光模塊自動溫度補償裝置及其控制方法與流程
2023-06-28 14:33:01 3
本發明涉及一種雷射器控制技術，尤其涉及一種光模塊自動溫度補償裝置及其控制方法。
背景技術：
隨著接入網、FTTH(Fiber to the Home)、3G、4G以及10Gbit/s乙太網標準、光纖通道10Gbit/s的應用，光模塊的應用也越來越廣泛。國內4G和FTTx的建設給光模塊的生產帶來了拐點式的增長，但產能的急劇提升，也對光模塊廠家的批量生產提出了苛刻的要求。另外，由於寬溫度範圍(-40℃～85℃)的高速光模塊(2.488、3.125、6、10Gbps等)頗受市場青睞，於是寬溫度範圍內光模塊輸出光功率和消光比的穩定便成了設計中的突出難題。
在傳統的光模塊設計中，其溫度補償方法主要有驅動晶片溫度補償、K係數補償、查表補償及數字電位器補償等，它們均需依賴雷射器的斜效率一致性較好這一條件才能實現。結合光模塊的實際應用環境，當溫度發生變化時，雷射器的斜效率變化比較離散，閾值電流也將隨之發生相應的變化，這就會導致傳統的補償方式失效。因此，在全溫範圍(-40℃～85℃)或更苛刻的溫度範圍下，光模塊的實現難度較大，傳統的補償方式作用比較有限，且靈活性差，通常需要更換焊接電阻並不斷驗證或反覆高低溫調節配置參數，耗時且工作量大。
技術實現要素：
針對背景技術中的問題，本發明提出了一種光模塊自動溫度補償裝置，其創新在於：所述光模塊自動溫度補償裝置由比較器、偏置電流調節模塊、處理模塊、調製電流控制模塊和偏置基準修正寄存器和溫度傳感器組成；光模塊中雷射器的PD探測器分別與比較器和處理模塊連接，處理模塊分別與溫度傳感器、偏置基準修正寄存器和調製電流控制模塊連接，偏置基準修正寄存器與比較器連接，比較器與偏置電流調節模塊連接，調製電流控制模塊與雷射器的調製電流輸入端連接，偏置電流調節模塊與雷射器的偏置電流輸入端連接；
所述溫度傳感器用於檢測雷射器的溫度，並將檢測結果輸出至處理模塊；
所述PD探測器能將檢測到的背電流分別輸出至比較器和處理模塊；
所述處理模塊能計算出偏置電流修正值和調製電流修正值，處理模塊將偏置電流修正值輸出至偏置基準修正寄存器，處理模塊將調製電流修正值輸出至調製電流控制模塊；
所述偏置基準修正寄存器能根據偏置電流修正值對比較器內的偏置電流基準值進行更新；
所述比較器能對偏置電流基準值和背電流的大小進行比較，並將比較結果輸出至偏置電流調節模塊；
所述偏置電流調節模塊能根據比較結果對輸出到雷射器的偏置電流進行調節；
所述調製電流控制模塊能根據調製電流修正值向雷射器輸出相應的調製電流。
採用本發明方案後，裝置可根據雷射器背電流的變化自動對作用在雷射器上的偏置電流和調製電流進行修正，從而光模塊在寬溫度範圍條件下，保持穩定的光功率和消光比輸出。
一種光模塊自動溫度補償裝置的控制方法，所述光模塊自動溫度補償裝置的結構如前所述，其創新在於：所述方法包括：所述處理模塊內預存有背電流和光功率的換算比例，同時，處理模塊內還預存有初始偏置電流值、偏置電流調節值、目標光功率和目標消光比；所述換算比例根據試驗數據確定；處理模塊按如下步驟計算偏置電流修正值和調製電流修正值：
1)處理模塊對溫度傳感器輸出的檢測結果進行判斷：若溫度達到設定的閾值，則進入步驟2)；若溫度未達到設定的閾值，則繼續對溫度變化幅度進行判斷：若溫度變化幅度達到設定的閾值，則進入步驟2)；若溫度變化幅度未達到設定的閾值，則根據溫度傳感器新輸出的檢測結果重新進行步驟1)的操作；
