传感器的类型，有选择地相互短路，从而改变输入到差动放大器的信号的极性。
在该实施例中，温度传感器包括：PTC传感器、相互短路的第一和第二电阻衰减器、以及相互短路的第三和第四电阻衰减器。温度传感器包括：NTC传感器、相互短路的第一和第三电阻衰减器、以及相互短路的第二和第四电阻衰减器。此外，温度控制器还包括至少一个0Ω的电阻器，以便使电阻衰减器相互短路。
在本发明的另一实施例中，提出了一种保持在光通信设备中的温度的方法。该方法包括步骤：检测要进行温度控制的设备的当前温度；将当前的温度与要保持的预定温度进行比较；产生表示当前温度和预定温度之间的差的信号；以及，依据温度传感器的类型，提供有选择地相互短路的四个电阻衰减器，以便改变输入到差分放大器的信号的极性。
附图说明
图1是说明在一般的光通信设备中的温度控制器的结构的方框图；
图2说明在一般的光通信设备的温度控制器中的温度比较部分；
图3是在本发明的光通信设备的温度控制器中的温度比较部分的PCB布置(layout)；
图4是使用NTC温度传感器的本发明的温度比较部分的PCB布置；以及
图5是使用PTC温度传感器的本发明的温度比较部分的PCB布置。
具体实施方式
依据本发明，将参考图3到图5，对本发明的优选实施例进行描述。在图中，应该理解：即使在不同的图中示出，也使用相同的参考数字或者符号表示相同的元件。出于阐明和简化的目的，由于可能使本发明理解起来不清楚，对已知的功能或者结构不将进行详细的描述。
图3是在本发明的光通信设备中的温度控制器中的温度比较部分的PCB布置。
如图3所示，对本发明的温度控制器的温度比较部分进行设计，从而通过在单一的PCB的前端使用电阻衰减器1到4，差动放大器100例如IA和OPA可以执行正和负的输入。
电阻衰减器包括：与温度传感器连接的第一电阻衰减器1；与差动放大器100的阳极端子连接的第二电阻衰减器2；与差动放大器100的阴极端子连接的第三电阻衰减器3；以及用于接收与设置的温度对应的信号的第四电阻衰减器4。对电阻衰减器1到4进行排列，以便使它们相互之间保持相同的垂直和水平距离。依据信号输入的端子，设置了对电阻衰减器进行短路的过程。下面将参考图4和图5对该过程进行解释。
图4说明使用NTC传感器的情况下的PCB布置。使用NTC传感器的温度控制器具有大于预定温度电压的当前温度电压，并且通过温度控制降低当前的温度电压。在使用NTC传感器的温度控制器中，将当前的温度电压输入到IA 100的阳极端子，并且将预定的温度输入到IA 100的阴极端子。
参考图4，为了将通过NTC传感器检测到的当前温度输入到IA 100的阳极端子，通过0Ω的电阻器12，使第一和第二电阻衰减器1和2相互短路。为了将预定的温度输入到IA100的阴极，通过0Ω的电阻器34，使第三和第四电阻衰减器3和4进行短路。
图5输出在使用PTC温度传感器的情况下的PCB布置。使用PTC传感器的温度控制器具有小于预定温度电压的当前温度电压，并且通过温度控制来增加当前温度电压。在使用PTC传感器的温度控制器中，将当前温度电压输入到IA 100的阴极端子，并且将预定的温度电压输入到IA 100的阳极端子。
参考图5，为了将通过PTC传感器检测到的电流温度输入到IA 100的阴极端子，通过0Ω的电阻器13，使第一和第三电阻衰减器1和3相互短路，为了将预定的温度输入到IA的阳极端子，通过0Ω的电阻器，使第二和第四电阻衰减器2和4相互短路。
如上所述，本发明依据用于温度控制器的温度传感器，可以有选择地使第一到第四电阻衰减器相互短路，以便改变输入到差分放大器的信号的极性。因此，可以同时使用PTC和NTC传感器，并且由于不需要制造另外的PCB，因而节省了成本和时间。
虽然结合优选的实施例已经对本发明进行了展示和描述，本领域的技术人员应该意识到：在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变化。例如，除了温度控制器，施加到IA或者OPA上的输入端子的电压可以依据电阻衰减器的电路方法而变化。因此，本发明的范围不局限于本发明的前述实施例，而应该由所附权利要求及其等价物来限定。

Claims (5)

1.一种在光通信设备中使用的温度控制器，用于调整当前的温度，包括：
温度传感器，用于检测当前的温度；以及
温度比较部分，用于将由温度传感器检测到的当前温度与表示设备的合适操作温度的预定温度进行比较，所述的温度比较部分包括：
差动放大器，用于输出分别输入到阳极和阴极端子的信号之间的差；
与温度传感器连接的第一电阻衰减器；
与差动放大器的阳极端子连接的第二电阻衰减器，所述的第二电阻衰减器与第一电阻衰减器间隔一定的距离；
与差动放大器的阴极端子连接的第三电阻衰减器，所述的第三电阻衰减器与第一和第二电阻衰减器间隔一定的距离；以及
用于接收与预定的温度对应的信号的第四电阻衰减器，所述的第四电阻衰减器与第一、第二和第三电阻衰减器间隔一定的距离，
其中，依据温度传感器的类型，第一到第四电阻衰减器有选择地相互短路，以便改变输入到差动放大器中的信号的极性。
2.根据权利要求1所述的温度控制器，其特征在于：温度传感器包括PTC传感器、相互短路的第一和第二电阻衰减器、以及相互短路的第三和第四电阻衰减器。
3.根据权利要求1所述的温度控制器，其特征在于：温度传感器包括NTC传感器、相互短路的第一和第三电阻衰减器、以及相互短路的第二和第四电阻衰减器。
4.根据权利要求1所述的温度控制器，其特征在于：还包括至少一个具有0Ω电阻的电阻器，所述的电阻器使电阻衰减器相互短路。
5.一种用于保持光通信设备的温度的方法，包括：
检测设备的当前温度；
将当前的温度与预定的温度进行比较；
产生表示在当前温度和预定温度之间的差的信号；以及
提供多个电阻衰减器，依据温度传感器的类型，使所述的多个电阻衰减器有选择地短路，以便改变输入到差动放大器中的信号的极性。
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