CN104597810A - 一种光模块的输出光功率稳定性控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光模块的输出光功率稳定性控制方法,包括:步骤一、背光二极管采集光模块的输出光,将其转换为与输出光的功率成正相关变化的电流值;步骤二、通过光模块中的微控制器中的模数转换器,将电流值转换为电流数字值;步骤三、计算该电流数字值与预设的光模块的输出光功率所对应的电流数字标准值进行比较,得到两者的电流差值;步骤四、将电流差值与代表输出光的功率波动的第一范围阈值进行比较,若落入该第一范围阈值内,则判定输出光功率稳定,若超出该第一范围阈值,则通过所述微控制器调节光模块的输出光功率,直到该电流差值落入该第一范围阈值内。本发明的控制方法具有能提高光模块的输出光稳定性的功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于输出光功率稳定性的控制方法。更具体地说,本发明涉及一种用于光模块的输出光功率稳定性控制方法。
背景技术
光模块是一种用于提供光电-电光转换能力的集成化通讯配件,通常由两部分组成:发射部分和接收部分。发射部分的主要功能是将电信号转换为光信号。为了保证发射部分输出光功率和性能的稳定,需要通过检测背光二极管(MD)产生的光电流来实现闭环控制。APC即自动功率控制,是实现该功能的必要手段。
图1为模拟电路搭建的APC电路,电路原理是根据背光二极管(MD)检测到的光电流,来调节施加在激光二极管(LD)上的偏置电流(BIAS),实现负反馈,保持输出光功率稳定。但是,模拟电路搭建的APC电路,可控性差,调整时间慢,应用领域局限在百兆和千兆速率的常规模块,已经无法满足更高速率和市场定制化的客观需求。在某些MD带宽不足的激光器上,模拟APC电路受到极大的限制。
随着半导体行业的进步,数字程控式的APC电路逐渐替代了原始的模拟APC电路。数字APC电路的原理,即通过模数转换器来对背光二极管(MD)检测到的光电流进行采样,再根据应用的要求,通过数模转换器调节施加在激光二极管(LD)上的偏置电流(BIAS),保持输出光功率稳定。该方式的优势在于可控性强,调节速度快,不受MD带宽限制,对激光器兼容性良好。
但是在数字化操作中,数字APC功能可能受到噪音等环境影响,造成错误的判断和设置。这就对数字算法提出了更高的要求。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题,并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种光模块的输出光功率稳定性控制方法,其能够改善模拟APC电路的可控性差,调整时间慢,受MD带宽限制的问题。
本发明还有一个目的是通过一种光模块的输出光功率稳定性控制方法,在继承数字化的优势的同时,通过电流差值落在不同的阈值区域的不同算法,改善常规数字APC电路的误判断、易受干扰、调整误差大等问题,以便保证极高的稳定性。
为了实现根据本发明的这些目的和其他优点,提供了一种光模块的输出光功率稳定性控制方法,包括:
步骤一、背光二极管采集光模块的输出光,将其转换为与输出光的功率成正相关变化的电流值;
步骤二、通过光模块中的微控制器中的模数转换器,将电流值转换为电流数字值;
步骤三、计算该电流数字值与预设的光模块的输出光功率所对应的电流数字标准值进行比较,得到两者的电流差值;
步骤四、将电流差值与代表输出光的功率波动的第一范围阈值进行比较,若落入该第一范围阈值内,则判定输出光功率稳定,若超出该第一范围阈值,则通过所述微控制器调节所述光模块的输出光功率,直到该电流差值落入该第一范围阈值内。
优选的是,其中,所述步骤三中,通过所述微控制器调节所述光模块的输出光功率的方法为:调节激光二极管上的偏置电流的大小,以最终改变光模块的输出光功率。
优选的是,其中,在所述步骤三中,还包括代表输出光的功率波动的第二范围阈值,所述第二范围阈值大于所述第一范围阈值,若电流差值超出该第一范围阈值,但不超出该第二范围阈值,则所述微控制器以等步步进的方式调节所述偏置电流的大小。
优选的是,其中,若电流差值超出该第一范围阈值,且也超出该第二范围阈值,则所述微控制器以累减的方式调节所述偏置电流的大小,即以步进越来越小的方式调节所述偏置电流的大小。
优选的是,其中,所述第一范围阈值为[-4lbs,+4lbs]。
优选的是,其中,所述第二范围阈值为[-8lbs,+8lbs]。
本发明至少包括以下有益效果:
1、由于本发明采用数字化APC电路控制方法,解决了传统的模拟APC电路对于背光二极管带宽的限制,可以兼容任何带宽的背光二极管,不会像模拟APC电路一样受限于背光二极管带宽限制,大大提高了对于激光器的兼容性。
2、由于本发明的核心算法结合了滞回式算法、步进式算法和比例式算法,因此能够保证对光模块的输出光功率的控制更加快速、稳定。