2)處理模塊向偏置基準修正寄存器輸出初始偏置電流值，然後對背電流進行第一次採樣，然後根據換算比例計算出光功率，此光功率記為P1；
3)處理模塊根據偏置電流調節值對初始偏置電流值進行調節，得到偏置電流調節值，然後將偏置電流調節值輸出至偏置基準修正寄存器，然後對背電流進行第二次採樣，然後根據換算比例計算出光功率，此光功率記為P2；
4)根據如下兩個方程計算出雷射器的斜效率SE(t)和閾值電流Ith：
其中，Ibias1為初始偏置電流值，Ibias2為偏置電流調節值；
5)根據下式計算出偏置電流修正值：
其中，P為目標光功率，Ibias為偏置電流修正值；
然後根據下式計算出調製電流修正值：
其中，EX為目標消光比，Imod為調製電流修正值；
6)處理模塊將偏置電流修正值輸出至偏置基準修正寄存器，處理模塊將調製電流修正值輸出至調製電流控制模塊；然後用偏置電流修正值對初始偏置電流值進行更新，返回步驟1)。
前述方法的原理是：本領域技術人員應該清楚，在光模塊的正常應用環境中，在時間較短的情況下，溫度是不會突變的，而雷射器的斜效率和閾值電流的變化與溫度存在相關性，若溫度不改變或變化幅度很小，則雷射器的斜效率和閾值電流也幾乎無變化，只有溫度變化幅度較大時，斜效率和閾值電流才會發生變化；在現有技術條件下，一個控制周期的時間長度一般在毫秒級，在這麼短的時間範圍內，溫度幾乎無變化，相應地斜效率和閾值電流也幾乎無變化；當斜效率和閾值電流確定時，作用在雷射器上的偏置電流和調製電流決定了雷射器輸出信號的光功率和消光比，於是本發明通過兩次給定偏置電流獲得兩個光功率(即步驟2)和3)的操作)，然後解方程求解出雷射器在當前溫度條件下的當前斜效率和當前閾值電流(即步驟4)的操作)，然後再根據目標光功率、目標消光比、斜效率和閾值電流，反向求解出偏置電流修正值和調製電流修正值(即步驟5)的操作)，然後再根據偏置電流修正值和調製電流修正值對雷射器的參數進行調節，這就能夠在寬溫度範圍的情況下，使雷射器的輸出信號始終保持穩定的光功率和消光比。
本發明的有益技術效果是：提供了一種光模塊自動溫度補償裝置及其控制方法，該裝置可以在寬溫度範圍的情況下使雷射器的輸出信號始終保持穩定的光功率和消光比。
附圖說明
圖1、本發明的電氣原理示意圖；
圖中各個標記所對應的名稱分別為：比較器1、偏置電流調節模塊2、處理模塊3、調製電流控制模塊4、偏置基準修正寄存器5、光模塊中雷射器6、溫度傳感器7
具體實施方式
一種光模塊自動溫度補償裝置，其創新在於：所述光模塊自動溫度補償裝置由比較器1、偏置電流調節模塊2、處理模塊3、調製電流控制模塊4和偏置基準修正寄存器5和溫度傳感器組成；光模塊中雷射器6的PD探測器分別與比較器1和處理模塊3連接，處理模塊3分別與溫度傳感器、偏置基準修正寄存器5和調製電流控制模塊4連接，偏置基準修正寄存器5與比較器1連接，比較器1與偏置電流調節模塊2連接，調製電流控制模塊4與雷射器6的調製電流輸入端連接，偏置電流調節模塊2與雷射器6的偏置電流輸入端連接；
所述溫度傳感器用於檢測雷射器6的溫度，並將檢測結果輸出至處理模塊3；
所述PD探測器能將檢測到的背電流分別輸出至比較器1和處理模塊3；
所述處理模塊3能計算出偏置電流修正值和調製電流修正值，處理模塊3將偏置電流修正值輸出至偏置基準修正寄存器5，處理模塊3將調製電流修正值輸出至調製電流控制模塊4；
