CN205249236U - 光组件自动耦合系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光组件自动耦合系统，其主要电路包括单片机、电流源电路、LD光电二极管、模数转换电路、对数放大器、PIN光电二极管，其中，所述PIN光电二极管的输出端与所述对数放大器连接，所述对数放大器的输出端与所述模数转换电路连接，所述模数转换电路的输出端与所述单片机连接，所述单片机的输出端与所述电流源电路连接，所述电流源电路的输出端分别与所述LD光电二极管、模数转换电路连接。本实用新型的有益效果是：同时具备高精度光功率计、LD驱动精密电流源、压力计驱动与数据采集的功能，全自动化驱动和控制耦合系统进行光发射组件耦合。

Description

光组件自动耦合系统

技术领域

本实用新型涉及光组件自动耦合系统，尤其涉及光组件自动耦合系统。

背景技术

光行业内现有的光组件自动耦合系统，其中发射组件耦合系统主要由自动耦合装置、电流源和光功率计三部分组成。

1、自动耦合装置主要使用X、Y、Z轴三个步进或伺服电机组成，其中，Z轴电机负责光组件适配器的高度，通过人为的调节和判断高度或由软件自动调节高度作为Z轴调节起点。

2、电流源使用数字源表做电流源来设定输出的电流，或者制作一些简易的电路控制做电流源控制输出电流，来驱动光组件发光。

3、光功率计用于实时监控自动耦合时的输出光功率，测量一般使用台式或手持式的光功率计，光功率计的通信接口一般有GPIB、串口和USB等。

由于现有技术中的光组件自动耦合系统难以同时具备高精度光功率计、LD驱动精密电流源、压力计驱动与数据采集的功能，导致有如下缺陷：

1、自动耦合装置的Z轴电机负责光组件适配器的高度，通过人为地调节高度到指定位置作为Z轴耦合的起点(即高度为0)，判断依据是当适配器与光组件接触时即为起点，但是由于每次人手的力度不同，那么适配器与光组件的接触压力也不同，导致Z轴起点的位置也不同，最终耦合好后的Z轴位置每次都有不同，导致适配器与光组件适配器点胶形成一个完整组件时输出光功率跟耦合时最佳的光功率偏差大；自动调节高度，其实还是半自动调节，是为了提高Z轴到起点的速度与效率而采取的方式，通过软件计算当前位置到起点位置的距离，然后自动调节到指定位置，但是每只组件的高度会有差异，那么自动调节到起点时会导致适配器与光组件接触力过大而损伤光组件。

2、电流源多采用用数字源表，具有代表性如Keithley24xx系列、AgilentB29xx系列等，但价格昂贵，由于只用到电流源这一部分功能，且光发射组件驱动电流为毫安(mA)级，那么电流源的利用率不高，同时导致耦合系统造价成本大幅度提高，每次设置输出电流时还必须人为使用万用表测量实际输出电流，才能接入组件，可靠性和可操作性降低；部分厂家电流源也使用自制的电流源，使用模拟电路控制输出电流，人为调节电阻电位器来调节电流且输出电流为非线性，调节时需要接万用表实时监测输出电流，直到达到要求的输出电流为止，同样可靠性和可操作性低。

3、光功率计测量光组件输出光功率，自动耦合时多采用GPIB、串口和USB等来与上位机软件进行通信，精度高和采样率较快并使用GPIB或USB高速通信的光功率计一般造价高，而精度低或采样率地则无法满足自动耦合，只适合手动耦合。

4、即采用完整的台式设备组合成的自动耦合系统，功能完全满足要求，但是系统成本太高，且性能与功能都处于被动，可靠性和可操作性低。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种光组件自动耦合系统。