3、本发明使用简洁的代码和严谨的程序结构,方便移植到任何微处理器平台,大大缩短了开发周期,降低产品升级换代的成本开销。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为现有技术的模拟APC电路的实现原理图;
图2为本发明的基本工作流程示意图;
图3为本发明的核心算法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
图2示出了本发明的基本工作流程示意图,示出了本专利的主要流程。其中包括:开始—对MD电流采样—分析采样值与目标值差异—进行算法处理—设置偏置电流—完成。其中,图2中的目标值即为预设的光模块的输出光功率所对应的电流数字标准值,而算法处理环节为本专利的核心部分。
图3示出了本发明的核心算法的流程及细节,其中,滞回区间即为第一范围阈值,步进区间即为超出第一范围阈值但不超过第二范围阈值。
本发明所述的光模块的输出光功率稳定性控制方法,包括:
步骤一、光模块通电开启,背光二极管采集光模块的输出光,将其转换为与输出光的功率成正相关变化的电流值;
步骤二、通过光模块中的微控制器中的模数转换器,将电流值转换为电流数字值;
步骤三、计算该电流数字值与预设的光模块的输出光功率所对应的电流数字标准值进行比较,得到两者的电流差值;
步骤四、将电流差值与代表输出光的功率波动的第一范围阈值进行比较,若落入该第一范围阈值内,则判定输出光功率稳定,若超出该第一范围阈值,则通过所述微控制器调节所述光模块的输出光功率,直到该电流差值落入该第一范围阈值内。在步骤一中,光模块通电后,激光二极管发光,背光二极管受到激光二极管的感应产生与输出光功率成正相关变化的电流值,这里是将难以调控的光强度转化为电流强度,便于监控;步骤二中的模数转换器将模拟量转化为数字值,便于后续计算;步骤三与步骤四根据当前电流数字值与数字标准值进行比较后的差值的不同通过微控制器选择不同的方式进行调节,如图3所示,若电流差值处于滞回区间里,则不对光模块输出光进行调整;若电流差值处于滞回区间外,则通过不同的调整方式使电流差值位于滞回区间,这样可以保证输出光功率的调节更加快速稳定。
滞回区间(第一范围阈值),即差异值需要大于区间上限或小于区间下限才进行调整,若采样值在区间内跳动,则认为是正常的噪音。这可以有效避免频繁的调整和噪音造成的误操作,是保证正确性和速度的高级技巧。
所述步骤三中,通过所述微控制器调节所述光模块的输出光功率的方法为:调节激光二极管上的偏置电流的大小,以最终改变光模块的输出光功率。通过微控制器里面的数模转换器来调节激光二极管上的偏置电流的大小,从而改变光模块的输出光功率。
在所述步骤三中,还包括代表输出光的功率波动的第二范围阈值,所述第二范围阈值大于所述第一范围阈值,若电流差值超出该第一范围阈值,但不超出该第二范围阈值,即电流差值处于图3中的步进区间,则所述微控制器以等步步进的方式调节所述偏置电流的大小。图3中,对电流差值进行了两处判断,首先是判断该差异是否在滞回区间内,若处于区间内,则不对偏置电流进行调节;若处于区间外,则进行第二次判断。第二次判断,视电流差值大小而议,若差异值较小,则进行步进式的精调,避免调整幅度过大。滞回区间、步进区间的设定,均是出于避免频繁操作和避免较大幅度调节的目的,主要针对数字APC环路稳定后的状态,保证稳定性。
若电流差值超出该第一范围阈值,且也超出该第二范围阈值,即电流差值位于图3中的步进区间之外,则所述微控制器以累减的方式调节所述偏置电流的大小,即以步进越来越小的方式调节所述偏置电流的大小。本技术方案中的调整方式即为图3中的比例式调整方式,如上述的第二次判断,若电流差值太大,则进行比例式粗调,保证算法的处理速度,在每一次比例式调整后,调整值与标准值之间的差异越来越小,即偏置电流大小以步进越来越小的方式调节。比例式调整,是为了让APC以最快速度逼近稳定点,加快APC的建立过程,主要针对数字APC环路建立初期的状态。这几种算法相互辅助,保证了总体的快速、高稳定性。
所述第一范围阈值为[-4lbs,+4lbs],第一范围阈值可根据实际需求进行调整。
所述第二范围阈值为[-8lbs,+8lbs],第二范围阈值可根据实际需求进行调整。
本发明是基于微控制器程序实现,以下主要以代码方式阐述本发明实现细节,在本实施例中以下代码均为嵌入式C语言编写。这种技术方案除了可用C语言编写以外,还可通过别的语言实现,例如:JAVA。
主程序代码实现如下:
如代码所示,执行流程为:
1,首先执行***初始化。设置基本的参数、变量、初始化RAM区和芯片配置。
2,执行微控制器主循环流程while(1)。
3,DDM_GetADC,通过微控制器采集实时变量,MD的背光电流采样在此阶段完成。
4,Internal_Calibrate,根据采集到的原始数据,进行软件滤波、单位转换,并根据转换结果进行数字APC处理,主要算法均在此函数中完成。
