專利名稱：電光調(diào)制器偏置電壓控制裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種電光調(diào)制器的偏置電壓驅(qū)動器，用于供給電光調(diào)制器合適的偏置電 壓，使電光調(diào)制器工作在合適工作點(diǎn)。屬于自動控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電光調(diào)制器是一種在高速光通信、光纖傳感等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛的光器件。然而， 電光調(diào)制器由于其自身結(jié)構(gòu)的原因，環(huán)境溫度、機(jī)械扭曲、機(jī)械振動以及輸入光的偏振態(tài)變 化都會引起電光調(diào)制器工作點(diǎn)的緩慢漂移(示意見圖2)，從而導(dǎo)致電光調(diào)制器的消光比下 降、性能變壞，給電光調(diào)制器的應(yīng)用帶來了麻煩。因此，在對電光調(diào)制器進(jìn)行工作點(diǎn)的自動 跟蹤和控制是十分必要的。電光調(diào)制器的工作點(diǎn)受偏置電壓的影響，可以通過對電光調(diào)制器偏置電壓的自動 控制，使電光調(diào)制器穩(wěn)定在合適工作點(diǎn)。以往采用的自動控制電光調(diào)制器偏置電壓的方式 主要有下面兩個缺點(diǎn)1.結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對構(gòu)成系統(tǒng)的元器件的速度和精度都有較高的要求，成本高昂，且實(shí) 現(xiàn)難度較大。2.不是獨(dú)立系統(tǒng)，需要額外的設(shè)備(比如PC機(jī))的幫助，不易用于體積、成本都受 限制的儀器或者其他便攜式的模塊類的設(shè)備中；

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明是提供一種電光調(diào)制器偏置電壓控制裝置及其控制方法，針對 電光調(diào)制器開發(fā)的偏置電壓驅(qū)動器，通過對電光調(diào)制器的偏置電壓的控制，達(dá)到使電光調(diào) 制器穩(wěn)定的工作在合適的工作點(diǎn)上的目的。結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，成本低廉，不需依賴其他 外部設(shè)備，使用方便可靠。技術(shù)方案電光調(diào)制器偏置電壓控制裝置是一個閉環(huán)控制裝置。該裝置通過控制 器來控制輸出電路給出的直流電壓的大小，影響電光調(diào)制器的工作點(diǎn)，進(jìn)而影響電光調(diào)制 器的輸出；電光調(diào)制器的輸出被電光調(diào)制器偏置電壓控制系統(tǒng)的跨阻放大電路接受并轉(zhuǎn)化 為易于接收和檢測的電壓信號，再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，被控制器接收，使控制器獲知電光調(diào) 制器當(dāng)前的工作狀態(tài)，并根據(jù)電光調(diào)制器的這個工作狀態(tài)，調(diào)整輸出驅(qū)動電路的輸出。該裝置的光電探測器、跨阻放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、控制器、輸出驅(qū)動電路順序 連接；經(jīng)電光調(diào)制器調(diào)制以后的脈沖光，經(jīng)過光耦合器，分出一部分光信號接光電探測器的 輸入端；輸出驅(qū)動電路的輸出端接電光調(diào)制器的偏置電壓輸入端口，控制電光調(diào)制器的偏 置電壓。