最近政府對通信行業(yè)的法規(guī)取消，推動了新思想和新發(fā)明的爆發(fā)，特別是在光學(xué)領(lǐng)域。從創(chuàng)業(yè)公司到財富500強(qiáng)公司的許多參與者都參與了1998年到2000年的成長期，試圖實(shí)現(xiàn)這些想法。今天，雖然這個行業(yè)經(jīng)歷了一個痛苦的時期，許多初創(chuàng)公司都已經(jīng)消失，但實(shí)施這些想法和發(fā)明的需求依然存在。

光纖是已經(jīng)出現(xiàn)的傳輸媒介。適應(yīng)預(yù)期的長期增長。為了充分利用寬帶寬（這是光纖傳輸?shù)闹饕獌?yōu)勢），一種稱為波分復(fù)用（WDM）的方法 - 以及后來的密集 WDM （DWDM） - 已實(shí)施。這種傳輸方法允許通過單根光纖傳輸多種波長（一種波長或每種激光的顏色），但對激光提出了嚴(yán)格的要求。

一個主要要求是激光溫度保持不變這樣它的波長就不會漂移并干擾其他激光器。這通常涉及熱電冷卻器（TEC）控制器（本文后面將討論）。隨時間和溫度控制激光功率水平及其調(diào)制機(jī)制是另一個系統(tǒng)要求。該作業(yè)由激光二極管驅(qū)動器（LDD）處理。對于長距離應(yīng)用，需要光放大器來進(jìn)行信號修復(fù)和重傳。 摻鉺光纖放大器（EDFA）和拉曼放大器類型占主導(dǎo)地位。他們重新調(diào)整信號，而不必將其從光學(xué)轉(zhuǎn)換為電學(xué)，然后再轉(zhuǎn)換回光學(xué) - 這是過去廣泛使用的方法（也是唯一的選擇）。現(xiàn)在僅在光學(xué)域中進(jìn)行擴(kuò)增。但是，要控制它們的參數(shù)，光放大器需要高端A / D和D / A 轉(zhuǎn)換器（ADC和DAC），對數(shù)放大器（對數(shù)放大器）和跨阻抗放大器（TIAs），加上一個控制器。

光通信系統(tǒng)

大多數(shù)光通信系統(tǒng)（圖1）在用于熱電冷卻器（TEC），激光二極管驅(qū)動器（LDD）的控制回路中使用ADC和DAC ）和雪崩光電二極管（APD）監(jiān)測和偏置電路。專用控制回路用于驅(qū)動泵浦激光器并讀取其功率水平;調(diào)整發(fā)射激光二極管中的消光比和平均功率;在WDM和DWDM系統(tǒng)中將激光二極管保持在穩(wěn)定的溫度。回路信號由微控制器進(jìn)行數(shù)字處理。 ADuC832是其產(chǎn)品組合中的所有這些任務(wù)，是MicroConverter ? 系列的成員 - 一個集成的數(shù)據(jù)采集芯片，結(jié)合了CPU內(nèi)核和標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)是這類控制系統(tǒng)的核心候選者。

ADuC832（圖2）包括：8通道，12位，5位μs自校準(zhǔn)ADC;一個2通道，12位DAC，具有軌到軌輸出;行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的8052微控制器; 62 KB閃存程序RAM和一系列外設(shè)功能。所有這些功能，加上溫度監(jiān)控器，可編程PLL時鐘，電壓基準(zhǔn)，同步和異步串行端口等，都集成在一個節(jié)省空間的56引腳芯片級封裝（CSP）中，允許整個控制系統(tǒng)安裝在光學(xué)模塊的外殼內(nèi)。

我們在此描述光通信系統(tǒng)各部分的可能實(shí)際實(shí)現(xiàn)，如圖1所示，包括熱電 - 冷卻器控制器，激光二極管驅(qū)動器（LDD），光電探測器 - 二極管偏置，接收光信號強(qiáng)度指示器（RSSI）和溫度傳感器。

每個應(yīng)用程序都可以使用經(jīng)過全面測試的完整軟件模塊。這些模塊是專為模擬/光學(xué)設(shè)計師編寫和評論的，他們不懂技術(shù)，也不想做。這將有助于縮短有經(jīng)驗和新手程序員的設(shè)計時間和整體上市時間。

TEC控制器

為確保波長穩(wěn)定性，熱電冷卻器（TEC）控制器設(shè)計用于將激光二極管或光學(xué)模塊維持在特定溫度，精度通常在0.01°C以內(nèi)。該器件依靠負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻來檢測連接到TEC的物體的溫度。目標(biāo)溫度通過模擬輸入電壓設(shè)置 - 來自DAC，如圖3所示，或者使用外部電阻分壓器。向TEC施加正電流或負(fù)電流，根據(jù)需要加熱或冷卻物體。內(nèi)部比例 - 積分 - 微分（PID）補(bǔ)償放大器可穩(wěn)定溫度。可以調(diào)整外部PID網(wǎng)絡(luò)以優(yōu)化建立時間。

