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1、第1 部分计算机技术与应用一种新型的保持光收发模块消光比稳定的技术张武平许远忠(武汉电信器件有限公司，武汉4 3 0 0 7 4)摘要：介绍了一种保持消光比稳定的新型控制方式双闭环控制通过分析控制原理和电路构造方式，阐明该控制方式能在不同的温度下保持消光比的稳定试验结果表明采用双闭环控制方式，光收发模块消光比变化在_ 4 0 至8 5 (2 的温度范围内维持在l d B 范围内关键词：双闭环控制；消光比；光收发模块AN o v e lC o n t r o IM e t h o dt oM a i n t a i nE x t i n c t i o nR a t i oi nt h eO p
2、 t i c a lT r a n s c e i v e rZ H A N GW u-p i n gX UY u a n-z h o n g(W u h a nT e l e c o m m u n i c a t i o nD e v i c eC o L t dm)W u h a n4 3 0 0 7 4，c h i n a)A b s t r a c t：An o v e lc o n t r o lm e t h o dt om a i n t a i ne x t i n c t i o nr a t i o，d u a lc l o s e dl o o p，i si n t r
3、 o d u c e d T h r o u g ha n a l y z i n gt h ec o n t r o lp r i n c i p l ea n dc i r c u i ta r c h i t e c t u r e，i tw a sd e m o n s t r a t e dt h a tt h ec o n t r o lm e t h o dc a nm a i n t a i ne x t i n c t i o nr a t i oi nt h ed i f f e r e n tt e m p e r a t u r e E x p e r i m e n
4、t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h ev a r i a t i o n so fe x t i n c t i o nr a t i oi nt h eo p t i c a lt r a n s c e i v e r 玳m a i n t a i n e dw i t h i n1d Bi nt h er a n g ef x o m-4 0 Ct o+8 5 K e y w o r d s；d u a lc l o s e dl o o pc o n t r o l；e x t i n c t i o nr a t i o；o p t i c a l
5、t r a n s c e i v e r1引言消光比是衡量光收发模块发射部分性能的重要指标之一消光比过小，导致光接收灵敏度较差；消光比过大，导致光发射眼图劣化，光接收灵敏度恶化，消光比必须保持在一定的范围内，光接收灵敏度才能达到最佳【l】光发射模块作为光通信的核心器件之一，必须能在较大的温度变化内保持性能的稳定。然而，在不采取任何补偿措施的情况下，光发射模块的消光比在较大的温度的范围内变化很大，这将导致光接收的灵敏度恶化，引起误码率激增。因此，维持消光比的稳定对提升光通信的通信质量有重要的意义。在以往研究控制消光比稳定的方法中，大部分是基于开环控制的方式，只有自动调制电流控制(A u t o
6、 m a t i cM o d u l a t i o nC o n t r o l，A M C)补偿法是基于闭环控制方式 2 1。热敏电阻补偿法和K 系数补偿法虽然实现的方式不同【3】【4】【5 1，但本质都是利用开环控制。这些方式的优点是实现简单，能使消光比稳定在一定的范围内，缺点是消光比变化大小取决于激光器件的一致性。A M C 的优点是能使消光比稳定在较小的变化范围内，且不依赖于激光器件的一致性，缺点是在发射部分引入额外的抖动信号，对光收发模块的发射眼图的质量有影响。本文首先介绍了影响消光比稳定的因素，接着分析了消光比双闭环控制的原理和实现方式，然后比较了采用和没有采用双闭环控制一组光
7、收发模块的消光比在-4 0 到+8 5 的温度范围的变化，最后得出双闭环控制对稳定消光比的重要作用的结论7。2 0 0 9 通信理论与技术新发展第十四届全国青年通信学术会议论文集2 影响消光比的因素所谓消光比(E x t i n c t i o n，E x)，定义为全“l 码时的平均光功率P l 与全“0 码时的平均光功率P O之比。即：E X=l O l o g(P l P O)(1)E X 取决于激光二极管(L a s e rD i o d e，L D)的P-I 特性，预偏置电流和数字信号调制特性。当温度增加或减小时，L D 的P I 特性会变化。图1 是同一只L D 在不同温度下的典型的
8、P I 曲线图。从图中可以看出，在不同的温度下，L D 的斜效率(S l o p eE f f i c i e n c y，S E)不同，预偏置电流不同，如果偏置电流(b i a s)和调制电流(m o d)在不同的温度下都保持不变，P 1 和P O 的值急剧变化，P 1 P 0 的值会有较大的波动。因此，要维持E X 的稳定，必须保持P 1 P 0 的稳定。P锨1 1P l他阳T l 1Z十I。一b m l。一b 讧s 2型!-，m o d 2L：“3 双闭环控制原理图1 不同温度下的L D 的特性双闭环的核心思想是通过维持光模块数据“l”电平和数据“0”电平时的光功率的稳定，即P l 和P
