：应用于mz光调制 偏置点器的工作點控制装置及方法

本发明涉及光传输网络技术尤其涉及应用于马赫-曾德(MZ)光调制 偏置点器的工作点控制装置及方法。

在高速长距离的通信傳输中采用强度光调制 偏置点很难达到要求，目前在光纤通信领域的长距传输中需要利用相位光调制 偏置点技木。对于当前的光电相位光调制 偏置点一般采用马赫-曾德(MZ)电光光调制 偏置点器(可简称为“MZ光调制 偏置点器”)来实现但是，MZ光调制 偏置点器在运行过程中产生的熱量、环境温度变化以及长期运行老化都会影响电场的強度易使电光光调制 偏置点器的特性发生改变从而使得光调制 偏置点器的理想控淛点从预设点处产生漂移。而理想控制点漂移的结果是光调制 偏置点后的光信号的曲线振幅和中心位置发生改变从而使光眼图劣化。当發生严重漂移吋MZ光调制 偏置点器将表现出強烈的非线性，会降低光通信连接的最大动态范围劣化整个系统的性能，严 重时会导致接收箌的光信号甚至无法恢复出原有信息所以必须实现光光调制 偏置点器工作点的稳定控制。如图I所示为现有光调制 偏置点器工作点控制原理示意图。现有常用的MZ光调制 偏置点器的偏置点的控制方法是在MZ的光调制 偏置点信号中加入低频方波信号然后从输出的光调制 偏置点信号中分离这个信号，通过锁相放大从而控制偏置点的稳定如图2所示。全硬件控制使得控制电路非常复杂同时电路器件的温度稳定性吔限制了整个控制环路的精度。

发明内容 有鉴于此本发明的主要目的在于提供ー种应用于MZ光调制 偏置点器的工作点控制装置及方法，以解决现有MZ光调制 偏置点器偏置点的硬件控制电路较为复杂控制精度不高的问题。为达到上述目的本发明的技术方案是这样实现的

ー种應用于MZ光调制 偏置点器的工作点控制装置，包括用于对输入数据信号进行相位光调制 偏置点的光光调制 偏置点器还包括跨阻放大器、低噪声放大器、高Q值带通滤波器、第一电平调理器、微处理器和第二电平调理器；其中

所述跨阻放大器，用于将光调制 偏置点器的光电探测器ro输出的电流转化成电压信号；

低噪声放大器用于检测出低频信号成份并放大，以提高系统的信噪比；

高Q带通滤波器用于滤出所需的低频信号，得到输入光光调制 偏置点器的低频方波信号的光检波信号；及用于检测误差信号并进行放大提高系统的信噪比；

第一电平调悝器，对相位的误差信号进行电平调理使得信号输出满足模数转换A/D的输入范围；

微处理器，用于产生低频信号完成软件同步检波以及仳例积分PI调节算法；

第二电平调理器，完成数模转换D/A输出电压调理使得D/A输出能够满足光光调制 偏置点器的直流偏置DC Bias全控制范围电压范围。其中所述微处理器为含有片上12位及以上的模数转换A/D和数模转换D/A的单片机。所述高Q带通滤波器输出的光检波信号的相位极性反映直流偏置点相对于最佳偏置点的位置该光检波信号的幅度则与偏离最佳偏置点的距离成正比。所述光检波信号通过第一电平光调制 偏置点器进叺微处理器的片上模数转换A/D电路通过微处理器内部的软件同步检波，具体为通过利用该光检波信号的相位极性和幅度大小信息在微处悝器内通过软件编程对光检波信号进行对基波的同步检波，得到误差交流信号去控制所述光光调制 偏置点器的最佳偏置点所述微处理器通过软件PI调节，选择合适的积分常数调整数模转换D/A电路直到输出ー个快速稳定的直流信号，即该光光调制 偏置点器的最佳工作点电压ー种应用于MZ光调制 偏置点器的工作点控制的方法，该方法包括如下步骤

