專利名稱：包括用于光纖可調(diào)濾光器的數(shù)字控制器的光纖系統(tǒng)和相關(guān)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信，具體來(lái)說(shuō)，涉及使用可調(diào)光纖濾光器的光通信。
背景技術(shù)：
通過(guò)光在光導(dǎo)纖維上進(jìn)行信息傳輸已經(jīng)在電信系統(tǒng)中廣泛地應(yīng)用。生成光信號(hào)，并沿著光導(dǎo)纖維傳送，進(jìn)行檢測(cè)以重新生成原始的電子信號(hào)，并盡可能地沒(méi)有變化。光導(dǎo)纖維與電子信號(hào)處理結(jié)合以獲得成本較低和質(zhì)量較高的數(shù)字信息傳輸。
光纖系統(tǒng)應(yīng)用可以使用信號(hào)的直接的光學(xué)處理，而無(wú)需轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)。這通常需要諸如放大器、多路復(fù)用/信號(hào)分離、分離器、耦合器、濾光器、均衡器之類的光信號(hào)處理器，以及適合與光導(dǎo)纖維一起使用的交換機(jī)。光導(dǎo)纖維濾光器是這樣的光纖系統(tǒng)中的重要部件。已經(jīng)有人提出了各種不同類型的濾光器，用于選擇特定波長(zhǎng)的光，連同波長(zhǎng)劃分多路復(fù)用光學(xué)系統(tǒng)，以便在光通信系統(tǒng)中使用。
纖維法布里-珀羅(FFP)就是這樣的一種濾光器。C.Fabry和A.Perot在1897(Ann.Chem.Phys.，12459-501)描述了法布里-珀羅FP干涉儀，該干涉儀在濾光器的各種應(yīng)用場(chǎng)合廣泛地使用。FP干涉儀的基本結(jié)構(gòu)和操作在當(dāng)前技術(shù)已為人們所熟知，并在許多物理學(xué)和光學(xué)文獻(xiàn)中進(jìn)行了描述。此干涉儀包括在兩個(gè)通常反射性非常強(qiáng)、低損耗、部分透射鏡之間形成的光學(xué)空腔諧振器。通常使用透鏡來(lái)照準(zhǔn)發(fā)散的光束，以便通過(guò)FP干涉儀進(jìn)行處理。
法布里-珀羅濾光器包括固定波長(zhǎng)的FFP和可調(diào)波長(zhǎng)的FFP。改變空腔諧振器中的光導(dǎo)纖維端之間的距離或者伸展空腔諧振器中的光導(dǎo)纖維可以調(diào)節(jié)波長(zhǎng)。調(diào)節(jié)可以通過(guò)FFP的受控制的溫度變化(溫度調(diào)節(jié))或者通過(guò)改變套圈元件的相對(duì)位置來(lái)實(shí)現(xiàn)，而不會(huì)由諸如壓電傳感器之類的電動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)器破壞對(duì)準(zhǔn)。這樣的濾光器的響應(yīng)通常隨諸如溫度、壓力或者濾光器的老化之類的環(huán)境條件變化而變化?？勺冸妷汉蜔岵▌?dòng)(漂移)，以及電動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)器和FFP光學(xué)系統(tǒng)的非線性，可能需要在可調(diào)濾光器用作光信道分析器時(shí)對(duì)其不斷地進(jìn)行校準(zhǔn)。
濾光器的控制器調(diào)整濾光器以最大限度地降低選擇的激光波長(zhǎng)上的信號(hào)損失，同時(shí)減弱具有不同的波長(zhǎng)的那些激光。一個(gè)示例是授予Miller等人的美國(guó)專利No.5,838,437中說(shuō)明的控制器。傳統(tǒng)的控制器使用模擬RF技術(shù)，這些技術(shù)對(duì)用電池操作的遙控器有比較大的功率要求。典型的控制器，例如，可以具有有限的功能集，并使用大約6瓦特。電池壽命比較短，并需要手動(dòng)控制來(lái)操作濾光器。因此，需要一種能夠支持高級(jí)的功能集并以低得多的功率操作以延長(zhǎng)電池壽命的數(shù)字控制器。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述背景，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種在光學(xué)系統(tǒng)中使用的數(shù)字控制器，該數(shù)字控制器能以相對(duì)小的功率操作以延長(zhǎng)電池壽命。
本發(fā)明的此目標(biāo)和其他目標(biāo)，特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)由一種光纖系統(tǒng)提供，該光纖系統(tǒng)包括傳輸至少一個(gè)具有波長(zhǎng)峰值的光信號(hào)的光導(dǎo)纖維，耦合到光導(dǎo)纖維并用于檢測(cè)當(dāng)前光電平(例如，光子功率電平)的光檢測(cè)器，以及從光檢測(cè)器向上游耦合到光導(dǎo)纖維的可調(diào)濾光器。該系統(tǒng)優(yōu)選情況下進(jìn)一步包括連接到光檢測(cè)器和可調(diào)濾光器的控制器，用于在一個(gè)波長(zhǎng)序列內(nèi)步進(jìn)可調(diào)濾光器，同時(shí)分析相應(yīng)的光電平。該控制器優(yōu)選情況下基于小于以前的光電平的當(dāng)前光電平顛倒可調(diào)濾光器的步進(jìn)方向，以找到光信號(hào)的波長(zhǎng)峰值。
該控制器可以包括樣本比較電路，用于比較當(dāng)前光電平與以前的光電平。樣本比較電路優(yōu)選情況下在找到至少一個(gè)光信號(hào)的波長(zhǎng)峰值時(shí)減小采樣速率，從而減小控制器的功耗。樣本比較電路可以包括一個(gè)第一比較器，用于比較當(dāng)前光電平與閾值，以及第二個(gè)比較器，用于比較當(dāng)前光電平與以前的光電平。如果當(dāng)前光電平小于閾值，則控制器不顛倒可調(diào)濾光器的步進(jìn)方向。
