專利名稱：一種外置突發(fā)自動光功率控制電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于千兆以上吉比特無源光網絡用戶光模塊 (Gigabit-Capable Passive Optical Network Unit，簡稱 GPON ONU)的激光器驅動電路 (Auto Power Control，簡稱APC)自動光功率控制電路，尤其涉及一種外置突發(fā)自動光功率 控制電路。
背景技術：
光纖接入在全球范圍內已經逐漸成為接入網的首選方式，而無源光網絡(Passive Optical Network，簡稱PON)技術在光纖接入網中更是成為性價比最高的技術方案。無源 光網絡技術采用時分復用(Time DivisionMultiplexer, TDM)上行、廣播下行的傳輸方式 使光網絡寬帶應用率更高，位于終端的各個網絡用戶單元0NU(0ptical Network Unit，簡 稱0NU) —方面接受局端(Optical Line Termianl，簡稱0LT)的下傳控制信號并在有效時 間內向OLT上傳光信號。其中，ONU光模塊上傳至OLT光信號會涉及兩個重要技術指標光 功率與消光比的穩(wěn)定性，將直接影響到OLT端接收光信號的準確性，尤其是光功率穩(wěn)定性。 但是，決定上傳光信號光功率穩(wěn)定性的因素是ONU光模塊的激光器驅動電路。目前，用于吉 比特無源光網絡(GP0N 0NU)光模塊采用如圖1所示的激光器驅動電路，包括由激光二極 管LD和背光二極管PD構成的激光器、微控制器和閉環(huán)激光器驅動器芯片，該芯片包括調 制電流電路、偏置電流電路和內置突發(fā)APC電路等，背光二極管PD產生的背光電流Im輸入 內置突發(fā)APC電路，以此實現ONU模塊的自動光功率控制功能。但內置突發(fā)APC電路存在 以下缺點1、該類型集成芯片IC方案的ONU光模塊在工作中，如果包間隔較長(大于2s) 時，在下一個突發(fā)包到來時，模塊發(fā)光異常，表現為需要一段時間重新建立光信號的“ 1”電 平與“0”電平，正常的光傳輸中是不允許的，會造成數據丟失，這主要是因為各廠家集成芯 片IC方案內部對突發(fā)APC電路的定義不同，沒有充分考慮在特殊場合中突發(fā)時間問題，未 能較長時間保持住背光二極管PD產生的背光電流Im的采樣，導致光功率不穩(wěn)定；2、在實際 傳輸中，每個ONU光模塊所接收到的突發(fā)控制信號不同時，包長與包間隔差別較大，短包長 可以達到200ns以下，長包可以IOOus以上，在連續(xù)短包長的情況下，一些IC方案的模塊會 出現其消光比相對長包長的消光比變小，最多可達3 4dB，如此大的消光比波動顯然是不 希望出現的，這對于局端OLT來說是不利的，產生這個現象的主要原因是背光二極管PD本 身的帶寬問題影響了背光電流Im的建立時間，導致精度不高；3、電路的擴展性不好，由于 受到現有集成IC方案的限制，造成ONU光模塊新增功能升級困難。
發(fā)明內容為克服以上缺點，本實用新型提供一種光功率穩(wěn)定的外置突發(fā)自動光功率控制電路。為達到以上發(fā)明目的，本實用新型提供一種外置突發(fā)自動光功率控制電路，包括 一采樣電阻、一突發(fā)采樣保持電路、一緩沖電路、一采樣補償電路和一微控制器，該控制器設有一A/D模數轉換端和至少一D/A數模轉換端；所述采樣電阻的一端接地，另一端和所述 突發(fā)采樣保持電路的輸入端與激光器的背光二極管正極連接，所述突發(fā)采樣保持電路的輸 出端連接所述緩沖電路的輸入端，緩沖電路的輸出端與所述微控制器的A/D模數轉換端連 接；所述采樣補償電路連接于所述微控制器和突發(fā)采樣保持電路之間，BEN同步信號作用 于所述突發(fā)采樣保持電路和采樣補償電路。所述突發(fā)采樣保持電路，包括一單刀單擲開關和一采樣保持電容，所述單刀單擲 開關的輸入端A連接所述激光器的背光二極管正極，其輸出端B連接所述采樣保持電容一 端，該電容另一端接地。