A、通过微处理产生一个低频方波信号,输入到MZ光调制 偏置点器的直流偏置DCbias管脚,将 该信号叠加在高速的数据信号上一起进行光光调制 偏置点；

B、将从光探測器ro引脚输出的光电流经过跨阻放大器转化成电压信号再经过低噪声放大器进行放大；

C、将该放大的信号经过高Q值带通滤波器滤出低频信号，得到输入到光调制 偏置点器的低频方波信号的光檢波信号；

D、所述光检波信号通过第一电平光调制 偏置点器进入微处理器的片上模数转换A/D电路通过微处理器内部的软件进行同步检波；

E、该微处理器通过软件PI调节，选择合适的积分常数调整数模转换D/A电路直到输出ー个快速稳定的直流信号，即该光调制 偏置点器的最佳工莋点电压其中步骤D所述通过微处理器进行同步检波的过程，具体为

D1、首先进行初始化设置微处理器的模数转换A/D电路和数模转换D/A电路的初始值，控制输入输出IO接ロ发出低频的方波信号；

D2、将所述IO接ロ发出的低频方波信号的上升沿作为对反馈信号采样的触发信号采样N次，並进行和累加得到前半周期的累加和suml ;并将所述IO接ロ发出的方波下降沿作为对反馈信号采样的触发信号，采样N次并进行和累加，得到后半周期的累加和sum2 ；D3、将前半周期的累加和suml和后半周期的累加和sum2做差得到差值cz。该方法进ー步包括实施软件PI算法的控制流程具体为

D4、进行初始化设置D/A的初始值；利用同步检波得到的误差值cz，用前次设置的D/A值和同步检波误差值cz/积分常数T做減法或者加法将该值设置为当前的D/A徝；如果该值超过D/A的可设置的数字量的范围，则软件复位为初始值该方法进ー步包括

根据同步检波得到的误差值cz进行PI调节运算，输出模數转换D/A值控制该光调制 偏置点器的直流偏置DC Bias引脚的电压值本发明所提供的应用于MZ光调制 偏置点器的工作点控制装置及方法，具有以下优點

该装置用于MZ光调制 偏置点器理想工作点的寻找包括位于光特性曲线最大点和最小点的控制，整个装置由预设算法进行控制能及时有效的对光路中的信号进行反馈控制，在上电通光的同时就可以完成对光调制 偏置点器工作点的控制并且在环境变化的情况下保持光信号楿对相位不变，达到稳定控制的目的因而，该控制系统具有实现电路简洁、控制效果好、精确度高和响应速度快的优点

图I为现有MZ光调淛 偏置点器工作点控制装置的原理示意 图2为现有MZ光调制 偏置点器工作点控制装置的总体设计示意 图3为本发明的MZ光调制 偏置点器的工作点控淛装置的功能框 图4为相位光调制 偏置点原理示意 图5为抖动法原理示意图； 图6为本发明实施例的软件同步检波部分的控制处理流程 图7为本发奣实施例的软件PI算法流程 图8为本发明MZ光调制 偏置点器的偏置点控制装置进行控制的处理流程图。

下面结合附图及本发明的实施例对本发明嘚系统及方法作进ー步详细的说明本发明是要解决由于外部因素造成了 MZ光调制 偏置点器的传输曲线发生了漂移而使传递的信号产生错误，该方法实现了对光调制 偏置点器偏压工作点的反馈控制图3为本发明的MZ光调制 偏置点器的工作点控制装置的功能框图；如图3所示，该控淛装置主要包括7个部分跨阻放大器10、低噪声放大器20、高Q值带通滤波器30、第一电平调理器40、微处理器50和第二电平调理器60下面以MZ光调制 偏置點器根据实际应用的需求，假设要求其工作在null点我们将ー个低频方波信号通过MZ光调制 偏置点器的直流偏置(DC Bias)引脚(可參考图I)。再通过光电探測器(PD)引脚对光信号进行检测该信号经过跨阻放大器10、低噪声放大器20，高Q值带通滤波器30第一电平调理器40进入微处理器50的模数转换器(A/D)中，微处理器50通过对采样来的信号进行同步检波、比例积分(PI)调节控制数模转换器(D/A)输出控制信号所述控制信号经过第二电平调理器60后，最后输絀至MZ光调制 偏置点器的直流偏置(DC Bias)引脚这里，所述跨阻放大器10用于将光光调制 偏置点器的光电探测器(PD)输出电流转化成电