本实用新型提供了一种光组件自动耦合系统，包括单片机、电流源电路、LD光电二极管、模数转换电路、对数放大器、PIN光电二极管，其中，所述PIN光电二极管的输出端与所述对数放大器连接，所述对数放大器的输出端与所述模数转换电路连接，所述模数转换电路的输出端与所述单片机连接，所述单片机的输出端与所述电流源电路连接，所述电流源电路的输出端分别与所述LD光电二极管、模数转换电路连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述光组件自动耦合系统还包括计算机，所述计算机设有USB接口，所述USB接口与所述单片机连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述USB接口连接有LDO电源。

作为本实用新型的进一步改进，所述LDO电源的输出端连接有DC-DC升压电路。

作为本实用新型的进一步改进，所述DC-DC升压电路的输出端连接有压力传感器。

作为本实用新型的进一步改进，所述压力传感器的输出端与所述模数转换电路连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述对数放大器的输出端与所述模数转换电路的ADC1端口连接，所述压力传感器的输出端与所述模数转换电路的ADC2端口连接，所述电流源电路的输出端与所述模数转换电路的ADC3端口连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述模数转换电路的SPI端口与所述单片机连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述单片机的SPI端口与所述电流源电路连接。

本实用新型还提供了一种光组件自动耦合方法，包括以下步骤：

S1、开始；

S2、MCU初始化；

S3、判断当前设定与上一次设定电流是否相同；如果不相同，则设定电流源输出电流并进入下一步骤；如果相同，则进入下一步骤；

S4、测量ADC1并转化为光功率Po；

S5、测量ADC2并转化为压力Kpa；

S6、测量ADC3并转化为输出电流I；

S7、判断光功率Po或输出电流I是否超限；如果超限，则关闭LDO电源输出并进入下一步骤；如果不超限，则进入下一步骤；

S8、判断是否有USB读写数据指令；如果有，则SPI读写数据并进入步骤S3；如果没有，则进入步骤S3。

本实用新型的有益效果是：同时具备高精度光功率计、LD驱动精密电流源、压力计驱动与数据采集的功能，全自动化驱动和控制耦合系统进行光发射组件耦合。

附图说明

图1是本实用新型一种光组件自动耦合系统的结构示意图。

图2是本实用新型一种光组件自动耦合方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图1所示，一种光组件自动耦合系统，其主要电路包括单片机107、电流源电路108、LD光电二极管109、模数转换电路106、对数放大器105、PIN光电二极管104，其中，所述PIN光电二极管104的输出端与所述对数放大器105连接，所述对数放大器105的输出端与所述模数转换电路106连接，所述模数转换电路106的输出端与所述单片机107连接，所述单片机107的输出端与所述电流源电路108连接，所述电流源电路108的输出端分别与所述LD光电二极管109、模数转换电路106连接。

如图1所示，所述光组件自动耦合系统还包括计算机，所述计算机设有USB接口101，所述USB接口101与所述单片机107连接。

如图1所示，所述USB接口101连接有LDO电源102。

如图1所示，所述LDO电源102的输出端连接有DC-DC升压电路103。

如图1所示，所述DC-DC升压电路103的输出端连接有压力传感器110。

如图1所示，所述压力传感器110的输出端与所述模数转换电路106连接。

如图1所示，所述对数放大器105的输出端与所述模数转换电路106的ADC1端口连接，所述压力传感器110的输出端与所述模数转换电路106的ADC2端口连接，所述电流源电路108的输出端与所述模数转换电路106的ADC3端口连接。

如图1所示，所述模数转换电路106的SPI端口与所述单片机107连接。

如图1所示，所述单片机107的SPI端口与所述电流源电路108连接。

如图1所示，本实用新型提供的一种光组件自动耦合系统的具体原理如下：

1、计算机的USB接口101：提供5V和最大500mA的电源支持；同时负责计算机与单片机的通信，通信方式是通过USB模拟I2C实现上位机软件与单片机的数据交互。

2、LDO电源102：提供5V和3.3V的线性稳定电压输出，确保各级电路所需的工作电压，LDO电源102具有稳定性高、低噪声、电路简单等优点。

3、DC-DC升压电路103：直接将5V电压升压到12V，给压力传感器110提供12V和最大45mA的电源电压，还可根据压力传感器110不同的电压要求规格进行调整，电压范围为5至12V，无需外部的可调或固定电源。