所述采樣補償電路包括一放電電阻、單刀雙擲開關、和一預儲能電容，所述單刀 雙擲開關設有第一連接端AO電連接所述預儲能電容的一端，該電容另一端接地；第二連接 端B 0通過所述放電電阻連接單刀單擲開關的輸出端B ；第三連接端Bl為采樣補償電路的 輸入端。所述微控制器的D/A數模轉換端為一個，用于輸出激光器偏置電流控制信號，所 述緩沖電路包括一低通濾波電路和一同相比例放大電路，所述低通濾波電路的輸入端連 接單刀單擲開關的輸出端B，所述同相比例放大電路包括一運算放大器、第一分壓電阻和 第二分壓電阻，所述運算放大器的正輸入端連接低通濾波電路的輸出端，其負輸入端設有 兩個分路第一分路電連接第一分壓電阻的一端，該分壓電阻另一端接地；第二分路電連 接第二分壓電阻的一端，該分壓電阻另一端和所述單刀雙擲開關的第三連接端Bl電連接 所述微控制器的A/D模數轉換端。所述微控制器的D/A數模轉換端為兩個，其中一個用于輸出激光器偏置電流控制 信號，另一個電連接所述單刀雙擲開關的第三連接端Bl ；所述緩沖電路包括一低通濾波 電路和一運算放大器，所述低通濾波電路的輸入端連接單刀單擲開關的輸出端B，其輸出端 連接所述運算放大器的正輸入端；運算放大器的負輸入端與輸出端相互連接。所述低通濾波電路為一階低通濾波電路，包括第一濾波電阻和第一濾波電容，所 述運算放大器的正輸入端連接所述第一濾波電容的一端并通過第一濾波電阻連接所述單 刀單擲開關的輸出端B，所述第一濾波電容的另一端接地。所述低通濾波電路為二階低通濾波電路，包括第一濾波電阻、第一濾波電容、第 二濾波電阻、第二濾波電容，所述運算放大器的正輸入端連接所述第二濾波電容的一端并 通過所述第一濾波電阻和第二濾波電阻串聯后電連接所述單刀單擲開關的輸出端B，第一 濾波電容的一端連接于第一濾波電阻和第二濾波電阻之間，所述第一濾波電容和第二濾波 電容的另一端分別接地。所述低通濾波電路為二階低通濾波電路，包括第一濾波電阻、第一濾波電容、第 二濾波電阻、第二濾波電容，所述運算放大器的正輸入端連接所述第二濾波電容的一端并 通過所述第一濾波電阻和第二濾波電阻串聯后電連接所述單刀單擲開關的輸出端B，所述 第二濾波電容的另一端接地；第一濾波電容的一端連接于第一濾波電阻和第二濾波電阻之 間，另一端連接所述運算放大器的輸出端。由于上述技術方案采用了突發(fā)采樣保持電路及采樣補償電路，不但能保證ONU光 模塊在突發(fā)工作狀態(tài)下光功率實時穩(wěn)定，也確保了 ONU光模塊在突發(fā)工作狀態(tài)下消光比的 相對穩(wěn)定性。另外，由于光網絡系統廠商對ONU光模塊功能不斷升級的技術要求，外置突發(fā)自動光功率控制電路還便于擴展功能(如，TX-SD，TX Power Monitor等)的升級電路設計 要求。

圖1表示現有技術ONU光模塊采用內置突發(fā)APC電路方框原理圖。圖2表示ONU光模塊采用本實用新型外置突發(fā)自動光功率控制電路方框原理圖。圖3表示圖2所示本實用新型外置突發(fā)自動光功率控制電路方框原理圖第一實施 例。圖4表示圖3所示外置突發(fā)自動光功率控制電路示意圖。圖5表示表示圖2所示本實用新型外置突發(fā)自動光功率控制電路方框原理圖第二 實施例。圖6表示圖5所示的外置突發(fā)自動光功率控制電路示意圖。圖7A表示圖3所示的低通濾波電路的第一種實施例電路示意圖。圖7B表示圖3所示的低通濾波電路的第一種實施例電路示意圖。圖7C表示圖3所示的低通濾波電路的第一種實施例電路示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖詳細描述本實用新型最佳實施例。如圖2所示，ONU光模塊激光器驅動器電路，包括設有激光二極管LD和背光二極 管PD的激光器、微控制器、開環(huán)激光器驅動器芯片和外置突發(fā)自動光功率控制電路，開環(huán) 激光器驅動器芯片內集成了調制電流電路、偏置電流電路等。