CN103281137B - Dqpsk模块延迟干涉仪控制装置及其控制方法 - Google Patents
Dqpsk模块延迟干涉仪控制装置及其控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种DQPSK模块延迟干涉仪控制装置及其控制方法，该装置包括延迟干涉仪、平衡接收机、C、D调节器驱动单元及微控制器，其微控制器通过D调节器驱动单元在D调节器的电压控制引脚施加一固定电压，确保I/Q通道间相位差为π/2；设置平衡接收机I通道增益为合适值，确保后续电路能正确识别平衡接收机输出的高速电信号；微控制器通过C调节器驱动单元在C调节器的电压控制引脚上施加按照一定时间间隔和步进间隔变化的扫描信号，同时检测平衡接收机I通道峰值输出电压Ipeak，找到最小值，此时延迟干涉仪I通道相位为π/4或-π/4。本发明延迟干涉仪控制装置***控制电路比较简单，其控制方法容易实现，并且稳定可靠。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，特别是指一种DQPSK模块延迟干涉仪控制装置及其控制方法。
背景技术
DQPSK（Differential Quadrature Phase Shift Keying）为差分正交相移键控，利用相邻码元的光相位差来传递信息。4个相位差分别为（0，π/2，π，3π/2），对应的电信号编码为（00，01，11，10）。1个DQPSK符号携带2bit的信息，所以，采用DQPSK编码方式，在不降低***容量的情况下，所需器件的带宽比OOK（二进制振幅键控）降低很多，并且对色散及PMD（偏振模色散）都有较高的容限，非常适合长距离光纤传输***。
DQPSK模块的接收链路主要包括：延迟干涉仪、平衡接收机及解复用单元。其中，延迟干涉仪用于将DQPSK光调制信号解调成光强信号，延迟干涉仪内部分成I/Q两个通道，每个通道都是DPSK（差分移相键控）解调器，I/Q两通道的相位差必须是π/2，且I通道相位必须设置为π/4或者-π/4，才能正确的将DQPSK光调制信号转换成光强信号；平衡接收机用于将I/Q两路光强信号转化成两路串行电信号；解复用单元用于将两路串行电信号转化成16路SFI5电信号，通过300pin接口和***单板相连。
目前常用的延迟干涉仪控制方法是：采集平衡接收机I/Q两通道的峰值输出电压，当该峰值电压最小时，对应的延迟干涉仪I/Q通道相位为π/4或者-π/4。但该方法无法区分I/Q通道间的相位差是否为π/2。国际专利WO2012/055231 A1提供了延迟干涉仪的一种控制方法。如图1所示，该方法在I/Q两通道上施加导频信号，采用π/2驱动器控制I/Q两通道间的相位差为π/2；采用峰值检测器，得到双平衡光接收机I/Q两通道的输出电压峰值信号；采用DLI锁定控制器，根据电压峰值信号获得峰值检测误差信号，根据该误差信号获得延迟干涉仪偏置点控制电压信号。当误差检测信号为0时，即获得电压峰值信号最小值。
但是上述方法存在以下缺点：一是没有明确指出采用π/2驱动器怎样得到I/Q相位差为π/2；二是***控制电路复杂，延迟干涉仪I/Q两通道需要施加导频信号，且还需要π/2驱动电路。平衡接收机I/Q两路峰值输出信号需要经过滤波，放大，误差检测，积分后得到延迟干涉仪I/Q两通道的偏置电压，该偏置电压和导频信号通过加法电路施加到延迟干涉仪的电压控制引脚。
发明内容
本发明的目的在于提供一种DQPSK模块延迟干涉仪控制装置及方法，其***控制电路比较简单，容易实现，并且稳定可靠，其使延迟干涉仪I/Q两通道的相位差为π/2，且I通道相位为π/4或者-π/4，正确的将DQPSK光调制信号解调成光强信号，利于后续进行光电转换。
为了实现上述目的，本发明提供了一种DQPSK模块延迟干涉仪控制装置，其中包括：
延迟干涉仪：其将DQPSK光调制信号解调成光强信号，其具有一个光输入端口，其内部分成I/Q通道，4个光输出端口I1、I2、Q1、Q2，其内置有公共调节器C和差分调节器D，公共调节器C具有一对电压控制引脚：C+、GND，差分调节器D具有一对电压控制引脚：D+、GND，公共调节器C和差分调节器D共用GND引脚，在差分调节器D的电压控制引脚上施加一固定电压，保证I/Q通道之间的相位差为π/2；