光檢測(cè)器可以生成表示當(dāng)前光電平的模擬光電平信號(hào)，樣本比較電路可以包括模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器，用于將模擬光電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字光電平信號(hào)，以供第一和第二個(gè)比較器使用?？刂破鬟€可以包括總線控制器，用于基于樣本比較電路的輸出生成位置信息信號(hào)，還可以包括數(shù)字-模擬(D/A)轉(zhuǎn)換電路，用于將位置信息信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制電壓，供可調(diào)濾光器使用。D/A轉(zhuǎn)換電路可以包括一個(gè)范圍和偏移選擇電路，用于選擇波長(zhǎng)序列的范圍和偏移。
本發(fā)明的目標(biāo)、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)由一種控制光纖可調(diào)濾光器的方法提供，該方法包括檢測(cè)光導(dǎo)纖維中的光信號(hào)的當(dāng)前光電平，在一個(gè)波長(zhǎng)序列內(nèi)步進(jìn)可調(diào)濾光器，同時(shí)分析相應(yīng)的光電平，當(dāng)當(dāng)前光電平小于以前的光電平時(shí)顛倒可調(diào)濾光器的步進(jìn)方向。這就能夠找到光信號(hào)的波長(zhǎng)峰值。該方法可以包括比較當(dāng)前光電平與以前的光電平，以及比較當(dāng)前光電平與閾值。此外，如果當(dāng)前光電平小于閾值，則不顛倒可調(diào)濾光器的步進(jìn)方向。
當(dāng)前光電平可以由模擬光電平信號(hào)表示，并且該方法還可以包括將模擬光電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字光電平信號(hào)，以便進(jìn)行比較。此外，該方法還可以包括基于當(dāng)前光電平與以前的光電平的比較結(jié)果生成數(shù)字位置信息信號(hào)，并將數(shù)字位置信息信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制電壓，供可調(diào)濾光器使用。此外，優(yōu)選情況下，在找到光信號(hào)的波長(zhǎng)峰值時(shí)減小采樣速率，從而減小功耗。
該系統(tǒng)、控制器和方法優(yōu)選情況下涉及將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以便進(jìn)行處理，生成模擬控制電壓，以供可調(diào)濾光器使用。包括減小的采樣速率的數(shù)字處理可以比傳統(tǒng)的模擬系統(tǒng)減小功耗大約150/1。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的包括可調(diào)濾光器和控制器的光纖系統(tǒng)的示意圖。
圖2是說(shuō)明圖1中的可調(diào)濾光器的步進(jìn)序列的光信號(hào)的波長(zhǎng)峰值的示意圖。
圖3是圖1的光子檢測(cè)器/轉(zhuǎn)換器的實(shí)施例的詳圖。
圖4是圖1的樣本比較電路的實(shí)施例的詳圖。
圖5是圖1的時(shí)間和控制電路的實(shí)施例的詳圖。
圖6是圖1的總線控制器的實(shí)施例的詳圖。
圖7是圖1的D/A轉(zhuǎn)換電路的實(shí)施例的詳圖。
具體實(shí)施例方式
下文將參考附圖比較全面地描述本發(fā)明，在附圖中顯示了本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以許多不同的方式實(shí)施，不應(yīng)該理解為僅局限于的這里闡述的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例是為了使本說(shuō)明書比較全面和完整，并向那些精通本技術(shù)的人全面地傳達(dá)本發(fā)明的范圍。相同的編號(hào)表示相同的元素。
請(qǐng)參看圖1，現(xiàn)在將描述光纖系統(tǒng)10。系統(tǒng)10包括光導(dǎo)纖維16，例如，光導(dǎo)纖維束的一個(gè)纖維，傳輸至少一個(gè)具有波長(zhǎng)峰值的光信號(hào)。光檢測(cè)器18耦合到光導(dǎo)纖維16，用于檢測(cè)當(dāng)前光電平(例如，光子功率電平)，可調(diào)濾光器12從光檢測(cè)器向上游耦合到光導(dǎo)纖維。
可調(diào)濾光器12可以是纖維法布里-珀羅(FFP)干涉濾光器，該干涉儀在濾光器的各種應(yīng)用場(chǎng)合廣泛地使用。FFP干涉儀的基本結(jié)構(gòu)和操作在當(dāng)前技術(shù)已為人們所熟知，包括在兩個(gè)通常反射性非常強(qiáng)、低損耗、部分透射鏡之間形成的光學(xué)空腔諧振器。通常使用透鏡來(lái)照準(zhǔn)發(fā)散的光束，以便通過(guò)FFP干涉儀進(jìn)行處理。改變空腔諧振器中的光導(dǎo)纖維端之間的距離或者伸展空腔諧振器中的光導(dǎo)纖維可以調(diào)節(jié)波長(zhǎng)。調(diào)節(jié)可以通過(guò)改變套圈元件(例如，通過(guò)諸如壓電傳感器之類的電動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)器)的相對(duì)位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。
這樣的濾光器12的響應(yīng)通常隨諸如溫度、壓力或者濾光器的老化之類的環(huán)境條件變化而變化?？勺冸妷汉蜔岵▌?dòng)(漂移)，以及電動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)器和FFP光學(xué)系統(tǒng)的非線性，通常需要在對(duì)可調(diào)濾光器12不斷地進(jìn)行校準(zhǔn)。
