CN201383813Y - 基于单片机的平均光功率和消光比恒定的自动控制光模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于单片机的平均光功率和消光比恒定的自动控制光模块，涉及光通信领域中的光模块；具体地说，涉及光模块的结构。本光模块的主要结构是：单片机(1)、数模转换器(2)、激光器驱动电路(4)、激光器组件(7)、背光电流取样电路(5)和单片机(1)依次连接，实现平均光功率恒定控制；单片机(1)、数模转换器(2)、激光器驱动电路(4)、激光器组件(7)、温度取样电路(3)和单片机(1)依次连接，实现消光比恒定控制。本实用新型电路简洁，控制效果好，精确度高，响应快、应用方便。

Description

基于单片机的平均光功率和消光比恒定的自动控制光模块

技术领域

本实用新型涉及光通信领域中的光模块，尤其涉及基于单片机的平均光功率和消光比恒定的自动控制光模块；具体地说，涉及光模块的结构。

背景技术

随着光通信网络传输容量的发展，对小型封装的光模块需求越来越多，通过更小的体积和更低的成本，提供更高的接入密度，最终提高用户接入容量。光模块体积的减小，使得模块内部温度升高，再加上整个系统中模块间距更加接近，模块工作的周边温度也升高了，这对模块的性能影响很大。由于激光器的特性随温度变化而变化，在设计光模块时，需仔细考虑激光器参数与温度之间的关系。

在设计光模块时，有两个十分重要的参数要重点考虑：平均光功率和消光比。这两个参数与激光二极管的光功率-电流曲线的斜率和阈值电流息息相关，激光器的性能表现出来的特点就是随温度变化而变化。光模块在板上整个温度工作范围内，要保持平均光功率和消光比恒定。

发明内容

本实用新型的目的就在于针对光模块特性随温度变化的特点，提供基于单片机的平均光功率和消光比恒定的自动控制光模块。

本实用新型的目的是这样实现的：

采用单片机、高精度数模转换器，通过软件控制和查表的方式，来实现光模块平均光功率和消光比的调节和稳定。

1、平均光功率恒定控制

由于背光二极管线性度随温度变化小，故利用此特性可做光功率监测用；

单片机、数模转换器、激光器驱动电路、激光器组件、背光电流取样电路和单片机依次连接组成闭环控制电路；

具体控制步骤如下：

①通过上位机进行功率上报校准，设置一偏置电流点，读取功率计读数输入上位机界面，背光电流取样电路把此功率转化为电压，输入到单片机进行模数转化后，输出背光二极管电流给上位机；同样的方法设置另外一偏置电流点，读取功率计读数输入上位机界面，单片机输出背光二极管电流给上位机。通过以上数据计算公式：P＝KI_pb+b中常数K、b；

②通过上位机界面设置输出平均光功率点，即给定值、偏置电流调整步进值、允许控制的误差范围；

③单片机通过反复采样背光二极管电流，来判断平均光功率是否达到设置值允许的误差范围内；如果超出误差范围，单片机通过设置的步进增加或者减小偏置电流，来控制平均光功率在误差允许范围内。

2、消光比恒定控制

通过反复试验确定温度与调制电流设置表，利用查表方式设置调制电流来保持消光比恒定；

温度取样电路、单片机、数模转换器、激光器驱动电路和激光器组件依次连接组成开环电路；

具体控制步骤如下：

①通过热敏电阻取样激光器温度对应的电压，输入单片机进行模数转换；

②单片机通过公式运算：T＝aV³+bV²+cV+d把电压转换为温度查表；

③单片机查出相应温度下的调制电流值，输出去控制激光器驱动器。

另外，温度和调制电流表是经验值，由于器件一致性问题，此经验值存在一定的误差，为修正此误差采用了四点校准法：测试模块四个温度下，保持消光比恒定所需的调制电流，这些数据输入上位机计算得到一组平滑数据，然后和经验值求算术平均值，后得到的表存入单片机。

光模块主要包括单片机、数模转换器、温度取样电路、激光器驱动电路、背光电流取样电路、保护电路和激光器组件；

单片机、数模转换器、激光器驱动电路、激光器组件、背光电流取样电路5和单片机依次连接，实现平均光功率恒定控制；

单片机、数模转换器、激光器驱动电路、激光器组件、温度取样电路和单片机依次连接，实现消光比恒定控制；

温度取样电路设置在激光器组件附近，获取激光器组件的温度；

保护电路设置在激光器驱动电路和激光器组件之间，实现对激光器组件的保护。

本实用新型具有下列优点和积极效果：

电路简洁，控制效果好，精确度高，响应快、应用方便，同时加入保护电路保证了激光二极管的安全。

经实际检测，本实用新型控制平均光功率的误差为±0.3dbm，消光比的误差为±0.3db。

附图说明

图1是本模块的结构框图；

其中：

1-单片机；

2-数模转换器；

3-温度取样电路；

4-激光器驱动电路；

5-背光电流取样电路；

6-保护电路；

7-激光器组件。

具体实施方式

一、光模块的结构

如图1，光模块主要包括单片机1、数模转换器2、温度取样电路3、激光器驱动电路4、背光电流取样电路5、保护电路6和激光器组件7；

单片机1、数模转换器2、激光器驱动电路4、激光器组件7、背光电流取样电路5和单片机1依次连接，实现平均光功率恒定控制；

单片机1、数模转换器2、激光器驱动电路4、激光器组件7、温度取样电路3和单片机1依次连接，实现消光比恒定控制；

温度取样电路3设置在激光器组件7附近，获取激光器组件7的温度；

保护电路6设置在激光器驱动电路4和激光器组件7之间，实现对激光器组件7的保护。

二、元器件

1、单片机1

单片机1采用Silicon Laboratories C8051F330，监控激光器(LD)的温度、光功率，控制数模转换器(DAC)2设置偏置电流和调制电流。

软件包括：

(1)光功率和偏置电流公式计算；

(2)Rth热敏电阻和T温度换算；

(3)调制电流和温度补偿数据表。

2、数模转换器2

数模转换器2采用ADI精度较高的10位DAC AD5315带I2C接口。

3、温度取样电路3

温度取样电路3采用村田负温度系数热敏电阻。

4、激光器驱动电路(LDD)4

激光器驱动电路(LDD)4即由TI的ONET1101L组成。

5、背光电流取样电路5

背光电流取样电路5采用高精度运算放大器。

6、保护电路6

保护电路6由相互连接的三极管和电阻组成，通过软件控制。

7、激光器组件7

VCSEL、F-P或DFB激光器均可。

Claims (2)

1、基于单片机的平均光功率和消光比恒定的自动控制光模块，其特征在于：

主要包括单片机(1)、数模转换器(2)、温度取样电路(3)、激光器驱动电路(4)、背光电流取样电路(5)、保护电路(6)和激光器组件(7)；

单片机(1)、数模转换器(2)、激光器驱动电路(4)、激光器组件(7)、背光电流取样电路(5)和单片机(1)依次连接；

单片机(1)、数模转换器(2)、激光器驱动电路(4)、激光器组件(7)、温度取样电路(3)和单片机(1)依次连接；

温度取样电路(3)设置在激光器组件(7)附近；

保护电路(6)设置在激光器驱动电路(4)和激光器组件(7)之间。

2、按权利要求1所述的自动控制光模块，其特征在于：

单片机(1)采用Silicon Laboratories C8051F330。

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