如圖3和圖4所示的外置突發(fā)自動光功率控制電路第一實施例，包括一采樣電阻 1、一突發(fā)采樣保持電路2、一緩沖電路3A、一采樣補償電路4和一微控制器5A，該控制器設 有一 A/D模數轉換端和一 D/A數模轉換端，且激光器偏置電流控制信號由D/A數模轉換端 輸出。采樣電阻1的一端接地，另一端和所述突發(fā)采樣保持電路2的輸入端與激光器的背 光二極管正極連接，突發(fā)采樣保持電路2的輸出端連接緩沖電路3A的輸入端，緩沖電路3A 的輸出端與微控制器5A的A/D模數轉換端連接。采樣補償電路4連接于微控制器5A和突 發(fā)采樣保持電路2之間，BEN同步信號(Burst Enable，簡稱BEN)作用于突發(fā)采樣保持電 路2和采樣補償電路4。突發(fā)采樣保持電路2，包括一單刀單擲開關21和一采樣保持電 容22，單刀單擲開關21的輸入端A連接激光器的背光二極管正極，單刀單擲開關21的輸 出端B連接采樣保持電容22—端，該電容另一端接地。緩沖電路3A包括一低通濾波電路 31A和一同相比例放大電路，低通濾波電路31A的輸入端連接單刀單擲開關21的輸出端B， 同相比例放大電路包括一運算放大器32、第一分壓電阻33和第一分壓電阻34，運算放大 器32的正輸入端連接低通濾波電路31A的輸出端，其負輸入端設有兩個分路第一分路電 連接第一分壓電阻33的一端，該分壓電阻另一端接地；第二分路電連接第一分壓電阻34的 一端，該分壓電阻另一端和單刀雙擲開關42的第三連接端Bl電連接運算放大器32的輸出 端。采樣補償電路4包括一放電電阻41、單刀雙擲開關42、和一預儲能電容43，單刀雙擲 開關42設有第一連接端AO電連接預儲能電容43的一端，該電容另一端接地；第二連接端 B 0通過放電電阻41連接單刀單擲開關21的輸出端B ；第三連接端Bl電連接微控制器5的A/D模數轉換端。如圖5和圖6所示的外置突發(fā)自動光功率控制電路第二實施例，包括一采樣電阻 1、一突發(fā)采樣保持電路2、一緩沖電路3B、一采樣補償電路4和一微控制器5B。該實施例 電路原理與第一實施例相近似，其區(qū)別是緩沖電路3B和微控制器5B不同。微控制器5B 設有一個A/D模數轉換端和兩個D/A數模轉換端，其中一個D/A數模轉換端用于輸出激光 器偏置電流控制信號，另一個D/A數模轉換端電連接采樣補償電路4的單刀雙擲開關42的 第三連接端Bi。緩沖電路3B包括一低通濾波電路31B和一運算放大器32，低通濾波電路 31B的輸入端連接突發(fā)采樣保持電路2的單刀單擲開關21的輸出端B，其輸出端連接運算 放大器32的正輸入端。運算放大器32的負輸入端與輸出端相互連接。兩實施例中的低通 濾波電路31A、3IB是通用的。如圖7A所示的低通濾波電路為一階低通濾波電路，包括第一濾波電阻R31和第 一濾波電容C31，運算放大器32的正輸入端連接第一濾波電容C31的一端并通過第一濾波 電阻R31連接單刀單擲開關21的輸出端B，第一濾波電容C31的另一端接地。如圖7B所示的低通濾波電路31為二階低通濾波電路，包括第一濾波電阻R31、 第一濾波電容C31、第二濾波電阻R32、第二濾波電容C32，運算放大器32的正輸入端連接第 二濾波電容C32的一端并通過第一濾波電阻R31和第二濾波電阻R32串聯后電連接單刀單 擲開關21的輸出端B，第一濾波電容C31的一端連接于第一濾波電阻R31和第二濾波電阻 R32之間，第一濾波電容C31和第二濾波電容C32的另一端分別接地。如圖7C所示的低通濾波電路31為二階低通濾波電路，包括第一濾波電阻R31、 第一濾波電容C31、第二濾波電阻R32、第二濾波電容C32，運算放大器32的正輸入端連接第 二濾波電容C32的一端并通過第一濾波電阻R31和第二濾波電阻R32串聯后電連接單刀單 擲開關21的輸出端B，第二濾波電容C32的另一端接地；第一濾波電容C31的一端連接于 第一濾波電阻R31和第二濾波電阻R32之間，另一端連接運算放大器32的輸出端。