平衡接收机：其将延迟干涉仪的四个光输出端口I1、I2、Q1、Q2输出的光强信号分别解调成串行电信号；
微控制器，其控制I通道增益、监测平衡接收机I通道峰值电压，输出公共调节器C和差分调节器D的控制电压；
C调节器驱动单元：其将微控制器输出电压放大后施加到公共调节器C的电压控制引脚；
D调节器驱动单元：其将微控制器输出电压放大后施加到差分调节器D的电压控制引脚。
所述C调节器驱动单元包括第一采样电阻，用于采集进入到公共调节器C的驱动电流，进而将该电流信号转换成电压信号；第一差分放大电路，用于放大第一采样电阻两端的电压差；第一差动积分电路，将第一差分放大电路输出电压和微控制器输出电压的误差信号进行积分；第一转换电路，将第一差动积分电路输出的误差信号转换成公共调节器C的驱动电流。
所述第一采样电阻的阻值小于10欧姆。
所述D调节器驱动单元包括第二采样电阻，用于采集进入到差分调节器D的驱动电流，进而将该电流信号转换成电压信号；第二差分放大电路，用于放大第二采样电阻两端的电压差；第二差动积分电路，将第二差分放大电路输出电压和微控制器输出电压的误差信号进行积分；第二转换电路，将第二差动积分电路输出的误差信号转换成差分调节器D的驱动电流。
所述第二采样电阻的阻值小于10欧姆。
一种DQPSK模块延迟干涉仪控制方法，其包括如下步骤：
（1）微控制器通过D调节器驱动单元在延迟干涉仪的差分调节器D的电压控制引脚施加一固定电压，以确保I/Q通道间相位差为π/2
（2）设置平衡接收机I通道增益为合适值，确保后续电路能正确识别平衡接收机输出的高速电信号；
（3）微控制器通过C调节器驱动单元在延迟干涉仪的公共调节器C的电压控制引脚上施加按照一定时间间隔和步进间隔变化的扫描信号；
（4）在公共调节器C的电压控制引脚施加扫描信号过程中，检测平衡接收机I通道峰值输出电压Ipeak，找到最小值，当该电压最小时，延迟干涉仪I通道相位为π/4或-π/4；
（5）如果后续电路通过极性反转或者I、Q通道互换，不能正确恢复出信号，则增大平衡接收机I 通道放大电路增益，重复步骤（3）、（4）。
采用上述方案后，本发明DQPSK模块延迟干涉仪控制装置通过设置平衡接收机I通道增益为合适值，确保后级电路能正确识别平衡接收机输出的高速电信号；微控制器通过D调节器驱动单元在D调节器的电压控制引脚施加一固定电压，以确保I/Q通道间相位差为π/2；微控制器通过C调节器驱动单元在C调节器的电压控制引脚施加按照一定时间间隔和步进间隔变化的扫描信号，同时监控平衡接收机I通道峰值输出电压Ipeak，找到最小值，将延迟干涉仪C调节器控制电压设置为对应最小峰值的电压，则延迟干涉仪I通道相位为π/4或者-π/4；如果后续电路通过极性反转或者I、Q通道互换，不能正确恢复出信号，则增大平衡接收机I通道放大电路增益，重新在C调节器的电压控制引脚施加扫描信号，并监控Ipeak，找最小值，并将C调节器的控制电压设置为对应最小峰值的电压。通过上述方法，延迟干涉仪将处于较佳的工作状态，其***控制电路比较简单，容易实现，并且稳定可靠，其使延迟干涉仪I/Q两通道的相位差为π/2，且I通道相位为π/4或者-π/4，正确的将DQPSK光调制信号解调成光强信号，利于后续进行光电转换。
附图说明
图1为现有延迟干涉仪控制装置的电路结构示意图；
图2为本发明DQPSK模块延迟干涉仪控制装置的电路结构示意图；
图3为本发明所用的C调节器驱动单元电路结构示意图；
图4为本发明所用的D调节器驱动单元电路结构示意图；
图5为本发明DQPSK模块延迟干涉仪控制装置的控制方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图2所示，本发明DQPSK模块延迟干涉仪控制装置，包括：
延迟干涉仪31，用于将DQPSK光调制信号转换成光强信号，便于后续的平衡接收机32进行光电转换；有一个光输入端口，4个光输出端口：I1，I2，Q1，Q2；内置2个调节器：公共调节器C（以下简称C调节器）和差分调节器D（以下简称D调节器）。公共调节器C具有一对电压控制引脚：C+、GND，差分调节器D具有一对电压控制引脚：D+、GND，公共调节器C和差分调节器D共用GND引脚。改变C调节器的控制电压可以同时调整I/Q两通道的相位，改变D调节器的控制电压可以调节I/Q两通道间的相位差；在延迟干涉仪31的D调节器的电压控制引脚上施加一固定电压，该固定电压可由延迟干涉仪生产商提供，可确保I/Q两通道间的相位差为π/2；
