CN1604506B - 自表征和自编程光发射机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自表征和自编程光发射机。发射机使用片上模式发生器提供输入信号，并使用内置监视器来检测光源所发射的光功率。发射机确定由外部功率计所测量的输出功率与由内置监视器所检测的输出功率之间的相关性。该相关性被确定后，就不再需要该外部功率计了。代替地，通过确定由内置监视器所检测的功率，然后利用已知的相关性来计算实际的输出功率和其他的发射机特性，来进行例如随温度变化的表征之类的进一步的表征。

Description

自表征和自编程光发射机
技术领域
本发明涉及光纤发射机，更具体地，涉及表征(characterize)及调整发射机的响应。
背景技术
光纤发射机使用多种不同的光源，包括垂直腔面发射激光器(VCSEL)；发光二极管(LED)；激光器，以及其他发光器件。然而，由于制造过程中的变化，生产出的各个发射机具有不同的特性。另外，这些光源的输出特性还随温度变化。因此，每个发射机首先被表征以确定其输出响应，然后接着被调整，使其响应与所要求的规范一致。例如，可能需要调整发射机的偏置电流和调制电流，使得其最小功率输出电平和最大功率输出电平落在允许的界限之内。调整发射机来改变其输出响应的过程被称为对发射机进行“编程”。
现有技术的传统编程方法是将模式发生器连接到发射机输入端，在发射机的输出端连接光功率计，然后改变温度，同时对发射机随不同输入及不同温度下的输出响应进行表征和编程，使其性能符合规范。
不幸地是，用来测量输出特性的光功率计和模式发生器价格昂贵，而且可以同时被测试的器件的数目受到可用的测试模式发生器和功率计的数目的约束。因为温度表征是一个相当耗时的过程，所以在温度表征期间这些约束尤其成为限制。
发明内容
在本发明的一个优选实施例中，光发射机通过使用片上模式发生器和内置光监视器进行自表征和自编程，该模式发生器用于输入信号，该内置光监视器用于检测光源所发射的光的光功率。因为模式发生器和光监视器已经被结合在发射机的设计中，所以在表征和编程过程中只需要很少的测试设备。在相同资金投入下，这增加了可以同时被表征的器件的数目。
光发射机首先在室温下确定由外部光功率计所测量的输出功率与由发射机上的内置光监视器所检测的输出功率之间的相关性。一旦该相关性被确定，就不再需要外部光功率计了。例如随温度变化的表征之类的对光发射机的进一步测量是这样进行的：确定由内置光监视器检测的功率，然后利用已知的相关性来计算如果使用外部光功率计测量的话，实际的功率输出应该是多少。
下文参照示例性的附图详细描述本发明的进一步的特点和优点，以及本发明优选实施例的结构和操作。
附图说明
图1示出了根据本发明的教导作出的光发射机的一个优选实施例的高级框图。
图2是一个流程图，根据本发明的实施例图示了在光发射机中的相关性处理。
图3是一个流程图，根据本发明的实施例图示了在图2的Pout和Amon之间的相关性已经被确定后，如何表征和编程光发射机。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的教导作出的光发射机101的一个优选实施例的高级框图。光源103由发射驱动器105驱动，该光源可以是VCSEL、LED或者其他发光器件。发射驱动器105控制光源103的光输出及其消光比。控制器107与发射驱动器105通信，以控制和调整比如光源的最高和最低发射功率的参数。控制器107还与存储器108通信，该存储器用于存储和获取数据。存储器108可以是在光发射机101本地的EEPROM、与控制器107在同一芯片上的高速缓存存储器，或者任何其他存储机构。
模式发生器109生成一个模式，该模式可以用作在表征过程中对发射驱动器105的输入。可以被产生的模式包括连续的1、连续的0、伪随机比特序列(PRBS)、1010模式以及许多其他模式。模式发生器109被结合到光发射机101中，并且可以与光发射机101的其他电路在片上组合。
控制器107控制模式发生器109，以确定选择哪个模式。控制器107还控制多路转换器113，以在数据流119(在正常操作时)与来自模式发生器109的模式(在表征和编程期间)之间选择对发射驱动器105的输入。控制器107可以以硬件电路、软件编程算法或固件的方式实现。它可以是微处理器或者专门的专用集成电路(ASIC)。
光发射机101中的光监视器121响应并监视光源103发出的光。光监视器121产生信号Amon，该信号表示光源103发出的光功率。Amon可以是光监视器对光功率作出响应的任何特性，例如其电流、电阻、电容等。例如，如果光电二极管被用作光监视器121，则Amon可以从通过该光电二极管的电流得到。或者，如果光敏电阻器被用作光监视器121，则Amon可以从该光敏电阻器的电阻得到。本发明很容易适用于使用例如光电晶体管和光敏电容器的其他光敏器件。