本實用新型的外置突發(fā)自動光功率控制電路，其工作原理如下由采樣電阻1獲得的采樣電平是一個與BEN信號同步的方波信號時，當BEN信號 有效時(即BEN ON)時，激光二極管LD發(fā)光，背光電流Im流過采樣電阻1，形成實時有效 的采樣電平Vsample,當BEN信號無效時(即BEN OFF)，激光二極管LD關斷，采樣電阻1的采 樣電平為零。單刀單擲開關21在BEN信號同步控制下，對采樣電平Vsample進行保持，當BEN 信號有效時，單刀單擲開關21閉合，使采樣保持電容22充電，進行電平保持，當BEN信號無 效時，單刀單擲開關21斷開，避免采樣保持電容22放電。采樣保持電容22的電平由于背 光電流Im中存在一定程度的調制信號，所以采樣電平Vsample并非是平穩(wěn)干凈的電平，需要 進行低通濾波后再送達至運算放大器，避免了采樣保持電容22的電平由于低通濾波電路 端放電而造成損失，由運算放大器輸出的電平是一個穩(wěn)定干凈的直流電平，可以輸入到微 控制器的A/D模數轉換端口經過底層處理后進行偏置電流的控制。無論是第一實施例通過 同相比例放大電路輸出一個經過比例放大的穩(wěn)定的直流電平，還是第二實施例是通過微控 制器5其中一 D/A數模轉換端口輸出一個與其A/D模數轉換端的采樣值成一定比例放大的 直流電平，兩種實施方案均可以利用放大后的直流電平進行補償突發(fā)采樣保持電路2的速 度不足問題。在BEN同步信號的控制下，單刀雙擲開關42的兩通道會在不同時刻進行導通與斷開，當BEN信號有效時，第一連接端AO與第二連接端BO通道導通，第一連接端AO與第三連 接端Bl通道斷開；當BEN信號無效時，第一連接端AO與第二連接端BO通道斷開，第一連接 端AO與第三連接端Bl通道導通。如圖4所示，在BEN信號無效時，同相比例放大器電路32 輸出的直流電平通過第一連接端AO與第三連接端Bl通道對預儲能電容43進行充電；如圖 6所示，在BEN信號無效時，微控制器5的D/A模數轉換端口的輸出電平通過第一連接端AO 與第三連接端Bl通道對預儲能電容43進行充電；兩個施例共同特點當BEN信號有效時， 預儲能電容43上的電荷通過第一連接端AO與第二連接端BO通道對采樣保持電容22進行 充電。 由于受到PD帶寬等其它因素的影響，背光電流Im的建立需要300 400ns時間 才能完成，所以在短包時受此影響，在外置突發(fā)自動光功率控制電路的調整下，會使得偏置 電流Ibias增加，造成消光比減??；在長包時，由于背光電流Im已經建立完成，所以不會產 生短包時的問題。針對短包時，背光電流Im建立慢以及采樣保持電容22帶來的時延問題， 加快采樣保持電容22上電平Vsample的建立速度，故采用采樣補償電路4對采樣保持電容22 進行短時間(大約幾百ns)的充電電荷補償。實際應用中，應該注意同相比例放大電路的 放大倍數或微控制器5的D/A數模轉換端口的輸出電平與A/D模數采樣電平的比例關系， 以達到不同包長下的采樣電平的穩(wěn)定。
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權利要求一種外置突發(fā)自動光功率控制電路，其特征在于，包括一采樣電阻、一突發(fā)采樣保持電路、一緩沖電路、一采樣補償電路和一微控制器，該控制器設有一A/D模數轉換端和至少一D/A數模轉換端；所述采樣電阻的一端接地，另一端和所述突發(fā)采樣保持電路的輸入端與激光器的背光二極管正極連接，所述突發(fā)采樣保持電路的輸出端連接所述緩沖電路的輸入端，緩沖電路的輸出端與所述微控制器的A/D模數轉換端連接；所述采樣補償電路連接于所述微控制器和突發(fā)采樣保持電路之間，BEN同步信號作用于所述突發(fā)采樣保持電路和采樣補償電路。
2.據權利要求1所述的外置突發(fā)自動光功率控制電路，其特征在于，所述突發(fā)采樣保 持電路，包括一單刀單擲開關和一采樣保持電容，所述單刀單擲開關的輸入端A連接所述 激光器的背光二極管正極，其輸出端B連接所述采樣保持電容一端，該電容另一端接地。