平衡接收机32，包括放大电路和峰值检测电路，其中放大电路增益可调，有4个输入端口，分别连接延迟干涉仪的的4个光输出端口，其中I1，I2进入平衡接收机32的I通道进行光电转换，I通道峰值输出电压Ipeak连接到微控制器35，进行电压监测；Q1，Q2进入到平衡接收机32的Q通道进行光电转换，I通道放大电路的增益必须设置为合适值，该实施例中，使I通道差分输出幅度为300mV，以确保后续电路能正确识别平衡接收机32输出的高速电信号；
C调节器驱动单元33，如图3所示，用于将微控制器35输出电压放大后施加到延迟干涉仪31的C调节器的电压控制引脚。C调节器驱动单元包括：第一采样电阻41，第一差分放大电路42，第一积分电路43及第一转换电路44，形成闭环控制电路，本实施例中C调节器的电压控制引脚电压是微控制器输出电压的2倍；
第一采样电阻41，用于采集进入到延迟干涉仪31的C调节器的驱动电流，进而将该电流信号转换成电压信号，以便后续第一差分放大电路42进行放大，第一采样电阻41的值不能太大，一般小于10欧姆；
第一差分放大电路42，用于放大第一采样电阻41两端的电压差，注意放大倍数的选取：如果放大倍数过大，则会超过C调节器的最大承受电压，如果过小，则无法达到C调节器的最大控制电压，本实施例中第一差分放大电路42的放大倍数与第一采样电阻的阻值乘积为C调节器内阻阻值的二分之一；
第一差动积分电路43，将第一差分放大电路42输出电压和微控制器35输出电压的误差信号进行积分，当第一差分放大电路42输出电压等于微控制器35输出电压时，积分停止，进入稳定状态；
第一转换电路44，将第一差动积分电路43输出的误差信号转换成延迟干涉仪31的C调节器的驱动电流，误差信号为正，则增加驱动电流，误差信号为负，则减小驱动电流；
D调节器驱动单元34，如图4所示，用于将微控制器35输出电压放大后施加到延迟干涉仪31的D调节器的电压控制引脚，D调节器驱动单元34包括：第二采样电阻51，第二差分放大电路52，第二差动积分电路53及第二转换电路54，形成闭环控制电路，本实施例中D调节器的电压控制引脚电压是微控制器35输出电压的2倍。
第二采样电阻51，用于采集进入到延迟干涉仪31的D调节器的驱动电流，进而将该电流信号转换成电压信号，方便后续放大电路进行放大，第二采样电阻51的值不能太大，一般小于10欧姆；
第二差分放大电路52，用于放大第二采样电阻51两端的电压差，注意放大倍数的选取：如果放大倍数过大，则会超过D调节器的最大承受电压，如果过小，则无法达到D调节器的最大控制电压，本实施例中第二差分放大电路52的放大倍数与第二采样电阻51阻值的乘积为D调节器内阻阻值的二分之一；
第二差动积分电路53，将第二差分放大电路52输出电压和微控制器35输出电压的误差信号进行积分，当第二差分放大电路52输出电压等于微控制器35输出电压时，积分停止，进入稳定状态；
第二转换电路54，将第二差动积分电路53输出的误差信号转换成延迟干涉仪31的D调节器的驱动电流，误差信号为正，则增加驱动电流，误差信号为负，则减小驱动电流；
微控制器35，包括I通道放大电路增益控制，I通道峰值电压检测，以及C调节器和D调节器电压控制，完成上述功能可采用微控制器35自带的数模转换和模数转换功能，也可外接具有相同功能的集成电路，其中C调节器的电压控制引脚上施加的电压为按照一定时间间隔和步进间隔变化的扫描信号。该时间间隔不能小于延迟干涉仪31的C调节器的响应时间，步进间隔越小，整体扫描时间越长，扫描精度越高，步进间隔的选取需要综合考虑整体扫描时间和扫描精确度。
如图5所示，为本发明延迟干涉仪控制装置的控制方法流程示意图，该控制方法包括如下步骤：
步骤61：DQPSK模块上电正常，延迟干涉仪31输入端有DQPSK光信号输入；
步骤62：设置平衡接收机32的I通道放大电路增益，使I通道差分输出幅度为300mV，以确保后续电路能正确识别平衡接收机32输出的高速电信号；