系統(tǒng)10進(jìn)一步包括連接到光檢測(cè)器18的控制器14?？刂破?4調(diào)整控制器12以最大限度地降低選擇的激光波長(zhǎng)上的信號(hào)損失，同時(shí)減弱具有不同的波長(zhǎng)的那些激光?？刂破?4連接到可調(diào)濾光器12，用于在一個(gè)波長(zhǎng)序列內(nèi)步進(jìn)可調(diào)濾光器，同時(shí)分析相應(yīng)的光電平?？刂破?4和濾光器12可以在大約0-30伏特和大約4000到17,000量化級(jí)別范圍內(nèi)操作?？刂破?4可以通過(guò)比較當(dāng)前光電平與以前的光電平來(lái)找到光信號(hào)的所希望的波長(zhǎng)峰值。如果當(dāng)前光電平小于以前的光電平，則控制器將顛倒可調(diào)濾光器12的步進(jìn)方向，直到找到峰值。
例如，請(qǐng)參看圖2，控制器14可以試圖找到通過(guò)光導(dǎo)纖維16傳輸?shù)乃Ｍ墓庑盘?hào)的波長(zhǎng)峰值40?？烧{(diào)濾光器12用來(lái)自控制器14的控制電壓(例如，0-30伏特)進(jìn)行控制，光檢測(cè)器18檢測(cè)位于峰值40旁邊的點(diǎn)A的功率電平。在控制器14提升可調(diào)濾光器12之后檢測(cè)點(diǎn)B的隨后的功率電平。點(diǎn)B的功率電平比點(diǎn)A的功率電平高；因此，控制器14判斷濾光器12在沿著峰值40的方向向前移動(dòng)，不會(huì)改變步進(jìn)的方向。
再一次增大對(duì)濾光器12的控制電壓，并檢測(cè)點(diǎn)C的功率電平。這里，點(diǎn)C的功率電平小于點(diǎn)B的以前的功率電平，因此控制器14判斷現(xiàn)在濾光器正在向離開峰值40的方向移動(dòng)。相應(yīng)地，顛倒濾光器12的步進(jìn)方向，并再次在點(diǎn)B檢測(cè)功率電平，該功率電平大于在點(diǎn)C檢測(cè)到的以前的功率電平。在此模式下，控制器將繼續(xù)在峰值40左右抖動(dòng)，直到選擇了另一個(gè)模式。
控制器14可以包括樣本比較電路20，用于比較當(dāng)前光電平(例如，圖2中的點(diǎn)B處)與以前的光電平(例如，圖2中的點(diǎn)A處)。樣本比較電路20優(yōu)選情況下在找到至少一個(gè)光信號(hào)的波長(zhǎng)峰值時(shí)減小采樣速率，從而減小控制器14的功耗。請(qǐng)參看圖4，樣本比較電路20可以包括一個(gè)第一比較器62，用于比較當(dāng)前光電平與閾值(例如，閾值寄存器64中的閾值)。樣本比較電路還可以包括第二比較器66，用于比較當(dāng)前光電平與以前的光電平，如上文所討論的。如下文將要詳細(xì)討論的，如果當(dāng)前光電平小于閾值，則控制器14不顛倒可調(diào)濾光器12的步進(jìn)方向。
光檢測(cè)器18生成表示當(dāng)前光電平的模擬光電平信號(hào)，樣本比較電路20包括模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器60，用于將模擬光電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字光電平信號(hào)，以供第一比較器62和第二個(gè)比較器66使用。
控制器14還可以包括總線控制器26，用于基于樣本比較電路20的輸出生成位置信息信號(hào)，還可以包括數(shù)字-模擬(D/A)轉(zhuǎn)換電路24，用于將位置信息信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制電壓，供可調(diào)濾光器12和時(shí)間和控制電路22使用。D/A轉(zhuǎn)換電路24可以包括一個(gè)范圍和偏移選擇電路90，用于選擇波長(zhǎng)序列的范圍和偏移，D/A轉(zhuǎn)換器92，用于考慮到選擇的波長(zhǎng)序列的范圍和偏移將位置信息信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制電壓。范圍和偏移選擇電路90可以包括thevenin電壓電路和用于改變掃描范圍的寄存器的庫(kù)。
控制器14還可以包括各種電壓饋送電路和振蕩器，如，插件級(jí)1MHz晶體振蕩器28、插件級(jí)30v和-10v電源30，模擬3.3v濾光器32和36，以及數(shù)字3.3v濾光器，精通本技術(shù)的人能理解這一點(diǎn)，如圖1所說(shuō)明的。
用于控制光纖可調(diào)濾光器12的方法包括檢測(cè)光導(dǎo)纖維16中的光信號(hào)的當(dāng)前光電平，在一個(gè)波長(zhǎng)序列內(nèi)步進(jìn)可調(diào)濾光器，同時(shí)分析相應(yīng)的光電平，當(dāng)當(dāng)前光電平小于以前的光電平時(shí)顛倒可調(diào)濾光器的步進(jìn)方向，以找到光信號(hào)的波長(zhǎng)峰值。該方法可以包括比較當(dāng)前光電平與以前的光電平，以及比較當(dāng)前光電平與閾值。如上文所討論的，這些比較可以由樣本比較電路20的比較器62和66執(zhí)行。再?gòu)?qiáng)調(diào)一遍，如果當(dāng)前光電平小于閾值，則不顛倒可調(diào)濾光器12的步進(jìn)方向。
該方法可以包括將模擬光電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字光電平信號(hào)，以便進(jìn)行比較。此外，該方法還可以包括基于當(dāng)前光電平與以前的光電平的比較結(jié)果生成數(shù)字位置信息信號(hào)，并將數(shù)字位置信息信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制電壓，供可調(diào)濾光器12使用。此外，優(yōu)選情況下，在找到光信號(hào)的波長(zhǎng)峰值時(shí)減小采樣速率，從而減小功耗。