電光調(diào)制器偏置電壓控制方法中，電光調(diào)制器偏壓控制裝置對電光調(diào)制器工作點(diǎn) 的控制方法分為兩個階段第一階段電光調(diào)制器偏壓控制裝置上電后，控制器控制輸出驅(qū)動電路的輸出，使 輸出驅(qū)動電路的輸出值快速掃描偏置電壓整個取值范圍；同時，控制器記錄下每個步進(jìn)電壓所對應(yīng)的光功率值；然后，控制器從中選出最小光功率所對應(yīng)的步進(jìn)電壓值u0，作為最 接近最適工作點(diǎn)的步進(jìn)電壓值，作為第二階段的初始偏置電壓值；第二階段電光調(diào)制器偏置電壓控制裝置從第一階段中的初始偏置電壓值開始， 通過增加或者減少一個微小的電壓步進(jìn)，同時觀察這些電壓值所對應(yīng)的光功率，判斷當(dāng)前 的偏置電壓值與最適工作點(diǎn)對應(yīng)的電壓值的大小關(guān)系；經(jīng)過第一階段的全局掃描，確定了 一個比較接近最適工作點(diǎn)的偏置電壓點(diǎn)uO，可以測出uO所對應(yīng)光功率值pO ；控制器控制輸 出驅(qū)動電路，使輸出偏壓值減小一個步進(jìn)，這時的輸出偏壓值為ul，輸出光功率值為pi ；控 制器控制輸出驅(qū)動電路，使輸出偏壓值增加兩個步進(jìn)，這時的輸出偏壓值為u2，輸出光功率 值為p2 ；比較光功率p0，pi, p2的大小，如果滿足pi <p0 <p2，說明偏置電壓uO比最適 工作電壓值大，這時將偏置電壓值減小一個步進(jìn)；如果滿足？2< 0< 1，說明偏置電壓110 比最適工作電壓值小，這時將偏置電壓值增大一個步進(jìn)；接下來，重復(fù)上面做過的“改變步 進(jìn)——比較輸出光功率大小”的過程，最終將找到離最適工作點(diǎn)非常接近的工作點(diǎn)，接近程 度取決于電壓步進(jìn)的精度。當(dāng)電壓步進(jìn)足夠小時，偏置電壓的波動會非常微小(波動值即為電壓最小步進(jìn) 值)，使E0M近似恒定的工作在最適工作點(diǎn)上。經(jīng)電光調(diào)制器調(diào)制后的光信號，被光耦合器分出一部分，送入光電探測器中，光電 探測器將光信號轉(zhuǎn)換成電流信號，并將電流信號送入跨阻放大電路中；跨阻放大電路將電 流信號轉(zhuǎn)換成易于檢測的電壓信號，送入到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換為 數(shù)字量，送入控制器中；控制器對這個數(shù)字量進(jìn)行運(yùn)算、處理，根據(jù)運(yùn)算、處理的結(jié)果，調(diào)整 輸出驅(qū)動電路的輸出電壓值，輸出到電光調(diào)制器的偏置電壓輸入端口，供給電光調(diào)制器合 適的工作偏壓。有益效果本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，不需要借助于其他光學(xué)和電學(xué)儀器，能夠 獨(dú)立完成偏置電壓的自動控制。本發(fā)明能有效的穩(wěn)定電光調(diào)制器的工作點(diǎn)，大幅度提高電 光調(diào)制器的消光比，具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明的電光調(diào)制器偏置電壓控制系統(tǒng)示意圖，圖2是電光調(diào)制器輸出特性曲線漂移示意圖，圖3是控制方法示意圖。
具體實(shí)施例方式該裝置包括光電探測器1，跨阻放大電路2，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3，控制器4，輸出驅(qū)動 電路5。光電探測器部分不需要高速的器件，光電探測器的速率幾十KHz即可滿足要求； 該光電探測器的暗電流應(yīng)該盡量小，驅(qū)動電壓為5V時，暗電流應(yīng)小于InA，響應(yīng)度在0. 5A/ W以上。這樣才能保證良好的信噪比，確?？刂破鹘邮盏降男盘柺钦_的，以避免控制器發(fā) 生誤判。這里使用的光電探測器的型號為⑶3560J，它是一種近紅外光電探測器，光譜敏感 帶在1550nm處，帶寬400MHz ；驅(qū)動電壓5V時，該光電探測器的暗電流最大為InA ；響應(yīng)度 0. 85A/W，滿足上述要求。光電探測器將光信號轉(zhuǎn)換成電流信號。
