[发明专利]一种突发模式激光驱动器输出功率控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及无源光网络系统中，光网络单元设备突发模式激光驱动器输出功率的自动控制方法，以及实现该方法的具体实施方式。

背景技术

光纤到户是接入网的发展趋势。以太网无源光网络集合了以太网与无源光网络两方面的优势，是目前实现光纤到户的热门技术^[1]。

以太网无源光网络系统的基本结构体现为一个点到多点网络^[1-2]。其中，在下行方向，光缆终端设备发出的数据包经过一级或多级无源光分路器，以广播的方式同时传送至多个光网络单元。在上行方向，各个光网络单元发出的数据包经过无源的光耦合器汇聚，共享同一根光纤，上行传至光缆终端设备。为了避免来自不同光网络单元的光信号同时传输产生冲突，在上行方向以太网无源光网络系统采用时分复用的机制。为了实现时分复用，各个光网络单元的激光驱动器芯片具有突发工作的机制，即：在指定的突发使能周期中迅速开启激光器，发射上行光脉冲；当使能周期结束时，能够迅速禁能，完全地关断激光器的输出，从而避免对其他光网络单元的上行数据产生干扰。

对于光发射机及其核心器件激光驱动器而言，发射激光信号的自动功率控制机制是十分重要的。传统的连续模式激光驱动器通常使用平均功率控制方法^[3] ，利用与激光器封装在一起的光检测器产生的监测电流，使用集成运算放大器等器件构成一个负反馈环路，实现输出功率的自动控制。但是，无源光网络系统的光网络单元是以突发的形式工作的，激光二级管仅在短暂的使能周期内点亮；大部分的时间为禁能周期，激光器上没有光功率输出，而相应的监测电流基本为零。由于禁能周期远远长于使能周期，传统的连续模式下的自动功率控制方法不适合突发模式的光网络单元发射机。

在另一方面，光发射机的消光比也是一个非常重要的指标。消光比定义为数字脉冲光发射机发射全“0”时光功率P₀和全“1”时光功率P₁之比，可用EXT表示，定义公式为：EXT=10log(P₁/P₀)(dB)。消光比的不足容易引起码元误判等一系列问题。根据以太网无源光网络现有的相关国际标准，上行链路使用较长的波长（如1260-1280nm）^[2]，鉴于目前1000nm以上波长的垂直共振腔表面放射型激光器尚不成熟，光网络单元突发模式光发射机需要选用分布式反馈激光器为激光源。而分布式反馈激光器有一个相对较高的阈值电流，典型值在10mA左右。这就要求激光驱动器首先需要对激光器提供10mA左右的直流预偏置电流，在此基础上叠加更大的脉冲调制电流对激光器进行调制，这样才能获得最佳的消光比。在这种情况下，光发射机的消光比同时取决于偏置电流和脉冲调制电流，使得在自动功率控制的同时兼顾优化消光比变得较为复杂。

为了实现突发模式下的自动功率控制，目前存在几种方法：

1. 发射机端不监测输出功率和消光比，而是由接收机端检测，并通过光纤通信链路借助某种协议机制告知发射机。发射机据此调节输出的光功率和消光比^[4]。

该方法存在的问题是：需要对相关通讯协议进行约定；需要制定统一的国际标准；如果没有统一的国际标准、或现有国际标准中并未就相关机制做出约定的情况下，可能影响到组网设备之间的兼容性。

2. 利用模-数转换电路对监测电流高速连续采样，并利用微控制器对采样结果进行数据分析，作为功率控制的依据^[4]。

该方法存在的问题是：对于突发模式发射机来说，激光器仅仅在使能周期内发光，此时有有效的监测电流产生。但是使能周期的长度仅有数微秒。因此，大部分时间监测电流为零，必须在短时间内捕获到有效的监测电流值。这对模-数转换电路的采样/转换速率以及微控制器的处理速度均提出了较高要求。若选用低成本模-数转换电路，其采样/转换速率不够高，则控制效果不甚理想；但若选用高性能的模-数转换电路，则会增加系统的整体成本。

3. 加入采样保持电路单元，利用采样保持电路单元采样光检测器产生的监测电流，并进行保持^[5]。在此基础上，可再使用模-数转换电路单元转换成数字信号，利用微控制器对采样结果进行数据分析并进行调节。由于存在采样保持电路单元，监控电流值可以保持较长时间，因此可以使用较低成本、较低采样/转换速率的模-数转换电路。