系統(tǒng)10、控制器14和方法優(yōu)選情況下涉及將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以便進(jìn)行處理，生成模擬控制電壓，以供可調(diào)濾光器12使用。包括減小的采樣速率的數(shù)字處理可以比傳統(tǒng)的模擬系統(tǒng)減小功耗大約150/1，關(guān)于這一點(diǎn)，下文將比較詳細(xì)地進(jìn)行描述。例如，本控制器14可以要求大約40毫瓦的功率，而傳統(tǒng)的控制器卻要求大約6瓦的功率。
數(shù)字控制器14觀察光導(dǎo)纖維束的一個(gè)纖維16所傳輸?shù)墓β?，并基于?dāng)前功率，有時(shí)還基于以前的讀取的相對(duì)功率執(zhí)行多個(gè)功能。請(qǐng)參看圖3，單光纖16將其功率傳遞到二極管52的反偏結(jié)。傳輸給二極管52的功率的級(jí)別與二極管的反向電流(0.8安培/瓦特)成正比例。反向二極管電流從具有從其輸出到其[-]輸入的反饋路徑的運(yùn)算放大器(Op Amp)50的反轉(zhuǎn)，或者輸入節(jié)點(diǎn)流出，以使進(jìn)入[-]輸入節(jié)點(diǎn)的電流的總和為零。
此Op Amp 50的非反轉(zhuǎn)或者[+]輸入連接到一個(gè)電阻分壓器R7/R8，該電阻分壓器提供了一個(gè)小的正偏移，該小的正偏移應(yīng)該大于在Op Amp 50上發(fā)生的任何可能的負(fù)偏移，以確保正確操作。此Op Amp 50的輸出產(chǎn)生一個(gè)正電壓，當(dāng)跨反饋?zhàn)杩箲?yīng)用該正電壓時(shí)，在Op Amp的[-]輸入中產(chǎn)生一個(gè)電流，該電流正好匹配二極管52中的電流。此Op Amp 50的輸出產(chǎn)生的電壓與穿過(guò)光驅(qū)動(dòng)的二極管52的電流的大小成正比例。這就提供了功率到電流到電壓的轉(zhuǎn)換序列。
Op Amp 50的輸出應(yīng)用于A/D轉(zhuǎn)換器60的輸入(圖4)。A/D轉(zhuǎn)換器60將模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字邏輯能夠處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。由比較器66對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器60提供的二進(jìn)制信息進(jìn)行操作，并鎖定，然后傳遞到能夠使用該二進(jìn)制數(shù)據(jù)執(zhí)行多種不同操作的時(shí)間和控制電路22?？偩€控制器22能夠執(zhí)行下列功能
IDLE-關(guān)閉大多數(shù)系統(tǒng)的時(shí)鐘，但仍保持可調(diào)濾光器12的恒定濾光器控制電壓。
LOCATION & POWER-報(bào)告提供到可調(diào)濾光器12的濾光器控制電壓的數(shù)字表達(dá)式和該位置的功率。
GOTO-將濾光器控制電壓更改為指定的按比例的二進(jìn)制幅度。
PEAK HOLD-將可調(diào)濾光器12的調(diào)節(jié)維持在峰值。通常與指定位置的GOTO一起使用，濾光器控制器14尋找較高的功率電平，最后達(dá)到峰值，然后在調(diào)節(jié)時(shí)保持峰值，即使峰值可能會(huì)漂移。
OPTICAL SPECTRUM ANALYSIS(OSA)-從最小值到最大值掃描濾光器控制電壓，同時(shí)在COM_BUS上施加電源，以供外部計(jì)算機(jī)使用。此外，在檢測(cè)峰值(位置和功率)時(shí)提供一個(gè)指示。
DEFAULT-此模式將用戶指定的項(xiàng)目設(shè)置到它們的默認(rèn)值。此模式是一個(gè)瞬態(tài)模式，后面將自動(dòng)過(guò)渡到IDLE模式。
POWER OFF-此模式逐漸地將濾光器控制電壓步進(jìn)到0V。此模式用于減少FFP濾光器中普通存在的滯后。POWER OFF模式的地址是0010二進(jìn)制。
SET RA-此模式將電阻器庫(kù)RA設(shè)置到一個(gè)特定值。SET RA模式地址是0100二進(jìn)制。
Set RB-此模式將電阻器庫(kù)RB設(shè)置到一個(gè)特定值。SET RB模式地址是0101二進(jìn)制。
SET N-此模式用于設(shè)置由1MHz晶體振蕩器驅(qū)動(dòng)的N分頻計(jì)數(shù)器。它允許對(duì)于與要求的響應(yīng)時(shí)間一致的最低功率修改系統(tǒng)頻率。SET N模式地址是1010二進(jìn)制。
SET THRESHOLD-此模式用于存儲(chǔ)A/D轉(zhuǎn)換器60輸出的最小值，低于該最小值的峰值將被忽略。SET THRESHOLD模式地址是1011二進(jìn)制。
XFER PA & RB-此模式用于平穩(wěn)地轉(zhuǎn)移RA和RB代碼，以便輸出范圍控制從電流設(shè)置切換到具有最少干擾的新設(shè)置。XFERRA&RB模式地址是1100二進(jìn)制。
表格1模式表

系統(tǒng)10在任何時(shí)刻只能在一個(gè)模式下運(yùn)轉(zhuǎn)。模式狀態(tài)的確認(rèn)通過(guò)觀察STATUS(3:0)提供。COM_BUS的位(3:0)傳輸模式識(shí)別。如果需要的話，位(17:4)還傳輸幅度。在Power On Reset(POR)之后，控制器14處于Idle模式。
濾光器控制器通過(guò)COM_BUS(17:0)上的位3:0接受模式指令。為平穩(wěn)地與主機(jī)計(jì)算機(jī)連接，應(yīng)該遵循信號(hào)交換例程。