4
跨阻放大電路主要由一個運(yùn)放組成。由于電光調(diào)制器工作點(diǎn)的漂移是一個十分緩 慢的過程，因此，該運(yùn)放不需要高速運(yùn)放，相對于速度，低噪聲是更應(yīng)該注意的問題。如果跨 阻放大電路不穩(wěn)定，可以考慮加電容做相位補(bǔ)償，提高跨阻放大電路的相位裕度，可以有效 避免跨阻放大電路自激。同時應(yīng)該注意補(bǔ)償電容不能取得太大，它會很大程度的影響跨阻 放大電路的帶寬。在這里用的控制器為TI公司的TMS320F2812微處理器作為控制器。該微處理器 帶有12位A/D轉(zhuǎn)換模塊，可以滿足本發(fā)明的需求。同時該微處理器的PWM波生成模塊生成 的PWM波，經(jīng)過低通濾波，產(chǎn)生可控的直流電壓信號，這個可控直流信號再經(jīng)過輸出驅(qū)動電 路的電壓調(diào)整，可直接驅(qū)動電光調(diào)制器的偏置電壓端口。電光調(diào)制器的偏置電壓端口的負(fù) 載一般在幾百千歐到幾兆歐量級，所以對輸出驅(qū)動電路的驅(qū)動能力要求不高。電光調(diào)制器偏置電壓控制裝置的結(jié)構(gòu)為經(jīng)電光調(diào)制器調(diào)制以后的脈沖光，經(jīng)過 光耦合器，分出一部分光信號，接光電探測器的輸入端；光電探測器的輸出端接跨阻放大電 路的輸入端，跨阻放大電路的輸出端接模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸出端接 控制器的接收端，控制器的輸出端接輸出驅(qū)動電路的輸入端，輸出驅(qū)動電路的輸出端直接 接電光調(diào)制器的偏置電壓輸入端口。電光調(diào)制器偏置電壓控制控制過程經(jīng)電光調(diào)制器調(diào)制后的光信號，經(jīng)過光耦合 器分出一部分，送入光電探測器中，光電探測器將光信號轉(zhuǎn)換成電流信號，并將電流信號送 入跨阻放大電路中；跨阻放大電路將電流信號轉(zhuǎn)換成易于檢測的電壓信號，送入到模數(shù)轉(zhuǎn) 換電路；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，送入控制器中；控制器對這個數(shù)字量進(jìn)行 運(yùn)算、處理，根據(jù)運(yùn)算處理的結(jié)果，調(diào)整輸出驅(qū)動電路的輸出電壓值，輸出到電光調(diào)制器的 偏置電壓端口，供給電光調(diào)制器合適的工作偏壓?？刂品椒姽庹{(diào)制器偏壓控制系統(tǒng)對電光調(diào)制器工作點(diǎn)的跟蹤分為兩個階段。 第一階段，電光調(diào)制器偏壓控制系統(tǒng)上電以后，控制器控制輸出驅(qū)動電路的輸出，使輸出驅(qū) 動電路的輸出值以較大的步進(jìn)，掃描偏置電壓整個取值范圍。同時，控制器記錄下每個步進(jìn) 電壓所對應(yīng)的光功率值。掃描過程結(jié)束以后，控制器從中選出最接近最適工作點(diǎn)的步進(jìn)電 壓值，作為第二階段的初始偏置電壓值。第二階段，電光調(diào)制器偏置電壓控制系統(tǒng)從第一階 段中的初始偏置電壓值開始，通過增加或者減少一個微小的電壓步進(jìn)，同時觀察這些電壓 值所對應(yīng)的光功率，判斷當(dāng)前的偏置電壓值與最適工作點(diǎn)對應(yīng)的電壓值的大小關(guān)系。當(dāng)電 壓步進(jìn)足夠小時，偏置電壓的波動會非常微小，使E0M近似恒定的工作在最適工作點(diǎn)上。