5,DDM_SetDAC,通过微控制器对***参数进行调节,数字APC的偏置电流设置,即在此函数中完成。
6,Scan_Pin,其他硬件管脚监控,***运行中的告警输出信号。
主函数中,采样函数DDM_GetADC和参数调节函数DDM_SetDAC会根据不同的微控制器平台、激光驱动器型号而调整代码,不同的技术方案细节代码可能会有所差异。为了方便程序移植,这里封装为统一函数接口。
Internal_Calibrate是软件算法的具体函数。本专利将以示例形式阐述代码实现过程。如下所示:
上文代码中,runadc.TxPower即为MD电流当前采样值,rundac.Aop即为MD电流目标值,last_apc则为本次计算出的结果,该结果将在DDM_SetDAC函数中赋给偏置电流调节的转换器。这里认为MD电流目标值+/-4lsb范围为滞回区间,+/-8lsb范围为精调区间。由于是嵌入式处理器,将MD电流当前值大于目标值和当前值小于目标值分开编写,防止数据溢出。当MD电流采样值大于目标值8lsb时,则按比例减小偏置电流设定值;当MD电流采样值大于目标值4lsb时,对偏置电流进行小步进的减小;当MD电流采样值小于目标值8lsb时,则按比例增大偏置电流设定值;当MD电流采样值小于目标值4lsb时,对偏置电流进行小步进的增大。比例系数K值,按照实际调试结果进行定义,K值越大,调整速度越快,收敛性更差;K值越小,调整速度越慢,收敛性更好,本处实际定义为1/2。
这里,对于滤波函数Soft_Filter_AOP尤其重要。软件滤波的设定,可以有效避免因环境干扰导致的错误。实际代码为:
滤波的深度由常数P控制。实际值为1。滤波深度越深,采样变化率越慢,调整速度越慢,但精度越高。
此例实际效果,当last_apc变化1个lsb时,MD采样值得变化约2个lsb。上述代码的执行结果为:比例调整算法,1次即可进入精调状态;步进调整时,2次内可以进入稳定状态;稳定状态下,较强干扰来临时,只会进入到精调状态,激光器发光功率几乎不受影响;***稳定可靠。
该发明基于微控制器(MCU),通过软件算法,在以往技术上增加了滞回区间,这使得APC环路的稳定性大大增强,在受到一般强度的干扰时,不会造成输出光功率波动;在以往技术上增加了步进区间,这使得APC环路在受到较强干扰时,输出光功率只会受到轻微干扰;在以往技术上增加了比例算法,这使得APC环路的建立时间大大缩短。这些技术的改进,使得数字APC在更方面性能上有极大的提升,同时可更改程序的细节来满足各类特殊需求。
该发明解决了模拟APC对于背光二极管(MD)带宽的限制,可以兼容任意带宽的背光二级管(MD),不会像模拟APC电路一样受限于MD带宽限制,大大提高了对于激光器的兼容性。
该发明使用简洁的代码和严谨的程序结构,方便移植到任何MCU平台,大大缩短了开发周期,降低了产品升级换代的成本开销。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (6)
1.一种光模块的输出光功率稳定性控制方法,其特征在于,包括:
步骤一、背光二极管采集光模块的输出光,将其转换为与输出光的功率成正相关变化的电流值;
步骤二、通过光模块中的微控制器中的模数转换器,将电流值转换为电流数字值;
步骤三、计算该电流数字值与预设的光模块的输出光功率所对应的电流数字标准值进行比较,得到两者的电流差值;
步骤四、将电流差值与代表输出光的功率波动的第一范围阈值进行比较,若落入该第一范围阈值内,则判定输出光功率稳定,若超出该第一范围阈值,则通过所述微控制器调节所述光模块的输出光功率,直到该电流差值落入该第一范围阈值内。
2.如权利要求1所述的光模块的输出光功率稳定性控制方法,其特征在于,所述步骤三中,通过所述微控制器调节所述光模块的输出光功率的方法为:调节激光二极管上的偏置电流的大小,以最终改变光模块的输出光功率。
3.如权利要求2所述的光模块的输出光功率稳定性控制方法,其特征在于,在所述步骤三中,还包括代表输出光的功率波动的第二范围阈值,所述第二范围阈值大于所述第一范围阈值,若电流差值超出该第一范围阈值,但不超出该第二范围阈值,则所述微控制器以等步步进的方式调节所述偏置电流的大小。
4.如权利要求3所述的光模块的输出光功率稳定性控制方法,其特征在于,若电流差值超出该第一范围阈值,且也超出该第二范围阈值,则所述微控制器以累减的方式调节所述偏置电流的大小,即以步进越来越小的方式调节所述偏置电流的大小。
5.如权利要求4所述的光模块的输出光功率稳定性控制方法,其特征在于,所述第一范围阈值为[-4lbs,+4lbs]。
6.如权利要求4所述的光模块的输出光功率稳定性控制方法,其特征在于,所述第二范围阈值为[-8lbs,+8lbs]。
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