步骤63：微控制器35通过D调节器驱动单元34在延迟干涉仪31的D调节器的电压控制引脚施加一固定电压，确保I/Q通道间相位差为π/2；
步骤64：微控制器35通过C调节器驱动单元33在延迟干涉仪31的C调节器的电压控制引脚上施加按照一定时间间隔和步进间隔变化的扫描信号，同时监测并记录平衡接收机32的I通道峰值电压Ipeak，找到最小值；
步骤65： 扫描完成后，将C调节器的电压控制引脚电压设置为对应I通道峰值电压最小值的电压值，此时，延迟干涉仪31的I通道相位为π/4或者-π/4；
步骤66：如果后续电路通过极性反转或者I、Q通道互换，不能正确恢复出信号，则增大平衡接收机32的I通道放大电路增益，重复步骤64、步骤65。
通过上述方法，延迟干涉仪将处于较佳的工作状态，本发明延迟干涉仪控制装置其***控制电路比较简单，容易实现，并且稳定可靠，其使延迟干涉仪I/Q两通道的相位差为π/2，且I通道相位为π/4或者-π/4，正确的将DQPSK光调制信号解调成光强信号，利于后续进行光电转换。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (4)
1.一种DQPSK模块延迟干涉仪控制装置，其特征在于：包括：
延迟干涉仪：其将DQPSK光调制信号解调成光强信号，其具有一个光输入端口，其内部分成I/Q通道，4个光输出端口I1、I2、Q1、Q2，其内置有公共调节器C和差分调节器D，公共调节器C具有一对电压控制引脚：C+、GND，差分调节器D具有一对电压控制引脚：D+、GND，公共调节器C和差分调节器D共用GND引脚，在差分调节器D的电压控制引脚上施加一固定电压，保证I/Q通道之间的相位差为π/2；
平衡接收机：其将延迟干涉仪的四个光输出端口I1、I2、Q1、Q2输出的光强信号分别解调成串行电信号；
微控制器，其控制I通道增益、监测平衡接收机I通道峰值电压，输出公共调节器C和差分调节器D的控制电压；
C调节器驱动单元：其将微控制器输出电压放大后施加到公共调节器C的电压控制引脚；所述C调节器驱动单元包括第一采样电阻，用于采集进入到公共调节器C的驱动电流，进而将该电流信号转换成电压信号；第一差分放大电路，用于放大第一采样电阻两端的电压差；第一差动积分电路，将第一差分放大电路输出电压和微控制器输出电压的误差信号进行积分；第一转换电路，将第一差动积分电路输出的误差信号转换成公共调节器C的驱动电流；
D调节器驱动单元：其将微控制器输出电压放大后施加到差分调节器D的电压控制引脚；所述D调节器驱动单元包括第二采样电阻，用于采集进入到差分调节器D的驱动电流，进而将该电流信号转换成电压信号；第二差分放大电路，用于放大第二采样电阻两端的电压差；第二差动积分电路，将第二差分放大电路输出电压和微控制器输出电压的误差信号进行积分；第二转换电路，将第二差动积分电路输出的误差信号转换成差分调节器D的驱动电流。
2.根据权利要求1所述的DQPSK模块延迟干涉仪控制装置，其特征在于：所述第一采样电阻的阻值小于10欧姆。
3.根据权利要求1所述的DQPSK模块延迟干涉仪控制装置，其特征在于：所述第二采样电阻的阻值小于10欧姆。
4.一种利用权利要求1-3中任一的DQPSK模块延迟干涉仪控制装置的DQPSK模块延迟干涉仪控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)微控制器通过D调节器驱动单元在延迟干涉仪的差分调节器D的电压控制引脚施加一固定电压，以确保I/Q通道间相位差为π/2
(2)设置平衡接收机I通道增益为合适值，确保后续电路能正确识别平衡接收机输出的高速电信号；
(3)微控制器通过C调节器驱动单元在延迟干涉仪的公共调节器C的电压控制引脚上施加按照一定时间间隔和步进间隔变化的扫描信号；
(4)在公共调节器C的电压控制引脚施加扫描信号过程中，检测平衡接收机I通道峰值输出电压Ipeak，找到最小值，当该电压最小时，延迟干涉仪I通道相位为π/4或-π/4；
(5)如果后续电路通过极性反转或者I、Q通道互换，不能正确恢复出信号，则增大平衡接收机I通道放大电路增益，重复步骤(3)、(4)。
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