權(quán)利要求
一種電光調(diào)制器偏置電壓控制裝置，其特征在于該裝置的光電探測器(1)、跨阻放大電路(2)、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(3)、控制器(4)、輸出驅(qū)動電路(5)順序連接；經(jīng)電光調(diào)制器調(diào)制以后的脈沖光，經(jīng)過光耦合器，分出一部分光信號接光電探測器(1)的輸入端；輸出驅(qū)動電路(5)的輸出端接電光調(diào)制器的偏置電壓輸入端口，控制電光調(diào)制器的偏置電壓。
2.一種如權(quán)利要求1所述的電光調(diào)制器偏置電壓控制方法，其特征在于電光調(diào)制器偏 壓控制裝置對電光調(diào)制器工作點(diǎn)的控制方法分為兩個階段第一階段電光調(diào)制器偏壓控制裝置上電后，控制器控制輸出驅(qū)動電路(5)的輸出，使 輸出驅(qū)動電路的輸出值快速掃描偏置電壓整個取值范圍；同時，控制器(4)記錄下每個步 進(jìn)電壓所對應(yīng)的光功率值；然后，控制器(4)從中選出最小光功率所對應(yīng)的步進(jìn)電壓值u0， 作為最接近最適工作點(diǎn)的步進(jìn)電壓值，作為第二階段的初始偏置電壓值；第二階段電光調(diào)制器偏置電壓控制裝置從第一階段中的初始偏置電壓值開始，通過 增加或者減少一個微小的電壓步進(jìn)，同時觀察這些電壓值所對應(yīng)的光功率，判斷當(dāng)前的偏 置電壓值與最適工作點(diǎn)對應(yīng)的電壓值的大小關(guān)系；經(jīng)過第一階段的全局掃描，確定了一個 比較接近最適工作點(diǎn)的偏置電壓點(diǎn)u0，可以測出uO所對應(yīng)光功率值pO;控制器控制輸出驅(qū) 動電路，使輸出偏壓值減小一個步進(jìn)，這時的輸出偏壓值為ul，輸出光功率值為pi ；控制器 控制輸出驅(qū)動電路，使輸出偏壓值增加兩個步進(jìn)，這時的輸出偏壓值為u2，輸出光功率值為 P2 ；比較光功率p0，pl，p2的大小，如果滿足pi <p0 <p2，說明偏置電壓uO比最適工作電 壓值大，這時將偏置電壓值減小一個步進(jìn)；如果滿足？2< 0< 1，說明偏置電壓110比最適 工作電壓值小，這時將偏置電壓值增大一個步進(jìn)；接下來，重復(fù)上面做過的“改變步進(jìn)—— 比較輸出光功率大小”的過程，最終將找到離最適工作點(diǎn)非常接近的工作點(diǎn)，接近程度取決 于電壓步進(jìn)的精度。
全文摘要
電光調(diào)制器偏置電壓控制裝置及其控制方法是針對電光調(diào)制器開發(fā)的偏置電壓驅(qū)動器，通過對電光調(diào)制器的偏置電壓的控制，達(dá)到使電光調(diào)制器穩(wěn)定的工作在合適的工作點(diǎn)的目的。該裝置的光電探測器(1)、跨阻放大電路(2)、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(3)、控制器(4)、輸出驅(qū)動電路(5)順序連接；經(jīng)電光調(diào)制器調(diào)制以后的脈沖光，經(jīng)過光耦合器，分出一部分光信號接光電探測器(1)的輸入端；輸出驅(qū)動電路(5)的輸出端接電光調(diào)制器的偏置電壓輸入端口，控制電光調(diào)制器的偏置電壓。該裝置實(shí)現(xiàn)了電光調(diào)制器偏壓的自動控制，使電光調(diào)制器以穩(wěn)定的消光比持續(xù)工作，提高了電光調(diào)制器的工作穩(wěn)定性。
文檔編號G05F1/10GK101859156SQ20101017359
公開日2010年10月13日 申請日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者張凱, 張旭蘋, 張益昕, 王順, 路元剛 申請人:南京大學(xué)