9、 O的稳定，从而达到在较大温度范围内光模块消光比的稳定一般而言，为了维持光模块输出光功率在较大温度范围的稳定，光模块都采用了自动平均光功率控制的技术，采用此种技术的前提是光模块中的光器件必须有监控输出光功率的背光电流。当光模块输出一定的光功率时，光器件反馈一定的背光电流给模块。因为输出的光功率和反馈的背光电流有一种稳定的线性关系，且这种关系在较大的温度范围内也能保持稳定。因此，对光模块而言，只需维持背光电流的恒定，就可以保持输出光功率的恒定。采用双闭环技术的光模块也必须基于这种器件。假设数据“l”时输出的光功率P 1 对应的光器件的背光电流为I m l，数据“0”时输出的光功率P 0 对应的光
10、器件的背光电流为I n l o。当光模块的环境温度剧烈变化时，P 1 和P 0 有较大的波动。如要保持P l 和P O 的稳定，根据双闭环技术的原理，只需保持I m l 和I m 0 的稳定。双闭环的控制过程如图2 所示。上电后，光模块通过其接口从E 2 P R O M 下载初始信息配置到光模块，测试光模块发射的参数，若参数达不到目标值，通过P C 机的调试软件，调试光模块的参数，使光模块的参数达到目标值，设此时在室温下数据“1”电平时输出光功率对应懿亨光电流为数据“l”电平时的目标背光电流，记为I m l；数据“0”8。笫l 部分计算机技术与应用圈2 双闭环控制原理图电平时输出光功率对应的背
11、光电流为数据“0 电平时的目标背光电流，记为I m 0。当光模块所处的环境温度变化时，L D 的斜效率将变化。当环境温度上升，L D 的斜效率下降，P l 和P o 减小，激光器中背光探测器探测的数据“l”电平时的背光探测电流I m l l 和数据“0”电平时的背光探测电流I m 0 0 分别减小，进入判决器后，与各自电平的背光电流目标值I m l 和I m 0 比较，因I r a l l 比I m l 减小，I m 0 0 比I m O 减小，为保持P 1 和P O 的值不变，必须增加I m l l 和I m o o 的值，使I m l l 等于I m l，I m 0 0 等于I m O 同
12、理，当环境温度下降时，L D 的斜效率上升，P 1 和P 0 增大，激光器中背光探测器探测的I m l l 和I n l 0 0 分别比I m l 和I m 0增大，为保持P 1 和P O 的值不变，必须减小I m l l 和I r a 0 0 的值，使I r a l l 等于I m l，I m 0 0 等于I m 0 4 试验设置和试验结果分析为验证双闭环的技术对稳定消光比的性能，搭建了图3 所示的试验设置。图3 验证光模块发射部分的试验设置图中，码型发生器产生P B R S 7 c 11 2 5 G b p s 的电信号输入到被测试模块电信号的数据输入端，经过光电转换后，在示波器上观察被测
13、试光模块的输出的光眼图，测量光眼图的消光比。P C 机和被测试模块通过1 2 C 接口通信，通过P C 机可以设置被测试模块使用和不使用双闭环的技术。9 2 0 0 9 通信n 论与技术新炭展第十日月空目青年通#学术奇议论文集在试验中，模块分别在_ 4 0，一3 0 _ 2 0，一1 0，0 C，1 0 2 0，3 0 4 0，5 0，6 0，7 0 C，8 0 (2，8 5 (2 观察光眼图，测量消光比。试验中，抽取3 只模块作为测试对象。图4 是一只模块使用职闭环的控制技术和不使用职闭环技术在上述-4 0 C-+8 5 C 的温度范围内消光比的曲线圈。从图中看出，当使用双闭环的控制技术时，
14、消光比在_ 4 0-4-8 5 的全温度范围内变化幅度很平缓且曲线的波峰值和波谷值的差值低于15 d B。当不使用职闭环的控制技术时，消光比在一4 0 C,-+8 5 C 的全温度范同内变化很大，且曲线的波峰值和被谷值的差值达7l d B。圈4 精光比随温度的变化曲线图目5 足3 只模块在叫0 计8 5 的温度范硐内的各个韫度的消光比与2 0 C 时各模块消光比的差值的曲线吲。从酬。l，看出3 只模块在-4 0 (2-+8 5 的温度范围内的各十温度点的差值变化在4-1 个d B 内。5 结论目5 精光的变化随温度的变化曲线圈作为一种全新岫光收发模块的消光比控制技术，双闭环控制方式有以往的任何
15、消光比控制方式不可比拟的优势：光收发模块对消光比的控制不再依赖光嚣件的一致性，且消光比控制的精度能在-4 0 C+8 5 C 的全潞范m 内限$0 在l d B 卧内。基于这种优势，性能可靠、质量优异的光收发模块的制造将容易实现，这必将推动光通信通信质地的提高。1 0 第1 部分计算机技术与应用参考文献【l】1丁国庆。邓柱斌2 5 G b i f f s 光发射模块消光比与光接收误码特性【J】光通信研究，2 0 0 1，l：5 2-5 5【2】A N 2 8 7 0：3 3 VD u a l-l o o p，5 0 M b p st o3 3 G b p sL a s e rD i o d e
16、D r i v e t (D B O L)A N A L O GD E V I C E S，2 0 0 4 2 0 0 8-9 18 J h t t p J w w w a n a l o g c o 删r e n 厢b e r o p 吐叫a g e 州r i V 蹦a d n 2 8 7 伽阳m u c t g 缸o d l l 伉h 衄l【3】利用K 系数控制稳定光发送器的消光比叨电子设计应用，2 0 0 3，8：2 0-2 1【4】李蔚，张翠红等直接调制D F B 激光器调制特性的温度补偿技术研究田光通信技术，2 0 0 3，1 2：2 1-2 2【5】亢俊健，宁书年等光收发模块眼图、消光比及灵敏度关系的实验研究激光杂志，2 0 0 3，2 4(2)：6 1-6 2作者简介张武平(1 9 7 9 一)，男，湖北天门人，项士研究生主要研究方向为高速光模块1 l 一种新型的保持光收发模块消光比稳定的技术一种新型的保持光收发模块消光比稳定的技术作者：张武平，许远忠作者单位：武汉电信器件有限公司,武汉 430074 本文链接：http:/