為啟動(dòng)一個(gè)命令指令(改為指定模式)，需要確認(rèn)REQ_BUS(請(qǐng)求總線)輸入。當(dāng)當(dāng)前操作完成之后，REL_BUS(釋放總線)輸出過(guò)渡到1狀態(tài)。這向主機(jī)計(jì)算機(jī)表示，COM_BUS現(xiàn)在可用于輸入到濾光器控制器14。此時(shí)，主機(jī)計(jì)算機(jī)在COM_BUS上放置相應(yīng)的級(jí)別，然后確認(rèn)濾光器控制器14的STROBE輸入。濾光器控制器14檢查以確定指令是否被接受，如果被接受，在ACK2(確認(rèn)2)上發(fā)出1狀態(tài)，通知主機(jī)計(jì)算機(jī)，序列要么完成，要么被接受并在進(jìn)行中。除ACK2確認(rèn)之外，在STATUS(3:0)總線上對(duì)內(nèi)部MODE進(jìn)行編碼和呈現(xiàn)，以便可選地保證請(qǐng)求的模式實(shí)際被設(shè)置。協(xié)議要求主機(jī)計(jì)算機(jī)撤消斷言到濾光器控制器14的REQ_BUS和STROBE輸入。
有一個(gè)類似的握手協(xié)議用于接收來(lái)自總線控制器26的FIFO地輸出數(shù)據(jù)。一個(gè)這樣的操作是OPTICAL SPECTRUM ANALYSIS(OSA)模式。濾光器控制器14從0步進(jìn)到16383，并向FIFO寫入每4個(gè)功率讀取。在一個(gè)完整的OSA掃描中有4095個(gè)寫入。FIFO檢測(cè)它具有數(shù)據(jù)并將RTS(請(qǐng)求發(fā)送)輸出提高到1狀態(tài)。主機(jī)計(jì)算機(jī)在其閑暇時(shí)通過(guò)斷言CTS(清除發(fā)送)輸入確認(rèn)此請(qǐng)求。然后，濾光器將DATA_READY輸出提高到1狀態(tài)。主機(jī)計(jì)算機(jī)將此解釋為COM_BUS上的數(shù)據(jù)有效的通知。主機(jī)計(jì)算機(jī)接受COM_BUS上的數(shù)據(jù)并將濾光器控制器14的ACK(確認(rèn))輸入提高到1狀態(tài)，表示主機(jī)計(jì)算機(jī)已經(jīng)接受COM_BUS上的數(shù)據(jù)，并且不再需要作為有效數(shù)據(jù)來(lái)維護(hù)。所有握手信號(hào)，除了RTS的可能的例外之外(如果數(shù)據(jù)仍在FIFO中，RTS仍較高)，返回到它們的安靜狀態(tài)。在OSA掃描期間，一個(gè)內(nèi)部寄存器中最多存儲(chǔ)32個(gè)檢測(cè)的峰值的位置。隨著從FIFO讀取數(shù)據(jù)，這些峰值位置被寫入到FIFO，直到寄存器被清空。如果在OSA期間檢測(cè)32以上的峰值，那么，峰值33和33以上的那些峰值位置被忽略。
再次請(qǐng)參看圖3，光子檢測(cè)器/轉(zhuǎn)換器18接收單光纖16輸出。此模塊18將每單位時(shí)間的光子能量轉(zhuǎn)換為與光子功率成比例的電壓。將光子功率轉(zhuǎn)換為電流的相應(yīng)的常數(shù)是每瓦特0.8安培。電流到電壓轉(zhuǎn)換常數(shù)是每安培1,210,000伏特(我們預(yù)期從2.4v的塊產(chǎn)生輸出的2.5微安培的最大電流)。
一個(gè)小的正偏移應(yīng)用于Op Amp 50的+輸入。這是為了防止負(fù)偏移欺騙Op Amp 50試圖驅(qū)動(dòng)其0以下的輸出。最佳信號(hào)擺幅將從0到正(3.3V)電源。此范圍的大約10mV丟失以獲得輸入偏移保護(hù)。
光子檢測(cè)器/轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)V_in應(yīng)用于樣本比較電路中的12位A/D轉(zhuǎn)換器60的輸入。A/D轉(zhuǎn)換器60的輸入范圍為0到2.4V(2.4V是內(nèi)部參考)。12位量化級(jí)別大約是5.9mV(或0.00061微安培的光子感應(yīng)電流)。
A/D轉(zhuǎn)換器60具有轉(zhuǎn)換開始(Soc)信號(hào)、時(shí)鐘輸入、未知的(V_in)輸入、12位輸出總線[A(0:11)]和轉(zhuǎn)換結(jié)束(Eoc)輸出。目前不使用Soc信息。向樣本寄存器68和兩個(gè)幅度比較器62和66提供V_in的A(0:11)數(shù)字表達(dá)式。樣本寄存器68被用啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換序列的相同信號(hào)計(jì)時(shí)。在A/D轉(zhuǎn)換器60能夠改變最后一個(gè)A(0:11)信息之前捕獲該信息。需要大約十七個(gè)主時(shí)鐘脈沖才能使A/D轉(zhuǎn)換完成和更新A(0:11)總線。一個(gè)幅度比較器66比較A(0:11)與其以前的值B(0:11)。第二個(gè)幅度比較器62比較A(0:11)與閾值(默認(rèn)值是511)。如果A(0:11)的幅度小于閾值設(shè)置，則不允許對(duì)模塊輸出Up Down Toggle(UDT)進(jìn)行改變。此閾值限制避免了噪聲最低限度中的假峰值被作為有用能量的實(shí)際峰值報(bào)告。如果閾值被設(shè)置為511(數(shù)字，111111111二進(jìn)制)，那么，大約12.5％的范圍不能用于峰值識(shí)別。較低的12.5％的范圍中的信息在顯示器上顯示，但不能用于決策。
樣本寄存器68的輸出可以提供到第一幅度比較器66。第一幅度比較器66獲得的結(jié)果顯示出功率在何處增大或者在何處降低。如果功率增大，則濾光器12在沿著峰值的方向向前移動(dòng)。在PEAK HOLD模式下，這用于在沿著峰值的方向向上爬，在測(cè)量到功率降低的最初，它顛倒方向，并重復(fù)地在峰值左右抖動(dòng)，直到指向另一個(gè)模式為止，關(guān)閉光源，或者關(guān)閉濾光器控制器14的電源。
如果滿足所有條件，當(dāng)UDT信號(hào)為邏輯1時(shí)，用于允許到濾光器控制電壓的信號(hào)的方向改變。關(guān)于這一點(diǎn)，將參考寄存器和計(jì)數(shù)器以及寄存器時(shí)鐘發(fā)生器模塊進(jìn)行比較詳細(xì)的描述。A＞B信號(hào)意味著，當(dāng)前功率大于以前的功率。相反，A＜B意味著，當(dāng)前功率小于以前的功率。