3.根據權利要求2所述的外置突發(fā)自動光功率控制電路，其特征在于，所述采樣補償 電路，包括一放電電阻、單刀雙擲開關、和一預儲能電容，所述單刀雙擲開關設有第一連接 端AO電連接所述預儲能電容的一端，該電容另一端接地；第二連接端BO通過所述放電電阻 連接單刀單擲開關的輸出端B ；第三連接端Bl為采樣補償電路的輸入端。
4.根據權利要求3所述的外置突發(fā)自動光功率控制電路，其特征在于，所述微控制器 的D/A數模轉換端為一個，用于輸出激光器偏置電流控制信號，所述緩沖電路包括一低通 濾波電路和一同相比例放大電路，所述低通濾波電路的輸入端連接單刀單擲開關的輸出端 B，所述同相比例放大電路包括一運算放大器、第一分壓電阻和第二分壓電阻，所述運算放 大器的正輸入端連接低通濾波電路的輸出端，其負輸入端設有兩個分路第一分路電連接 第一分壓電阻的一端，該分壓電阻另一端接地；第二分路電連接第二分壓電阻的一端，該分 壓電阻另一端和所述單刀雙擲開關的第三連接端Bl電連接所述微控制器的A/D模數轉換 端。
5.根據權利要求3所述的外置突發(fā)自動光功率控制電路，其特征在于，所述微控制器 的D/A數模轉換端為兩個，其中一個用于輸出激光器偏置電流控制信號，另一個電連接所 述單刀雙擲開關的第三連接端Bl ；所述緩沖電路包括一低通濾波電路和一運算放大器， 所述低通濾波電路的輸入端連接單刀單擲開關的輸出端B，其輸出端連接所述運算放大器 的正輸入端；運算放大器的負輸入端與輸出端相互連接。
6.根據權利要求4或5所述的外置突發(fā)自動光功率控制電路，其特征在于，所述低通濾 波電路為一階低通濾波電路，包括第一濾波電阻和第一濾波電容，所述運算放大器的正輸 入端連接所述第一濾波電容的一端并通過第一濾波電阻連接所述單刀單擲開關的輸出端 B，所述第一濾波電容的另一端接地。
7.根據權利要求4或5所述的外置突發(fā)自動光功率控制電路，其特征在于，所述低通 濾波電路為二階低通濾波電路，包括第一濾波電阻、第一濾波電容、第二濾波電阻、第二濾 波電容，所述運算放大器的正輸入端連接所述第二濾波電容的一端并通過所述第一濾波電 阻和第二濾波電阻串聯后電連接所述單刀單擲開關的輸出端B，第一濾波電容的一端連接 于第一濾波電阻和第二濾波電阻之間，所述第一濾波電容和第二濾波電容的另一端分別接 地。
8.根據權利要求4或5所述的外置突發(fā)自動光功率控制電路，其特征在于，所述低通濾 波電路為二階低通濾波電路，包括第一濾波電阻、第一濾波電容、第二濾波電阻、第二濾波電容，所述運算放大器的正輸入端連接所述第二濾波電容的一端并通過所述第一濾波電阻 和第二濾波電阻串聯后電連接所述單刀單擲開關的輸出端B，所述第二濾波電容的另一端 接地；第一濾波電容的一端連接于第一濾波電阻和第二濾波電阻之間，另一端連接所述運 算放大器的輸出端。
專利摘要本實用新型提供一種外置突發(fā)自動光功率控制電路，包括一采樣電阻、一突發(fā)采樣保持電路、一緩沖電路、一采樣補償電路和一微控制器，該控制器設有一A/D模數轉換端和至少一D/A數模轉換端，且激光器偏置電流控制信號由其中一D/A數模轉換端輸出；采樣電阻的一端接地，另一端和突發(fā)采樣保持電路的輸入端與激光器的背光二極管正極連接，突發(fā)采樣保持電路的輸出端連接緩沖電路的輸入端，緩沖電路的輸出端與微控制器的A/D模數轉換端連接；采樣補償電路連接于微控制器和突發(fā)采樣保持電路之間，BEN同步信號作用于所述突發(fā)采樣保持電路和采樣補償電路。本實用新型能保證ONU光模塊在突發(fā)工作狀態(tài)下光功率和消光比的相對穩(wěn)定性，具有較好地穩(wěn)定性及電路的擴展性。
文檔編號H01S5/0683GK201623362SQ20102014806
公開日2010年11月3日 申請日期2010年3月29日 優(yōu)先權日2010年3月29日
發(fā)明者匡升平, 吳春付, 王侃 申請人:深圳新飛通光電子技術有限公司