低噪声放大器20，鼡于检测出低频信号成份并放大以提高系统的信噪比；

高Q带通滤波器30，用于滤出所需的低频信号得到输入光光调制 偏置点器的低频方波信号的光检波信号；及用于检测误差信号并进行放大，提高系统的信噪比；

第一电平调理器40对相位的误差信号进行电平调理，使得信號输出满足A/D输入范

微处理器50为节省空间，可选择含有片上12位及以上A/D和D/A单片机产生ー个低频信号，完成软件同步检波以及PI调节算法；

第②电平调理器60完成D/A输出电压调理，使得D/A输出能够满足光光调制 偏置点器70的直流偏置(DC Bias)全控制范围电压范围；

光光调制 偏置点器70用于对输叺数据信号进行相位光调制 偏置点。其实现原理如下I)在具体应用上系统从激光器发光到光调制 偏置点器输出光信号有时间的要求，要在毫秒(ms)级的时间里寻找到工作点并完成反馈控制相位光调制 偏置点器工作点的寻找是通过微处理50产生ー个低频方波信号输入到MZ光调制 偏置點器的DC bias管脚，该信号叠加在高速的数据信号上一起进行光光调制 偏置点得到相位光调制 偏置点的光眼图，如图4所示2)从ro引脚出来的光电鋶经过跨阻放大器10转化成电压信号，再经过低噪声放大器20进行放大该电压信号包括了所需要控制的低频部分还有高频噪声以及直流的成份，所以首先要求隔离直流成份滤出所需要的低频部分。3)该放大的信号经过高Q值带通滤波器30滤出低频信号得到输入到光调制 偏置点器嘚低频方波信号f的光检波信号；光检波信号的相位极性反映了直流偏置点相对于最佳偏置点(peak点或者null点)的位置(位于下降沿还是上升沿)，光检波信号的幅度则与偏离最佳偏置点的距离成正比以最小点为例，如图5所示4)所述光检波信号通过第一电平光调制 偏置点器40进入微处理器50嘚片上A/D，通过微 处理器内部的软件同步检波软件同步检波实际上利用光检波信号的相位极性和幅度大小信息，在微处理器内通过软件编程对光检波信号进行对基波的同步检波得到误差交流信号去控制电光光调制 偏置点器的最佳偏置点。5)微处理器50通过软件PI调节选择合适嘚积分常数，调整数模转换D/A电路直到输出ー个快速稳定的直流信号就是该光调制 偏置点器的最佳工作点电压由此可见，通过上述的软件算法处理省略了现有全硬件技术中的误差比较电路、积分电路、复位电路、监控电路。从而能够在保证精度的同时还可以降低外围控制電路的复杂度与成本有效提高控制过程的稳定性和可靠性，有助于改善整个系统中光信号光调制 偏置点和发送的性能具体流程光调制 偏置点器的内置ro将光信号转化成电流信号，该信号包含了从光调制 偏置点器 BIAS端ロ输入的低频信号f成份选取合适跨阻放大器10，将电流信号轉换成可处理电压信号再经过低噪声放大器20、高Q值带通滤波器30，得到较为纯净的低频基波信号再经过第一电平调理器40将该信号调理到微处理器的片上A/D可处理的电压范围。同吋微处理器50发出低频方波信号，经过第二电平调理器60转化为幅度很小的低频方波信号微处理50的控制D/A输出的直流信号经过第二电平调理器60转化为光调制 偏置点器DC Bias全电压控制范围。同时小幅度的低频方波信号与D/A调理后的直流电压在第二電平调理器60中进行叠加对于方波信号有一定要求第一，对于抖动信号幅度的大小不能太小保证其经过ro能够检测出来，也不能太大影响數据信号一般小于数据信号幅度的1%;第二，低频信号的频率要保证很小使其不会影响光调制 偏置点信号的光谱并且不会超出微处理器软件处理的速度，同时该低频信号频率也不能太低以至于与低频噪声无法区分，为保证良好的信噪比一般选择为数KHz ;第三，为保证软件实現同步检波这个低频信号选择占空比为50%的方波信号，越对称越好图6为根据本发明实施例的软件相同步检波部分的控制处理流程图，具體过程包括如下步骤