在LOCATION & POWER模式期間，濾光器控制器14使用內(nèi)部信號(hào)(U/D CLK)確定是位置還是功率寫入到FIFO中。當(dāng)在LOCATION&POWER模式下并且U/D_CTJK處于邏輯1狀態(tài)時(shí)，位置被寫入到FIFO中。如果在LOCATION & POWER模式下并且U/D_CLK處于邏輯0狀態(tài)，那么，功率被寫入到FIFO中。在位置數(shù)據(jù)和功率數(shù)據(jù)被寫入到FIFO之后，模式跳轉(zhuǎn)到IDLE模式以節(jié)省電池壽命。值得注意的是，來(lái)自主機(jī)計(jì)算機(jī)的改為另一個(gè)模式的任何指令都將導(dǎo)致FIFO被重置。在接收到模式改變請(qǐng)求時(shí)FIFO中存儲(chǔ)的所有信息都將丟失，即使模式改變請(qǐng)求是到當(dāng)前模式。
總線控制器26是從操作員接收指令的位置，特定的信號(hào)發(fā)送其他模塊，以啟動(dòng)將導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)指令的操作。時(shí)鐘速率是在時(shí)間和控制電路22中確定的。各種模式和操作的時(shí)鐘速率在表格D中定義。
表格D時(shí)鐘速率




備注1.使用N的以前的值。
PEAK HOLD的時(shí)鐘速率降低，以降低功率耗損。在IDLE模式下時(shí)，對(duì)除了總線控制器和時(shí)間和控制電路之外的時(shí)鐘分布被禁止，以最大限度地節(jié)省功率。
請(qǐng)參看圖5，時(shí)間和控制電路可以利用約翰遜計(jì)數(shù)器70來(lái)產(chǎn)生一組三個(gè)不相重疊的時(shí)鐘。在相對(duì)的時(shí)鐘級(jí)上啟用解碼的輸出(時(shí)鐘相位)以確保不相重疊的特性。對(duì)于應(yīng)用了功率而沒(méi)有啟動(dòng)POR的情況包括了邏輯陷阱。邏輯陷阱將在約翰遜計(jì)數(shù)器70中快速將數(shù)據(jù)流組織為正確的流。時(shí)間和控制電路22還產(chǎn)生時(shí)鐘以供控制器14內(nèi)使用。時(shí)鐘信號(hào)U/D_Clk在Comp_EN的下降沿上升，在SOC的上升沿下降。
總線控制器26向D/A轉(zhuǎn)換器92提供位置信息以便轉(zhuǎn)換為控制電壓，而控制電壓又提供到可調(diào)濾光器12的控制輸入(圖7)此模塊26還提供位置信息，以便放置在COM_BUS，并由遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)提取。
在GOTO模式下，數(shù)據(jù)放置在COM_BUS，并啟動(dòng)REQ_BUS，在收到REL_BUS和STROBE的斷言之時(shí)，將該數(shù)據(jù)加載到U/D計(jì)數(shù)器中。一旦加載到U/D計(jì)數(shù)器，D/A轉(zhuǎn)換器即可使用該數(shù)據(jù)來(lái)生成表示請(qǐng)求的位置的控制電壓。
PEAK HOLD模式的前面通常有GOTO周期，以將可調(diào)濾光器12放在峰值的附近。一旦在PEAK HOLD模式下，控制器14開始改變?cè)赨/D計(jì)數(shù)器中保持的位置，以便檢測(cè)到的功率增大。如果當(dāng)前樣本的功率比以前的樣本低，那么，將通過(guò)U/D計(jì)數(shù)器的U/D輸入發(fā)出方向的改變。隨著位置跨越峰值，下一個(gè)樣本將表示比最后一個(gè)樣本低的功率。這將導(dǎo)致發(fā)出另一個(gè)方向的改變。即使峰值漂移，位置也將不斷地在峰值左右抖動(dòng)。
Peak-Detect信號(hào)表示峰值已經(jīng)發(fā)生。它是這樣檢測(cè)到峰值的存在的它注意到在增大U/D計(jì)數(shù)器中的位置號(hào)的同時(shí)在上升的功率間隔之后，檢測(cè)到一個(gè)下降的功率事件。這是通過(guò)查找在U/D輸入中的邏輯0到邏輯1的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在U/D計(jì)數(shù)器遞減時(shí)峰值的峰值指示器被忽略。
那些精通本技術(shù)的人會(huì)想起對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具有上述描述和關(guān)聯(lián)的附圖中存在的好處的各種修改以及其他本發(fā)明的其他實(shí)施例。因此，很清楚，本發(fā)明不僅局限于說(shuō)明的特定實(shí)施例，各種修改和實(shí)施例也被視為在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光纖系統(tǒng)，包括傳輸至少一個(gè)具有波長(zhǎng)峰值的光信號(hào)的光導(dǎo)纖維；耦合到光導(dǎo)纖維并用于檢測(cè)當(dāng)前光電平的光檢測(cè)器；從光檢測(cè)器向上游耦合到光導(dǎo)纖維的可調(diào)濾光器；以及連接到光檢測(cè)器和可調(diào)濾光器的控制器，用于在一個(gè)波長(zhǎng)序列內(nèi)步進(jìn)可調(diào)濾光器，同時(shí)分析相應(yīng)的光電平，并用于基于小于一個(gè)在前的光電平的當(dāng)前光電平顛倒可調(diào)濾光器的步進(jìn)方向，以找到至少一個(gè)光信號(hào)的波長(zhǎng)峰值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖系統(tǒng)，其特征在于，控制器可以包括樣本比較電路，用于比較當(dāng)前光電平與在前的光電平。