4、PIN光电二极管104：作为接收端接收光输入，并产生与输入光功率成正比的电流信号，即将光信号转成电流信号。不同波长的光作用于同一种半导体材料的电导率不同，不同材料的半导体对波长的响应范围也是不同的，当波长大于截止波长的入射光作用于半导体材料时无响应。PIN管主要有Si、Ge、InGaAsP和InGaAs四种材料，根据实际需求，本系统采用InGaAs材料，InGaAs材料的截止波长在1600nm附近，波长响应1.0～1.6λ/μm。

5、对数放大器105：为PIN光电二极管104提供自适应偏置电压。由于PIN光电二极管104输入的是微小的电流信号，对数放大器105完成电流到电压的对数比转换，经线性运算放大器放大到一定的电压实现输出，输出电压值V和被测功率值P(以dBm表示)成简单的线性对应关系，不用进行繁琐的对数运算，使得后继的程序处理和结果计算变得简单。

6、模数转换电路106：提供16位500KSPS低功耗串行ADC、4通道MUX和输出，106将4通道输入的模拟电压转换为对应的DAC值，通过四线SPI与单片机107进行通信和数据交互。

7、单片机107：通过USB通信方式与计算机通信，实现上位机与单片机107的数据交互；通过四线SPI写数据到模数转换电路106，或从模数转换电路106读取数据；通过三线SPI写数据到电流源电路108，控制电流源电路108的电流输出；当出现电流源输出电流大于设定电流和监测光功率大于设置值时关断LDO电源102输出。

8、电流源电路108：精密12位DAC、低噪声、针对可调激光器的可编程高精密电流源，可编程最大线性输出电流高达300mA，可满足各种光通信领域常规激光器驱动要求。通过三线SPI与单片机107通信，单片机107通过上位机设定的电流计算出DAC写入到电流源电路108，电流源电路108则输出设定的输出电流来驱动LD光电二极管109(即激光器)，误差小于10uA，同时模数转换电路106将电流源电路108输出的模拟电流转化为数字量，单片机107实时监控电流源电路108输出的电流。

9、LD光电二极管109：将电流源电路108输出的电流转换为光信号，输出恒定的直流光功率。

10、压力传感器110：将压力转化为模拟的电压信号，模数转换电路106将电压信号转为数字信号，单片机107从模数转换电路106读取数字的ADC并计算为压力值。用在光组件自动耦合时，放在组件夹具平台的下方，当光适配器从Z轴缓慢下滑并碰撞到光组件时，压力传感器110将产生一定压力，当达到设定压力时上位机软件立即停止Z轴电机的运转，此时Z轴的位置即可作为Z轴耦合的起点，由于压力传感器110相同压力下产生的电压一致性较好，所以Z轴起点位置误差将大大的降低，那么最终耦合结果Z轴的高度也基本相同，保证了耦合的精度和一致性。同时通过实时监测压力传感器110的电压变化，可保证在耦合平台或上位机软件异常时停止Z轴电机，防止适配器与光组件接触的压力过大而损坏光组件。

如图1所示，本实用新型提供的一种光组件自动耦合系统的光功率计：通过PIN光电二极管104、对数放大器105、模数转换电路106、单片机107、USB接口101构成一个完整的光功率计，PIN光电二极管104将光信号转化为电流信号，对数放大器105完成电流到电压的对数比转换，经线性运算放大器放大到一定的电压实现输出，输出电压值V和被测功率值P(以dBm表示)成简单的线性对应关系，模数转换电路106的ADC1通道将模拟电压信号转为数字信号，单片机107通过SPI实时监测模数转换电路106的ADC1并将ADC转化为光功率值，计算机中的上位机软件通过USB接口101来读取单片机107存储的光功率值来实现光功率的测量，本光功率计具有波长范围广、精度高、采样速率高、通信传输速率快、成本低，光过大保护等特点。