所述偏置基準修正寄存器5能根據偏置電流修正值對比較器1內的偏置電流基準值進行更新；
所述比較器1能對偏置電流基準值和背電流的大小進行比較，並將比較結果輸出至偏置電流調節模塊2；
所述偏置電流調節模塊2能根據比較結果對輸出到雷射器6的偏置電流進行調節；
所述調製電流控制模塊4能根據調製電流修正值向雷射器6輸出相應的調製電流。
一種光模塊自動溫度補償裝置的控制方法，所述光模塊自動溫度補償裝置由比較器1、偏置電流調節模塊2、處理模塊3、調製電流控制模塊4和偏置基準修正寄存器5和溫度傳感器組成；光模塊中雷射器6的PD探測器分別與比較器1和處理模塊3連接，處理模塊3分別與溫度傳感器、偏置基準修正寄存器5和調製電流控制模塊4連接，偏置基準修正寄存器5與比較器1連接，比較器1與偏置電流調節模塊2連接，調製電流控制模塊4與雷射器6的調製電流輸入端連接，偏置電流調節模塊2與雷射器6的偏置電流輸入端連接；所述溫度傳感器用於檢測雷射器6的溫度，並將檢測結果輸出至處理模塊3；所述PD探測器能將檢測到的背電流分別輸出至比較器1和處理模塊3；所述處理模塊3能計算出偏置電流修正值和調製電流修正值，處理模塊3將偏置電流修正值輸出至偏置基準修正寄存器5，處理模塊3將調製電流修正值輸出至調製電流控制模塊4；所述偏置基準修正寄存器5能根據偏置電流修正值對比較器1內的偏置電流基準值進行更新；所述比較器1能對偏置電流基準值和背電流的大小進行比較，並將比較結果輸出至偏置電流調節模塊2；所述偏置電流調節模塊2能根據比較結果對輸出到雷射器6的偏置電流進行調節；所述調製電流控制模塊4能根據調製電流修正值向雷射器6輸出相應的調製電流；
其創新在於：所述方法包括：所述處理模塊3內預存有背電流和光功率的換算比例，同時，處理模塊3內還預存有初始偏置電流值、偏置電流調節值、目標光功率和目標消光比；所述換算比例根據試驗數據確定；處理模塊3按如下步驟計算偏置電流修正值和調製電流修正值：
1)處理模塊3對溫度傳感器輸出的檢測結果進行判斷：若溫度達到設定的閾值，則進入步驟2)；若溫度未達到設定的閾值，則繼續對溫度變化幅度進行判斷：若溫度變化幅度達到設定的閾值，則進入步驟2)；若溫度變化幅度未達到設定的閾值，則根據溫度傳感器新輸出的檢測結果重新進行步驟1)的操作；
2)處理模塊3向偏置基準修正寄存器5輸出初始偏置電流值，然後對背電流進行第一次採樣，然後根據換算比例計算出光功率，此光功率記為P1；
3)處理模塊3根據偏置電流調節值對初始偏置電流值進行調節，得到偏置電流調節值，然後將偏置電流調節值輸出至偏置基準修正寄存器5，然後對背電流進行第二次採樣，然後根據換算比例計算出光功率，此光功率記為P2；
4)根據如下兩個方程計算出雷射器6的斜效率SE(t)和閾值電流Ith：
其中，Ibias1為初始偏置電流值，Ibias2為偏置電流調節值；
5)根據下式計算出偏置電流修正值：
其中，P為目標光功率，Ibias為偏置電流修正值；
然後根據下式計算出調製電流修正值：
其中，EX為目標消光比，Imod為調製電流修正值；
6)處理模塊3將偏置電流修正值輸出至偏置基準修正寄存器5，處理模塊3將調製電流修正值輸出至調製電流控制模塊4；然後用偏置電流修正值對初始偏置電流值進行更新，返回步驟1)。
採用本發明方案後，就能在光模塊運行過程中，對光模塊中雷射器的工作參數進行自動連續地調節。