在光发射机101外部的光功率计(OPM)123，还测量从光源103发出的光，并产生功率指标Pout。但是，OPM 123只是对于室温下的表征而暂时被需要的，这在下面的段落中将变得清楚。
由光监视器121所测量的光功率指标Amon和由OPM 123所测量的光功率Pout两者都被输入到控制器107。控制器107计算Amon和Pout之间的相关性，并且将该相关性存储到存储器108中。Amon和Pout之间的相关性是Amon值和Pout值之间的关系，这样，光发射机101能够基于这种关系，计算并且预测对于给定的Amon值，Pout值将是多少。
存储相关性的格式可以是多样的。例如，该相关性可以在存储器108本地被记录为数据点的查找表，该表使用Amon值作为对应的Pout值的索引。被存储的值之间的内插法或对被存储的值的外插法可以用来计算对于未被存储在这样的表中的Amon值的Pout值。或者，该相关性可以被存储为公式或者算法，其中Pout是Amon的函数。也可以使用其他存储相关性的方法。
图2是一个流程图，根据本发明的实施例图示了光发射机101中的相关性处理。在步骤201中，OPM 123在室温下被耦合到光发射机101的输出端。接着，在步骤203中，控制器107改变光源103的输出功率Psource，同时OPM 123和光监视器121同时地测量光源103的输出功率，并分别产生指标Pout和Amon。应当测量多个Pout值和对应的Amon值，以保证最终存储的相关性的准确性。
在步骤205中，控制器107确定Pout和Amon之间的相关性，并将其存储于存储器108中(步骤207)，用于以后被光发射机101获取。Pout和Amon之间的相关性一旦已经被确定，因为不再需要该OPM 123了，所以可以把外部OPM 123从光发射机101去耦，并从***中移除(步骤209)。代替地，使用Pout和Amon之间的相关性来确定编程发射机可能需要的其他参数。
例如，为了完全表征光源，通常测量代表数字1的光发射机功率电平(P1)以及代表数字0的功率电平(P0)。在Pout和Amon之间的相关性已经被计算并存储后，通过从光监视器121读取Amon并且利用先前收集的相关性数据把该值转换为对应的Pout，可以在没有外部OPM 123的情况下容易地确定出P1和P0。
图3是一个流程图，根据本发明的实施例图示了在Pout和Amon之间的相关性已经被确定后，如何表征和编程光发射机101。在步骤301中，控制器107给模式发生器109发出信号，让其发送连续的数字1的序列到发射驱动器105。光源103将在代表数字1的功率电平上发光。因为模式发生器109被结合到光发射机101中，所以不需要连接外部模式发生器。
接着在步骤303中，光监视器121生成功率指标Amon，该指标代表其从光源103测量的功率电平。然后，在步骤305中，控制器107使用所存储的相关性来寻找或计算对于给定Amon的对应的Pout值。该对应的Pout值也恰是光发射机101的P1，它是发射驱动器105驱动数字1时光源103发射的功率。由于图2所描述的初始的相关性处理，该计算值实质上等于如果一个OPM 123被实际地接在光发射机101上时该OPM 123测量到的值。如果P1没有落在规定的界限内，则控制器107编程发射驱动器105，使得P1落入允许的电平(步骤307)。这可能意味着调整光源103的偏置电流、其调制电流或者两者都调整。
其后通过相似的过程来确定P0，不同的是，控制器107给模式发生器109发出信号，让其发送连续的数字0的序列，而不是数字1的序列。在计算P1和P0后，可以容易地确定其他参数，例如平均功率(Pavg＝(P0+P1)/2)、消光比(ER＝P1/P0)等。模式发生器109还可以生成其他模式，比如1010模式或者PRBS，以使得能够计算其他的发射机参数。
也可以随着温度改变进行同样的过程，以在大的温度范围上表征光发射机101。在这些随温度变化的表征过程中，使用相关性是尤其有用的。因为模式发生器109被集成在光发射机101中，所以不需要外部测试设备，并且不需要外部光功率计。因此，可以被测试的器件数目只受到温控测试室容量的限制。
依据光发射机的设计，Amon和Pout之间的相关性可能并不是与温度严格无关的。当光发射机被一个集成的模式发生器109驱动其输入时，它的输出响应也可能与该光发射机连接了外部模式发生器时的输出响应不一样。然而，可以对控制器107编程，以计算并补偿任何这样的变化。
这些技术同样还可以被用来表征光发射机随时间或其他环境变化的响应中的任何变化。
在本发明的另一个实施例中，控制器107或者存储器108，或者控制器107和存储器108两者，位于光发射机101外部。例如，控制器107和/或存储器108可以位于外部计算机中，该计算机只是在表征和编程期间被连接到光发射机101。因为控制器107和/或存储器108在一般操作中并不是严格需要的，所以没有必要使这些部件成为光发射机101的永久部分。
