CN102013676A - 一种雪崩光电二极管的保护设备及保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无源光网络突发模式下雪崩光电二极管(APD)的保护设备及方法，通过带两路电流监控及升压功能的芯片，对APD提供偏置电压和电流。通过脉宽调制及模数转换的微控制器，调整APD的电压及采样。使用收端快速响应网络是在极短的光信号下完成光电流采样保持。本发明基于自动控制原理，输入APD光功率过大，通过软件设置脉冲发生器将电源芯片输出电压降低，使其增益与响应电流降低，防止APD过流损坏。

Description

一种雪崩光电二极管的保护设备及保护方法

技术领域

本发明涉及雪崩光电二极管的保护技术，尤其涉及在无源光网络突发模式下雪崩光电二极管的保护技术。

背景技术

APD（雪崩光电二极管），在光通信中使用的光敏元件。在以硅或锗为材料制成的光电二极管的P-N结上加上反向偏压后，射入的光被P-N结吸收后会形成光电流。加大反向偏压会产生“雪崩”（即光电流成倍地激增）的现象，因此这种二极管被称为“雪崩光电二极管”。传统的雪崩光电二极管的保护方法，是在雪崩光电二极管前，串联一个电阻或者限流二极管，降低Vapd电压（雪崩光电二极管偏置电压），不过降压范围有限，倍增因子下降也是有限，不能使得倍增因子为M=1，在光功率过大的情况下，仍然会对APD有冲击的作用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种保护雪崩光电二极管的设备及方法，使得APD在经过大功率的光脉冲冲击之后，仍然不受到损伤。

为实现以上目的，本发明提供一种保护雪崩光电二极管的设备，包括含有脉宽发生器、模数转换器一、模数转换器二的微控制器，含有升压发生器、电流监控器的升压电源芯片，RSSI（Received Signal Strength Indication，接收信号强度指示）快速响应网络，阻容网络一和阻容网络二。该升压发生器的升压输出端通过阻容网络一与该电流监控器的电压输入端相连；该模数转换器一通过RSSI快速响应网络与该电流监控器的第一路监控输出端相连；该模数转换器二通过阻容网络二与该电流监控器的第二路监控输出端相连；该脉宽发生器与该升压发生器相连；该电流监控器的偏置电压输出端与该雪崩光电二极管的阴极相连。

本发明还提供一种保护雪崩光电二极管的方法，包括如下步骤：

A、对该模数转换器二进行周期性采样监控；

B、当该升压电源芯片未处于保护状态且监控功率大于保护阈值时，调整该脉宽发生器发出信号的占空比，控制该升压发生器和电流监控器降低该雪崩光电二极管的偏置电压；

C、当该升压电源芯片处于保护状态且监控功率小于解除保护阈值时，调整该脉宽发生器发出信号的占空比，控制该升压发生器和电流监控器升高该雪崩光电二极管的偏置电压至正常工作偏置电压；

D、当上位机发起采样命令时，该模数转换器一通过RSSI快速响应网络进行采样监控，当监控功率大于保护阈值时，调整该脉宽发生器发出信号的占空比，控制该升压发生器和电流监控器降低该雪崩光电二极管的偏置电压，并转入步骤A；

该周期性采样监控的周期为50ms。

该保护阈值为-4dBm。

该解除保护阈值为-6dBm。

采用本发明的方法和装置，可以使APD在经过大功率的光脉冲冲击之后，仍然不受到损伤。

附图说明

图1是本发明的保护雪崩光电二极管的设备结构图。

图2是本发明在没有发起RSSI快速功率监控要求时保护雪崩光电二极管的保护方法的流程图。

图3是本发明的保护雪崩光电二极管的保护方法的完整流程图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

图1为本发明的保护雪崩光电二极管的设备结构图，升压发生器的升压输出端通过阻容网络一与电流监控器的电压输入端相连；模数转换器一通过RSSI快速响应网络与电流监控器的第一路监控输出端相连；模数转换器二通过阻容网络二与电流监控器的第二路监控输出端相连；脉宽发生器与升压发生器相连；电流监控器的偏置电压输出端与雪崩光电二极管的阴极相连。

图2为本发明在没有发起RSSI快速功率监控要求时保护雪崩光电二极管的保护方法的流程图：

A、对模数转换器二进行周期性采样监控；

B、当升压电源芯片未处于保护状态且监控功率大于保护阈值时，调整脉宽发生器发出信号的占空比，控制升压发生器和电流监控器降低雪崩光电二极管的偏置电压；

C、当升压电源芯片处于保护状态且监控功率小于解除保护阈值时，调整脉宽发生器发出信号的占空比，控制升压发生器和电流监控器升高雪崩光电二极管的偏置电压至正常工作偏置电压。

