[發(fā)明專利]一種雪崩光電二極管偏置電壓溫度補償裝置及方法

在審

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• 申請日: 2014-12-16
• 公開（公告）號: CN105759890A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王滔
• 申請（專利權(quán)）人: 中興通訊股份有限公司
• 主分類號: G05F1/567
• 分類號: G05F1/567
• 代理公司: 北京安信方達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11262
• 代理人: 解婷婷;龍洪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖通信中光接收機領(lǐng)域，更具體的涉及，一種雪崩光電二極管(APD)偏置電壓的溫度補償方案。

背景技術(shù)

長距離光纖通信通常使用雪崩光電二極管(APD)作為接收端的核心設(shè)備，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。相對于普通光電二極管，APD具有較高的增益，和由此帶來的高靈敏度。

為了獲得較高的增益水平，需要向APD提供較高的偏置電壓(30～60V)。該偏置電壓是溫度敏感的，它與溫度作同向線性變化，二者之間的比例系數(shù)稱為APD偏置電壓的溫變系數(shù)。因此光接收機電路提供給APD的偏置電壓必須具有溫度補償能力：能夠根據(jù)溫度變化的情況，適當(dāng)調(diào)節(jié)偏置電壓的大小，使得偏置電壓隨溫度作線性變化，變化的比例系數(shù)等于所選用的APD偏置電壓的溫變系數(shù)。

目前光纖通信接收端對APD偏置電壓的溫度補償方法有兩種，一是傳統(tǒng)的使用熱敏電阻的方法，二是使用查找表的方法。

傳統(tǒng)的使用熱敏電阻的方法粗略地利用了負溫度系數(shù)熱敏電阻的阻值隨溫度變化的規(guī)律，將單個負溫度系數(shù)熱敏電阻與固定阻值的電阻串并聯(lián)，形成電阻網(wǎng)絡(luò)，作為電壓產(chǎn)生電路的反饋電阻。當(dāng)溫度變化時，電阻網(wǎng)絡(luò)阻值變化，從而改變輸出電壓，達到補償APD偏置電壓隨溫度變化的目的。這種方法思路簡單，只需要簡單的計算就能設(shè)計完成，但缺點是，無論電阻網(wǎng)絡(luò)的形式如何變化，由于單個負溫度系數(shù)熱敏電阻的阻值隨溫度變化的函數(shù)是指數(shù)形式的，因此電阻網(wǎng)絡(luò)的等效電阻與溫度之間的變化關(guān)系始終存在較大的非線性度，圖1所示即為傳統(tǒng)的使用熱敏電阻補償APD偏置電壓的方法，產(chǎn)生的輸出電壓隨溫度變化情況的曲線圖。可以看到在263K(-10℃)與328K(55℃)附近，輸出補償電壓與理想電壓的差異最大，兩者絕對值之和達到1.33V，商業(yè)溫度(0～70℃)范圍內(nèi)非線性度為1.43％。這樣導(dǎo)致APD偏置電壓溫度補償效果較差，設(shè)備的接收靈敏度有較大波動。

查找表方法是預(yù)先記錄APD偏置電壓與溫度之間的關(guān)系表格，當(dāng)溫度變化時，溫度感知裝置將當(dāng)前溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字編碼，據(jù)此查表找到對應(yīng)的電壓值，再利用調(diào)整數(shù)字電阻器、改變升壓電路占空比等手段調(diào)整輸出電壓。從而達到當(dāng)溫度變化時，調(diào)整APD偏置電壓的目的。這種方法的缺點有四。第一，制作溫度-電壓關(guān)系表格的工作繁瑣。通常情況下，需要在多個溫度點下，測量上百臺設(shè)備的最佳接收靈敏度數(shù)據(jù)，非常耗時。當(dāng)靈敏度不能通過誤碼儀直接測量，而是通過丟包率等指標間接測量時，還會引入相當(dāng)大的測量誤差。第二，根據(jù)SFF-8472協(xié)議規(guī)定，接收端設(shè)備的DDMI溫度誤差不得超過±3℃。這就意味著，如果APD偏置電壓與溫度之間的線性關(guān)系的比例系數(shù)是0.1V/℃，那么最大0.6V的誤差是合乎SFF-8472協(xié)議規(guī)定的，但是顯然這么大的誤差會導(dǎo)致比較大的靈敏度變化范圍。第三，輸出電壓的調(diào)整精度受到數(shù)字編碼的分辨度控制，誤差較大。最后，數(shù)字電阻器的價格較高，導(dǎo)致光接收端設(shè)備的成本居高不下。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種APD偏置電壓溫度補償裝置及方法，以解決光接收端設(shè)備溫度補償復(fù)雜的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種雪崩光電二極管APD偏置電壓溫度補償裝置，包括電壓調(diào)整單元、升壓單元和反饋單元，所述電壓調(diào)整單元，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的數(shù)字編碼輸出電流信號，改變反饋單元的分壓比例，調(diào)整升壓單元輸出的電壓V_out，其中：

所述反饋單元分為固定阻值的反饋電阻R1，以及與所述反饋電阻Rl的反饋電壓端相連的溫度補償子單元，所述溫度補償子單元采用兩個以上的負溫度系數(shù)熱敏電阻與固定阻值的電阻組成電路，為所述反饋電阻R1的反饋電壓進行線性溫度補償。

可選地，上述裝置中，所述溫度補償子單元采用兩個以上的負溫度系數(shù)熱敏電阻與固定阻值的電阻組成電路，為所述反饋電阻R1的反饋電壓進行溫度補償指：

所述溫度補償單元包括負溫度系數(shù)熱敏電阻RT1與固定阻值的電阻R3組成并聯(lián)電路，負溫度系數(shù)熱敏電阻RT2與固定阻值的電阻R4組成串聯(lián)電路，所述并聯(lián)電路與串聯(lián)電路再次并聯(lián)后，與固定阻值的電阻R2串聯(lián)，所述電阻R2的另一端與所述反饋電阻R1的反饋電壓端相連。

可選地，上述裝置中，所述溫度補償子單元采用兩個以上的負溫度系數(shù)熱敏電阻與固定阻值的電阻組成電路，為所述反饋電阻R1的反饋電壓進行溫度補償指：