虽然主要是根据可见光的发射机来描述本发明的，但是本发明也可以用于红外光、紫外光以及电磁波谱其他波段的发射机。
虽然已经参考特定的优选实施例详细描述了本发明，但是本发明所属领域的普通技术人员将认识到，可以做出各种修改和改进，而不脱离所附权利要求的精神和范围。

Claims (17)

1.一种用于操作发射机来以一个输出功率电平发射信号的方法，其中，所述发射机中集成有光源、发射驱动器、监视器、控制器以及模式发生器，所述方法包括：
利用所述控制器控制所述模式发生器向所述发射驱动器发送信号模式，以使所述发射驱动器驱动所述光源发光；
将所述发射机与外部功率计耦合，以使所述外部功率计接收所述发射机的第一测得输出功率电平；
利用所述监视器，测量所述发射机的第二测得输出功率电平；
利用所述控制器确定所述第一测得输出功率电平与所述第二测得输出功率电平之间的相关性；
将所述相关性存储在存储器中；
将所述外部功率计从所述发射机去耦；以及
基于所述相关性，利用所述控制器控制所述发射机的输出功率电平。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
改变所述发射机的温度。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述相关性被存储为查找表，在所述查找表中：
由所述监视器测得的所述功率是索引值，以及
对应的值是由所述外部功率计测得的所述功率。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述存储器与所述发射机集成在一起。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述存储器在所述发射机外部。
6.一种发射机，包括：
光源；
驱动所述光源的发射驱动器；
与所述发射机集成在一起的监视器，所述监视器接收来自所述光源的光，并生成与所述光源的功率相对应的功率指标；
与所述发射机集成在一起的模式发生器，所述模式发生器与所述发射驱动器通信，并且被控制器控制，所述模式发生器生成被发送给所述发射驱动器的信号模式；和
所述控制器：
接收来自所述监视器的所述功率指标，
接收由外部功率计测得的功率，
将来自所述监视器的所述功率指标与由所述外部功率计测得的所述功率相比较，
确定所述功率指标与所述测得的功率之间的相关性，以及
基于所述相关性，控制所述光源的输出功率电平。
7.如权利要求6所述的发射机，还包括：
存储设备，所述存储设备与所述控制器通信，用来存储由所述控制器确定的所述相关性。
8.如权利要求6所述的发射机，其中，所述发射机包括光发射机。
9.如权利要求8所述的发射机，其中，所述模式发生器与所述发射机中的其他电路被集成到一个芯片上。
10.一种用于以一个输出功率电平发射信号的发射机，所述发射机包括：
光源；
发射驱动器，所述发射驱动器驱动所述光源发光；
模式发生器，所述模式发生器与所述发射驱动器通信，生成被发送给所述发射驱动器的信号模式；
耦合器，所述耦合器接收所述信号的第一测得输出功率电平；
监视器，所述监视器测量所述信号的第二输出功率电平；
用于确定所述第一测得输出功率电平和所述第二测得输出功率电平之间的相关性的装置；
输出功率控制器，所述输出功率控制器基于所述相关性，控制所述信号的所述输出功率电平。
11.如权利要求10所述的发射机，其中，所述发射机包括光发射机。
12.如权利要求11所述的发射机，其中，所述监视器被集成到所述光发射机中。
13.如权利要求12所述的发射机，还包括：
存储器，用于存储所述相关性，其中所述输出功率控制器被耦合到所述存储器以接收所述被存储的相关性。
14.一种***，包括：
发射机，所述发射机包括：
光源；
驱动所述光源的发射驱动器；和
与所述发射机集成在一起的监视器，所述监视器接收来自所述光源的光，并生成与所述光源功率相对应的功率指标；
与所述发射机集成在一起的模式发生器，所述模式发生器生成发送给所述发射驱动器的信号模式，并由控制器控制；
所述控制器：
接收来自所述监视器的所述功率指标，
接收由外部功率计测得的功率，
将来自所述监视器的所述功率指标与由所述外部功率计测得的所述功率相比较，以及
确定所述功率指标与所述测得的功率之间的相关性，
基于所述相关性，控制所述光源的输出功率电平；和
存储设备，所述存储设备与所述控制器通信，用于存储由所述控制器确定的所述相关性。
15.如权利要求14所述的***，其中，所述存储设备位于计算机上，所述计算机在表征和编程过程中与所述发射机相连接。
16.如权利要求14所述的***，其中，所述控制器位于计算机上，所述计算机在表征和编程过程中与所述发射机相连接。
17.如权利要求14所述的***，其中，所述模式发生器与所述发射机中的其他电路被集成到一个芯片上。
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