图3为本发明的保护雪崩光电二极管的保护方法的完整流程图：

当上位机发起采样命令时，模数转换器一通过RSSI快速响应网络进行采样监控，当监控功率大于保护阈值时，调整脉宽发生器发出信号的占空比，控制升压发生器和电流监控器降低雪崩光电二极管的偏置电压。然后仍然进入周期性采样监控。

由于该方法主要是微控制器完成，其主要体现在自动控制算法上，具体的算法由C语言完成，如下所示：

if (F2.sStrF2.RSSIen==3)  //自动恢复APD保护，有管脚RSSI中断，中断ADC采样4次要平均，有温度补偿分段拟合收端光功率；

  { F2.sStrF2.sInput.RSSITrigger = (GP1DAT & 0x20) >> 5; //read P1.5

   if ( (A2.sStrA2.rx_Power > 0xF8D) || ((F2.sStrF2.ADC3_RX_MON < 100) && (F2.sStrF2.sInput.RSSITrigger==0)) )  //正常偏压下，监控到输入光功率超过-4dBm阈值，或ADC值偏小，就保护

   { F2.sStrF2.sOutput.VAPDEN=0; 

    A2.sStrA2.status_110.VAPD_Dis=1;

    //GP4CLR = (1 << 2) << 16;//P4.2 clear

    F2.sStrF2.DAC0_VAPD_SET = 0xFFF;  //APD保护，DAC用最小偏压对应的DAC值

    DAC0DAT = F2.sStrF2.DAC0_VAPD_SET<<16;

   }

   if (F2.sStrF2.sOutput.VAPDEN==0)//APD已经保护

   { if (F2.sStrF2.ADC3_RX_MON > F2.sStrF2.ADC_APDprotect) //如果没有探测到强光

     APDprotect_cnt++;

    else

     APDprotect_cnt=0;//重新开始计数

    if (APDprotect_cnt>20) //20次轮询即1秒之内都没有探测到强光

    { F2.sStrF2.sOutput.VAPDEN=1; 

     A2.sStrA2.status_110.VAPD_Dis=0;

     APDprotect_cnt = 0;

    }

   }

  }

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种雪崩光电二极管的保护设备，其特征在于，包括：

含有脉宽发生器、模数转换器一、模数转换器二的微控制器；

含有升压发生器、电流监控器的升压电源芯片；

RSSI（Received Signal Strength Indication，接收信号强度指示）快速响应网络；

阻容网络一；和

阻容网络二；

所述升压发生器的升压输出端通过阻容网络一与所述电流监控器的电压输入端相连；所述模数转换器一通过RSSI快速响应网络与所述电流监控器的第一路监控输出端相连；所述模数转换器二通过阻容网络二与所述电流监控器的第二路监控输出端相连；所述脉宽发生器与所述升压发生器相连；所述电流监控器的偏置电压输出端与所述雪崩光电二极管的阴极相连。

2.一种使用权利要求1所述设备的保护雪崩光电二极管的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、对所述模数转换器二进行周期性采样监控；

B、当所述升压电源芯片未处于保护状态且监控功率大于保护阈值时，调整所述脉宽发生器发出信号的占空比，控制所述升压发生器和电流监控器降低所述雪崩光电二极管的偏置电压；

C、当所述升压电源芯片处于保护状态且监控功率小于解除保护阈值时，调整所述脉宽发生器发出信号的占空比，控制所述升压发生器和电流监控器升高所述雪崩光电二极管的偏置电压至正常工作偏置电压；

D、当上位机发起采样命令时，所述模数转换器一通过RSSI快速响应网络进行采样监控，当监控功率大于保护阈值时，调整所述脉宽发生器发出信号的占空比，控制所述升压发生器和电流监控器降低所述雪崩光电二极管的偏置电压，并转入步骤A。

3.根据权利要求2所述的保护雪崩光电二极管的方法，其特征在于：所述周期性采样监控的周期为50ms。

4.根据权利要求2所述的保护雪崩光电二极管的方法，其特征在于：所述保护阈值为-4dBm。

5.根据权利要求2所述的保护雪崩光电二极管的方法，其特征在于：所述解除保护阈值为-6dBm。

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