步骤S601初始化，设置微处理器的A/D和D/A的初始值控制输入输出(10)接ロ发出低频的方波信号。

步骤S602将IO接ロ发出的方波上升沿作为对反馈信号采样的触发信号，采样N次并进行和累加，得到suml同时，执行步骤S603步骤S603，将IO接ロ发出的方波下降沿作为对反馈信号采樣的触发信号采样N次，并进行和累加得到sum2。步骤S604将前半周期的 累加和suml和后半周期的累加和sum2做差，得到差值

CZo图7为根据本发明实施的软件PI算法的控制处理流程图具体过程包括如下步骤

步骤S701，初始化设置D/A的初始值。步骤S702利用同步检波得到误差值cz。步骤S703用前一次设置嘚D/A值和同步检波误差值cz/积分常数T做減法或者加法，将该值设置为当前的D/A值如果该值超过D/A的可设置的数字量的范围，则软件复位为初始值减法和加法决定寻找的是null点或者peak点。此外根据本实施例的装置中同样能够根据实时性和精确度选择合适的积分常数T，毎次控制过程所采用的积分常数T也并不局限于ー个固定值可以根据同步检波cz的范围以确定更大的积分常数，获得更稳定的效果从而进ー步提高最终确萣的偏置点的准确度。图8为根据本发明实施例的MZ光调制 偏置点器的偏置点控制装置进行控制的处理流程图具体包括如下步骤

步骤S801，初始囮设置微处理器的A/D和D/A的初始值，控制IO ロ发出低频的方波信号设置寻找null点或者peak点的符号。步骤S802软件实现同步检波，得到误差值cz步骤S803，根据同步检波得到的误差值cz进行PI调节运算输出D/A值控制光调制 偏置点器的DC Bias引脚电压值。为了保证MZ光调制 偏置点器能够长时间在高精度下笁作可以不停的重复或者延时一段时间，重复步骤S802和S803通过以上的实施方法的描述，本领域的技术人员可以清楚的了解到本发明可借助軟件加必需的硬件平台的方式来实现基于这样的理解，本发明的技术方案对背景技术做出的贡献可以以软件产品的形式体现出来该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如R0M/RAM、磁碟、光盘等包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器或者网络設备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围

权利要求 1.一种应用于MZ光调制 偏置点器的工作点控制装置，包括用于对输入数据信号进行相位光调制 偏置点的光光调制 偏置点器其特征在于，还包括跨阻放大器、低噪声放大器、高Q值带通滤波器、第一电平调理器、微处理器和第二电平调理器；其中 所述跨阻放大器鼡于将光调制 偏置点器的光电探测器ro输出的电流转化成电压信号； 低噪声放大器，用于检测出低频信号成份并放大以提高系统的信噪比； 高Q带通滤波器，用于滤出所需的低频信号得到输入光光调制 偏置点器的低频方波信号的光检波信号；及用于检测误差信号并进行放大，提高系统的信噪比； 第一电平调理器对相位的误差信号进行电平调理，使得信号输出满足模数转换A/D的输入范围； 微处理器用于产生低频信号，完成软件同步检波以及比例积分PI调节算法； 第二电平调理器完成数模转换D/A输出电压调理，使得D/A输出能够满足光光调制 偏置点器的直流偏置DC Bias全控制范围电压范围

2.根据权利要求I所述的应用于MZ光调制 偏置点器的工作点控制装置，其特征在于所述微处理器，为含有爿上12位及以上的模数转换A/D和数模转换D/A的单片机

3.根据权利要求I所述的应用于MZ光调制 偏置点器的工作点控制装置，其特征在于所述高Q带通濾波器输出的光检波信号的相位极性反映直流偏置点相对于最佳偏置点的位置，该光检波信号的幅度则与偏离最佳偏置点的距离成正比

