[發(fā)明專利]一種突發(fā)模式激光驅(qū)動(dòng)器輸出功率控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210063199.3
• 申請(qǐng)日: 2012-03-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102624458A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林葉;朱恩;顧皋蔚;張望偉;葉寧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B10/155
• 分類號(hào): H04B10/155
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，光網(wǎng)絡(luò)單元設(shè)備突發(fā)模式激光驅(qū)動(dòng)器輸出功率的自動(dòng)控制方法，以及實(shí)現(xiàn)該方法的具體實(shí)施方式。

背景技術(shù)

光纖到戶是接入網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)集合了以太網(wǎng)與無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)兩方面的優(yōu)勢(shì)，是目前實(shí)現(xiàn)光纖到戶的熱門(mén)技術(shù)^[1]。

以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)體現(xiàn)為一個(gè)點(diǎn)到多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)^[1-2]。其中，在下行方向，光纜終端設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)一級(jí)或多級(jí)無(wú)源光分路器，以廣播的方式同時(shí)傳送至多個(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元。在上行方向，各個(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元發(fā)出的數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)無(wú)源的光耦合器匯聚，共享同一根光纖，上行傳至光纜終端設(shè)備。為了避免來(lái)自不同光網(wǎng)絡(luò)單元的光信號(hào)同時(shí)傳輸產(chǎn)生沖突，在上行方向以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用時(shí)分復(fù)用的機(jī)制。為了實(shí)現(xiàn)時(shí)分復(fù)用，各個(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元的激光驅(qū)動(dòng)器芯片具有突發(fā)工作的機(jī)制，即：在指定的突發(fā)使能周期中迅速開(kāi)啟激光器，發(fā)射上行光脈沖；當(dāng)使能周期結(jié)束時(shí)，能夠迅速禁能，完全地關(guān)斷激光器的輸出，從而避免對(duì)其他光網(wǎng)絡(luò)單元的上行數(shù)據(jù)產(chǎn)生干擾。

對(duì)于光發(fā)射機(jī)及其核心器件激光驅(qū)動(dòng)器而言，發(fā)射激光信號(hào)的自動(dòng)功率控制機(jī)制是十分重要的。傳統(tǒng)的連續(xù)模式激光驅(qū)動(dòng)器通常使用平均功率控制方法^[3]?，利用與激光器封裝在一起的光檢測(cè)器產(chǎn)生的監(jiān)測(cè)電流，使用集成運(yùn)算放大器等器件構(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋環(huán)路，實(shí)現(xiàn)輸出功率的自動(dòng)控制。但是，無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的光網(wǎng)絡(luò)單元是以突發(fā)的形式工作的，激光二級(jí)管僅在短暫的使能周期內(nèi)點(diǎn)亮；大部分的時(shí)間為禁能周期，激光器上沒(méi)有光功率輸出，而相應(yīng)的監(jiān)測(cè)電流基本為零。由于禁能周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)于使能周期，傳統(tǒng)的連續(xù)模式下的自動(dòng)功率控制方法不適合突發(fā)模式的光網(wǎng)絡(luò)單元發(fā)射機(jī)。

在另一方面，光發(fā)射機(jī)的消光比也是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。消光比定義為數(shù)字脈沖光發(fā)射機(jī)發(fā)射全“0”時(shí)光功率P₀和全“1”時(shí)光功率P₁之比，可用EXT表示，定義公式為：EXT=10log(P₁/P₀)(dB)。消光比的不足容易引起碼元誤判等一系列問(wèn)題。根據(jù)以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，上行鏈路使用較長(zhǎng)的波長(zhǎng)（如1260-1280nm）^[2]，鑒于目前1000nm以上波長(zhǎng)的垂直共振腔表面放射型激光器尚不成熟，光網(wǎng)絡(luò)單元突發(fā)模式光發(fā)射機(jī)需要選用分布式反饋激光器為激光源。而分布式反饋激光器有一個(gè)相對(duì)較高的閾值電流，典型值在10mA左右。這就要求激光驅(qū)動(dòng)器首先需要對(duì)激光器提供10mA左右的直流預(yù)偏置電流，在此基礎(chǔ)上疊加更大的脈沖調(diào)制電流對(duì)激光器進(jìn)行調(diào)制，這樣才能獲得最佳的消光比。在這種情況下，光發(fā)射機(jī)的消光比同時(shí)取決于偏置電流和脈沖調(diào)制電流，使得在自動(dòng)功率控制的同時(shí)兼顧優(yōu)化消光比變得較為復(fù)雜。

為了實(shí)現(xiàn)突發(fā)模式下的自動(dòng)功率控制，目前存在幾種方法：

1.?發(fā)射機(jī)端不監(jiān)測(cè)輸出功率和消光比，而是由接收機(jī)端檢測(cè)，并通過(guò)光纖通信鏈路借助某種協(xié)議機(jī)制告知發(fā)射機(jī)。發(fā)射機(jī)據(jù)此調(diào)節(jié)輸出的光功率和消光比^[4]。

該方法存在的問(wèn)題是：需要對(duì)相關(guān)通訊協(xié)議進(jìn)行約定；需要制定統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)；如果沒(méi)有統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、或現(xiàn)有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中并未就相關(guān)機(jī)制做出約定的情況下，可能影響到組網(wǎng)設(shè)備之間的兼容性。

2.?利用模-數(shù)轉(zhuǎn)換電路對(duì)監(jiān)測(cè)電流高速連續(xù)采樣，并利用微控制器對(duì)采樣結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，作為功率控制的依據(jù)^[4]。

該方法存在的問(wèn)題是：對(duì)于突發(fā)模式發(fā)射機(jī)來(lái)說(shuō)，激光器僅僅在使能周期內(nèi)發(fā)光，此時(shí)有有效的監(jiān)測(cè)電流產(chǎn)生。但是使能周期的長(zhǎng)度僅有數(shù)微秒。因此，大部分時(shí)間監(jiān)測(cè)電流為零，必須在短時(shí)間內(nèi)捕獲到有效的監(jiān)測(cè)電流值。這對(duì)模-數(shù)轉(zhuǎn)換電路的采樣/轉(zhuǎn)換速率以及微控制器的處理速度均提出了較高要求。若選用低成本模-數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其采樣/轉(zhuǎn)換速率不夠高，則控制效果不甚理想；但若選用高性能的模-數(shù)轉(zhuǎn)換電路，則會(huì)增加系統(tǒng)的整體成本。

3.?加入采樣保持電路單元，利用采樣保持電路單元采樣光檢測(cè)器產(chǎn)生的監(jiān)測(cè)電流，并進(jìn)行保持^[5]。在此基礎(chǔ)上，可再使用模-數(shù)轉(zhuǎn)換電路單元轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，利用微控制器對(duì)采樣結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于存在采樣保持電路單元，監(jiān)控電流值可以保持較長(zhǎng)時(shí)間，因此可以使用較低成本、較低采樣/轉(zhuǎn)換速率的模-數(shù)轉(zhuǎn)換電路。