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖系統(tǒng)，其特征在于，樣本比較電路包括一個(gè)第一比較器，用于比較當(dāng)前光電平與閾值，其特征在于，如果當(dāng)前光電平小于閾值，則控制器不顛倒可調(diào)濾光器的步進(jìn)方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖系統(tǒng)，其特征在于，樣本比較電路進(jìn)一步包括一個(gè)第二比較器，用于比較當(dāng)前光電平與在前的光電平。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖系統(tǒng)，其特征在于，光檢測(cè)器生成表示當(dāng)前光電平的模擬光電平信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖系統(tǒng)，其特征在于，樣本比較電路進(jìn)一步包括模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器，用于將模擬光電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字光電平信號(hào)，以供第一和第二個(gè)比較器使用。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光纖系統(tǒng)，其特征在于，控制器進(jìn)一步包括總線控制器，用于基于樣本比較電路的輸出生成位置信息信號(hào)；以及數(shù)字-模擬(D/A)轉(zhuǎn)換電路，用于將位置信息信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制電壓，供可調(diào)濾光器使用。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光纖系統(tǒng)，其特征在于，D/A轉(zhuǎn)換電路包括一個(gè)范圍和偏移選擇電路，用于選擇波長(zhǎng)序列的范圍和偏移。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖系統(tǒng)，其特征在于，樣本比較電路在找到至少一個(gè)光信號(hào)的波長(zhǎng)峰值時(shí)減小采樣速率，從而減小控制器的功耗。
10.用于光纖可調(diào)濾光器的控制器，該控制器包括光檢測(cè)器，用于連接到光導(dǎo)纖維并用于檢測(cè)具有波長(zhǎng)峰值的光信號(hào)的當(dāng)前光電平；以及連接到光檢測(cè)器的控制電路，用于在一個(gè)波長(zhǎng)序列內(nèi)步進(jìn)可調(diào)濾光器，同時(shí)分析相應(yīng)的光電平，并用于基于小于在前的光電平的當(dāng)前光電平顛倒可調(diào)濾光器的步進(jìn)方向，以找到光信號(hào)的波長(zhǎng)峰值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制器，其特征在于，控制電路包括樣本比較電路，用于比較當(dāng)前光電平與在前的光電平。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制器，其特征在于，樣本比較電路包括一個(gè)第一比較器，用于比較當(dāng)前光電平與閾值，其特征在于，如果當(dāng)前光電平小于閾值，則控制電路不顛倒可調(diào)濾光器的步進(jìn)方向。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的控制器，其特征在于，樣本比較電路進(jìn)一步包括一個(gè)第二比較器，用于比較當(dāng)前光電平與在前的光電平。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的控制器，其特征在于，光檢測(cè)器生成表示當(dāng)前光電平的模擬光電平信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的控制器，其特征在于，樣本比較電路進(jìn)一步包括模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器，用于將模擬光電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字光電平信號(hào)，以供第一和第二比較器使用。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的控制器，其特征在于，控制電路進(jìn)一步包括總線控制器，用于基于樣本比較電路的輸出生成位置信息信號(hào)；以及數(shù)字-模擬(D/A)轉(zhuǎn)換電路，用于將位置信息信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制電壓，供可調(diào)濾光器使用。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的控制器，其特征在于，D/A轉(zhuǎn)換電路包括一個(gè)范圍和偏移選擇電路，用于選擇波長(zhǎng)序列的范圍和偏移。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制器，其特征在于，樣本比較電路在找到光信號(hào)的波長(zhǎng)峰值時(shí)減小采樣速率，從而減小控制器的功耗。