如图1所示，本实用新型提供的一种光组件自动耦合系统的电流源：通过USB接口101、单片机107、电流源电路108、模数转换电路106构成一个完整的电流源，计算机中的上位机软件通过USB接口101将要设定的电流值写到单片机107的RAM内，单片机107内部软件将电流值计算出DAC并写入到电流源电路108，电流源电路108输出设定的电流驱动LD光电二极管109发光，同时模数转换电路106将电流源电路108的输出电流通过ADC3通道转换为ADC，单片机107通过SPI实时读取模数转换电路106的AD3并将ADC转化为电流，与设定电流进行比较，如果超过设定值，则单片机107发送控制信号关闭LDO电源102输出，实现电流超限的保护和对LD光电二极管109的保护。本电流源输出电流范围为0至300mA的线性电流，满足大部分激光器的驱动需求，同时具有输出电流超限保护、精度高、可编程最大输出电流等特点。

本实用新型提供的一种光组件自动耦合系统同时具备高精度光功率计、LD驱动精密电流源、压力计驱动与数据采集的功能，全自动化驱动和控制耦合系统进行光发射组件耦合。

如图2所示，本实用新型还提供了一种光组件自动耦合方法，为单片机107完整的底层软件流程,包括以下步骤：

S1、开始；

S2、MCU初始化；

S3、判断当前设定与上一次设定电流是否相同；如果不相同，则设定电流源输出电流并进入下一步骤；如果相同，则进入下一步骤；

S4、测量ADC1并转化为光功率Po；

S5、测量ADC2并转化为压力Kpa；

S6、测量ADC3并转化为输出电流I；

S7、判断光功率Po或输出电流I是否超限；如果超限，则关闭LDO电源输出并进入下一步骤；如果不超限，则进入下一步骤；

S8、判断是否有USB读写数据指令；如果有，则SPI读写数据并进入步骤S3；如果没有，则进入步骤S3。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种光组件自动耦合系统，其特征在于：包括单片机、电流源电路、LD光电二极管、模数转换电路、对数放大器、PIN光电二极管，其中，所述PIN光电二极管的输出端与所述对数放大器连接，所述对数放大器的输出端与所述模数转换电路连接，所述模数转换电路的输出端与所述单片机连接，所述单片机的输出端与所述电流源电路连接，所述电流源电路的输出端分别与所述LD光电二极管、模数转换电路连接。

2.根据权利要求1所述的光组件自动耦合系统，其特征在于：所述光组件自动耦合系统还包括计算机，所述计算机设有USB接口，所述USB接口与所述单片机连接。

3.根据权利要求2所述的光组件自动耦合系统，其特征在于：所述USB接口连接有LDO电源。

4.根据权利要求3所述的光组件自动耦合系统，其特征在于：所述LDO电源的输出端连接有DC-DC升压电路。

5.根据权利要求4所述的光组件自动耦合系统，其特征在于：所述DC-DC升压电路的输出端连接有压力传感器。

6.根据权利要求5所述的光组件自动耦合系统，其特征在于：所述压力传感器的输出端与所述模数转换电路连接。

7.根据权利要求6所述的光组件自动耦合系统，其特征在于：所述对数放大器的输出端与所述模数转换电路的ADC1端口连接，所述压力传感器的输出端与所述模数转换电路的ADC2端口连接，所述电流源电路的输出端与所述模数转换电路的ADC3端口连接。

8.根据权利要求7所述的光组件自动耦合系统，其特征在于：所述模数转换电路的SPI端口与所述单片机连接。

9.根据权利要求7所述的光组件自动耦合系统，其特征在于：所述单片机的SPI端口与所述电流源电路连接。