4.根据权利要求3所述的应用于MZ光调制 偏置点器的工作点控制装置，其特征在于所述光检波信号通过第一电平光调制 偏置点器进入微处理器嘚片上模数转换A/D电路，通过微处理器内部的软件同步检波具体为通过利用该光检波信号的相位极性和幅度大小信息，在微处理器内通过軟件编程对光检波信号进行对基波的同步检波得到误差交流信号去控制所述光光调制 偏置点器的最佳偏置点。

5.根据权利要求I或3所述的应鼡于MZ光调制 偏置点器的工作点控制装置其特征在于，所述微处理器通过软件PI调节选择合适的积分常数，调整数模转换D/A电路直到输出一個快速稳定的直流信号即该光光调制 偏置点器的最佳工作点电压。

6.一种应用于MZ光调制 偏置点器的工作点控制的方法其特征在于，该方法包括如下步骤 A、通过微处理产生一个低频方波信号,输入到MZ光调制 偏置点器的直流偏置DCbias管脚,将该信号叠加在高速的数据信号上一起进行光咣调制 偏置点； B、将从光探测器ro引脚输出的光电流经过跨阻放大器转化成电压信号再经过低噪声放大器进行放大； C、将该放大的信号经過高Q值带通滤波器滤出低频信号，得到输入到光调制 偏置点器的低频方波信号的光检波信号； D、所述光检波信号通过第一电平光调制 偏置點器进入微处理器的片上模数转换A/D电路通过微处理器内部的软件进行同步检波； E、该微处理器通过软件PI调节，选择合适的积分常数调整数模转换D/A电路直到输出一个快速稳定的直流信号，即该光调制 偏置点器的最佳工作点电压

7.根据权利要求5所述的应用于MZ光调制 偏置点器嘚工作点控制的方法，其特征在于步骤D所述通过微处理器进行同步检波的过程，具体为 D1、首先进行初始化设置微处理器的模数转换A/D电蕗和数模转换D/A电路的初始值，控制输入输出IO接口发出低频的方波信号； D2、将所述IO接口发出的低频方波信号的上升沿作为对反馈信号采样的觸发信号采样N次，并进行和累加得到前半周期的累加和suml ;并将所述IO接口发出的方波下降沿作为对反馈信号采样的触发信号，采样N次并進行和累加，得到后半周期的累加和sum2 ； D3、将前半周期的累加和suml和后半周期的累加和sum2做差得到差值cz。

8.根据权利要求6所述的应用于MZ光调制 偏置点器的工作点控制的方法其特征在于，该方法进一步包括实施软件PI算法的控制流程具体为 D4、进行初始化设置D/A的初始值；利用同步检波得到的误差值cz，用前次设置的D/A值和同步检波误差值cz/积分常数T做减法或者加法将该值设置为当前的D/A值；如果该值超过D/A的可设置的数字量嘚范围，则软件复位为初始值

9.根据权利要求6或7所述的应用于MZ光调制 偏置点器的工作点控制的方法，其特征在于该方法进一步包括 根据哃步检波得到的误差值cz进行PI调节运算，输出模数转换D/A值控制该光调制 偏置点器的直流偏置DC Bias引脚的电压值

本发明公开了一种应用于MZ光调制 偏置点器的工作点控制装置及方法，包括光光调制 偏置点器；跨阻放大器将光调制 偏置点器的PD输出的电流转化成电压信号；低噪声放大器，检测出低频信号成份并放大以提高系统的信噪比；高Q带通滤波器，检测误差信号并进行放大提高系统的信噪比；第一电平调理器，对相位的误差信号进行电平调理使得信号输出满足A/D的输入范围；微处理器，产生低频信号完成软件同步检波以及比例积分PI调节算法；第二电平调理器，完成D/A输出电压调理使得D/A输出能够满足光光调制 偏置点器的直流偏置全控制范围电压范围。应用本发明能够解决现囿MZ光调制 偏置点器偏置点的硬件控制电路较为复杂，控制精度不高的问题

匡杨, 杨瑾, 胡毅, 蔡亮, 邹晖 申请人:武汉电信器件有限公司

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