19.用于光纖可調(diào)濾光器的控制器，該控制器包括光檢測(cè)器，用于連接到光導(dǎo)纖維并用于檢測(cè)具有波長(zhǎng)峰值的光信號(hào)的當(dāng)前光電平；以及連接到光檢測(cè)器的控制電路，用于在一個(gè)波長(zhǎng)序列內(nèi)步進(jìn)可調(diào)濾光器，同時(shí)分析相應(yīng)的光電平，并用于基于小于在前的光電平的當(dāng)前光電平顛倒可調(diào)濾光器的步進(jìn)方向，以找到光信號(hào)的波長(zhǎng)峰值，控制電路包括樣本比較電路，用于比較當(dāng)前光電平與在前的光電平，其特征在于，樣本比較電路在找到光信號(hào)的波長(zhǎng)峰值時(shí)減小采樣速率，從而減小控制器的功耗。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的控制器，其特征在于，樣本比較電路包括一個(gè)第一比較器，用于比較當(dāng)前光電平與閾值，其特征在于，如果當(dāng)前光電平小于閾值，則控制電路不顛倒可調(diào)濾光器的步進(jìn)方向。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的控制器，其特征在于，樣本比較電路進(jìn)一步包括一個(gè)第二比較器，用于比較當(dāng)前光電平與在前的光電平。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的控制器，其特征在于，光檢測(cè)器生成表示當(dāng)前光電平的模擬光電平信號(hào)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的控制器，其特征在于，樣本比較電路進(jìn)一步包括模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器，用于將模擬光電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字光電平信號(hào)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的控制器，其特征在于，控制電路進(jìn)一步包括總線控制器，用于基于樣本比較電路的輸出生成位置信息信號(hào)；以及數(shù)字-模擬(D/A)轉(zhuǎn)換電路，用于將位置信息信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制電壓，供可調(diào)濾光器使用。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的控制器，其特征在于，D/A轉(zhuǎn)換電路包括一個(gè)范圍和偏移選擇電路，用于選擇波長(zhǎng)序列的范圍和偏移。
26.用于控制光纖可調(diào)濾光器的方法，該方法包括檢測(cè)光導(dǎo)纖維中的具有波長(zhǎng)峰值的光信號(hào)的當(dāng)前光電平；在一個(gè)波長(zhǎng)序列內(nèi)步進(jìn)可調(diào)濾光器，同時(shí)分析相應(yīng)的光電平；以及當(dāng)當(dāng)前光電平小于在前的光電平時(shí)顛倒可調(diào)濾光器的步進(jìn)方向，以找到光信號(hào)的波長(zhǎng)峰值。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法進(jìn)一步包括比較當(dāng)前光電平與在前的光電平。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法進(jìn)一步包括比較當(dāng)前光電平與閾值，其特征在于，如果當(dāng)前光電平小于閾值，則不顛倒可調(diào)濾光器的步進(jìn)方向。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，電流光電平由模擬光電平信號(hào)表示。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法進(jìn)一步包括將模擬光電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字光電平信號(hào)，以便進(jìn)行比較。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法進(jìn)一步包括基于當(dāng)前光電平與在前的光電平的比較結(jié)果生成數(shù)字位置信息信號(hào)；以及將數(shù)字位置信息信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制電壓，供可調(diào)濾光器使用。
32.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法進(jìn)一步包括選擇波長(zhǎng)序列的范圍和偏移。
33.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法進(jìn)一步包括在找到光信號(hào)的波長(zhǎng)峰值時(shí)減小采樣速率，從而減小功耗。
全文摘要
一種光纖系統(tǒng)包括傳輸具有波長(zhǎng)峰值的光信號(hào)的光導(dǎo)纖維，耦合到光導(dǎo)纖維并用于檢測(cè)當(dāng)前光電平(例如，光子功率電平)的光檢測(cè)器，以及從光檢測(cè)器向上游耦合到光導(dǎo)纖維的可調(diào)濾光器。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括連接到光檢測(cè)器和可調(diào)濾光器的控制器，用于在一個(gè)波長(zhǎng)序列內(nèi)步進(jìn)可調(diào)濾光器，同時(shí)分析相應(yīng)的光電平，并用于基于小于在前的光電平的當(dāng)前光電平顛倒可調(diào)濾光器的步進(jìn)方向，以找到至少一個(gè)光信號(hào)的波長(zhǎng)峰值。在找到光信號(hào)的波長(zhǎng)峰值時(shí)減小采樣速率，從而減小控制器的功耗。
文檔編號(hào)H04B10/158GK1486549SQ01821942
公開日2004年3月31日 申請(qǐng)日期2001年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月14日
發(fā)明者戴維·W·哈爾, 海特什·R·梅赫塔, R 梅赫塔, 戴維 W 哈爾 申請(qǐng)人:哈里公司