連接到TEMPSET引腳的12位DAC之一設(shè)置目標(biāo)溫度。電壓對應(yīng)于特定的目標(biāo)溫度（對于大多數(shù)激光二極管應(yīng)用，通常為25 mV /°C）。 TEC通過其PID回路將目標(biāo)溫度保持在0.01°C以內(nèi)（當(dāng)然，該值取決于熱敏電阻的質(zhì)量和適當(dāng)?shù)谋ｐB(yǎng)）。為保護(hù)熱電冷卻器免受過壓影響，VLIM引腳指定了最大電壓。該電壓由第二個12位DAC（典型范圍0至1.5 V）或簡單的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)提供和設(shè)置。 VTEC引腳連接到八個ADC通道中的一個，允許監(jiān)控TEC上的實(shí)際電壓。 TEMPOUT引腳連接到第二個ADC通道，可以動態(tài)監(jiān)控TEC溫度（典型范圍為0-3 V）。如果需要，可在每個ADC輸入之前使用運(yùn)算放大器（OP184，OP162等）進(jìn)行信號縮放，緩沖和濾波。使用兩個數(shù)字輸入：TEMPLOCK表示已達(dá)到所需的TEC溫度; THERMFAULT用于指示熱敏電阻故障。一個數(shù)字輸出連接到SD引腳，允許器件進(jìn)入低電流關(guān)斷模式。

激光二極管驅(qū)動器

作為系統(tǒng)的一部分，激光二極管驅(qū)動器（LDD）ADN2841用于使用雙回路控制激光二極管的平均功率和消光比控制方案。消光比被控制為調(diào)制電流的函數(shù)，而平均功率由偏置電流控制。這種雙回路配置可以補(bǔ)償由于溫度，老化和二極管到二極管制造公差引起的激光二極管斜率效率的變化，并增強(qiáng)了設(shè)計人員從多個制造商那里采購激光二極管的能力。

MicroConverter用于控制和監(jiān)控。圖4顯示使用ADN2850雙10位數(shù)字電位器設(shè)置消光比（在ERSET引腳處）和平均功率（在PSET引腳處）。該電位器通過串行外設(shè)接口（SPI）端口控制。監(jiān)控光電二極管電流IMPDMON和IMPDMON2通過1.5kΩ電阻流到地，以提供與監(jiān)控電流成比例的電壓。二極管的調(diào)制和偏置電流IMMON和IBMON以相同的方式流向地。這些電阻上產(chǎn)生的電壓連接到ADC通道，使其以數(shù)字格式提供。 ADN2841具有有效的高監(jiān)控報警，可識別降級二極管和故障二極管條件。這兩個數(shù)字輸出連接到兩個通用I / O引腳。

APD監(jiān)測和偏置

雪崩光電二極管因其極高的靈敏度和高內(nèi)部增益而聞名。這些特性使其成為需要最佳靈敏度的光接收器應(yīng)用的理想選擇。不幸的是，這種高增益需要40到60伏的偏壓。設(shè)計者還必須處理APD增益函數(shù)與溫度有關(guān)的事實(shí)。通過在溫度變化時調(diào)節(jié)APD偏置電壓，可以使增益保持恒定。圖5顯示了如何通過DAC，開關(guān)穩(wěn)壓器和可調(diào)電壓升壓電路實(shí)現(xiàn)此問題的理想解決方案。

根據(jù)APD制造商的規(guī)定，隨著溫度的升高，增加APD偏置電壓可以使增益保持恒定。此變化通常以％/°C表示，范圍為0.15％/°C至0.30％/°C。

ADP3031開關(guān)穩(wěn)壓器可提供高達(dá)12伏的輸出電壓。可以級聯(lián)多個ADP3031升壓級以實(shí)現(xiàn)所需的最終電壓。

DAC的使用范圍為0到2 V，可以根據(jù)溫度改變二極管兩端的電壓。可以使用A / D監(jiān)控二極管兩端的實(shí)際電壓，從而提供完整的閉環(huán)控制。在二極管增益保持在其目標(biāo)的情況下，可以使用跨阻放大器（TIA）或?qū)?shù)放大器加上ADC的另一個通道精確地監(jiān)測接收的光信號強(qiáng)度。校準(zhǔn)系數(shù)可以方便地存儲在閃存數(shù)據(jù)存儲器中，從而可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。

16位接口

此接口使用通用I / O端口0和2以及外部鎖存器完成。它有兩個主要功能：作為ADC在直接存儲器訪問（DMA）模式下運(yùn)行時的存儲器接口;并通過使用雙端口RAM或其他類型的存儲器作為通用的16位外設(shè)接口。圖6顯示了這種配置的詳細(xì)信息。

ADC以每5μs一次轉(zhuǎn)換的最大更新速率運(yùn)行。在此速率下，微控制器需要5μs才能讀取ADC結(jié)果并將其存儲在存儲器中以便進(jìn)一步處理。它必須在此時間間隔內(nèi)完成，否則下一個樣本將丟失 - 在使用ADC的中斷例程時尤其耗時。因此，在MicroConverter無法提供非常快的中斷速率的應(yīng)用中，應(yīng)使用DMA模式。在DMA模式下，ADC結(jié)果直接寫入外部存儲器。

與任何標(biāo)準(zhǔn)的8051兼容控制器一樣，這個16位接口可用于與運(yùn)行16位處理器的系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)。雙端口內(nèi)存有助于防止總線爭用和爭用 - 并提供一個有點(diǎn)獨(dú)立的接口系統(tǒng)。由于“房地產(chǎn)”（電路板區(qū)域）在大多數(shù)光模塊中至關(guān)重要，因此采用56引腳CSP封裝的ADC，DAC，閃存和8052 MCU的集成為設(shè)計人員提供了緊湊而強(qiáng)大的光通信解決方案系統(tǒng)