[发明专利]一种用于光放大器的基于FPGA的温度控制装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于光通信技术领域，特别涉及一种用于光放大器的基于FPGA的温度控制装置和方法。

背景技术

TEC是一种利用半导体的热-电效应制取冷量的器件。当半导体连接不同的金属并接通直流电，则一个接点处温度降低，另一个接点处温度升高。若电流方向相反，则温度变化相反。将TEC集成到芯片或者模块内部，即可控制温度的变化

光放大器是光通信网络中的关键模块之一，其中泵浦激光器和稀土掺杂光纤是光放大器的核心器件，直接决定光放大器的光学特性。泵浦激光器在工作中会产生大量热量，温度会急剧上升，输出波长会发生漂移，同时输出功率不稳定。稀土掺杂光纤工作温度不稳定，直接影响光放大器的噪声、平坦度等，因此，温度控制是光放大器的基础控制模块。

温度控制可从硬件及软件两个方面进行研究，不同的硬件和软件控制电路，影响成本和效果。例如专利《一种用于光纤系统的基于单片机的TEC温度控制器》(专利号201410465948.4)，采用单片机进行温度控制，软件运算容易受外部中断影响，环路控制时间长且不确定，实现多路控制功能时，控制时间与路数成线性增长关系。专利《基于TEC的激光器温度控制电路》(专利号201410479411.3)采用专用集成芯片MAX1978完成温度控制，MAX1978的驱动电流有限，PID控制采用运算放大器、电容和电阻等完成比例、积分、微分等功能，模拟器件存在一致性问题且容易受噪声影响，实现多路控制需成倍地增加MAX1978芯片，成本显著上升。

本发明在传统采用专用芯片控制电路基础上，结合数字电路控制的优点，提出一种用于光放大器的基于FPGA的温度控制装置和方法。

发明内容

为了克服现有温度控制的一些缺陷，本发明提出了一种用于光放大器的基于FPGA的温度控制装置和方法。

本发明解决的是光放大器中实现恒定温度控制的问题，主要用于在环境或者模块温度发生变化时，光放大器中泵浦激光器和稀土掺杂光纤处于恒定设定温度，延长器件工作寿命，提高光放大器的光学性能，保证整个光通信系统的稳定可靠。

为了实现上述目的，本发明提出了一种用于光放大器的温度控制装置，包括：ADC模数转换芯片(104)、可编程逻辑器件FPGA(105)、H桥电路(106)、低通滤波器(107)、TEC电路(108)、温度传感器(103)；

温度传感器置于控制目标之后，用于将温度信号转为电压信号，ADC模数转换芯片(104)转化电压信号为数字量，输入到FPGA。FPGA计算实际温度和目标温度的差值，并根据精度要求产生不同方向和占空比的PWM波，以此控制TEC电路的电流大小和方向，实现数字运算和算法控制。H桥电路用于提升FPGA的负载驱动能力，满足不同TEC电路的电流要求。低通滤波器滤除噪声和抑制PWM的高频分量，减少对TEC电路的冲击，通过控制TEC电流大小和流入方向，改变温度，从而使激光器和稀土掺杂光纤工作在恒定温度；

加热目标置于金属盒内，金属盒与温度传感器(103)相连，温度传感器(103)输出模拟信号，与ADC模数转换芯片(104)相连，ADC模数转换芯片(104)输出数字信号到可编程逻辑器件FPGA(105)，FPGA计算结果，输出控制信号到H桥电路(106)，H桥电路(106)与低通滤波器(107)相连，低通滤波器(107)输出信号到TEC电路(108)，TEC电路(108)控制金属盒的温度。

还包括有通信接口，所述的通信接口用于可编程逻辑器件FPGA(105)与CPU或者计算机相连，以设定控制参量，例如：目标温度参数、时钟频率、计算周期、控制系数、控制精度。