專利名稱:用于光纖放大器的控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種控制裝置，尤其是，涉及一種用于光纖放大器的控制裝置。
背景技術：
光纖放大器是通訊產業(yè)發(fā)展的革命性產品，其廣泛應用于光通信、光網絡、有線電視以及國防等領域，是21世紀的新興產業(yè)。光纖放大器包括摻雜光纖放大器、光纖非線性效應放大器等，它是光傳輸中的關鍵器件，其中摻鉺光纖放大器(Erbium Doped Fiber Amplifier-EDFA)利用摻鉺光纖對光信號直接進行放大，徹底根除了傳統(tǒng)光電中繼器中形成的電子“瓶頸”；因其具有增益高、噪聲低、功率大、工作頻帶寬、偏振無關、信道串擾小、對傳輸碼率與格式及系統(tǒng)升級透明等優(yōu)良特性，是高速光纖傳輸網絡中的理想光放大器，波分復用(WDM)傳輸技術因EDFA的支撐而成為當今實現(xiàn)高速率、大容量光纖通信最有效的手段。
同時，光纖放大器在光纜電視(CATV)、光纖傳感、空間光通信、光雷達、光加工等技術領域：
有廣泛應用。中國是世界上最大的光纖技術潛在市場，但由于國內光纖放大器的研發(fā)規(guī)模、產品規(guī)格與國外差距較大，遠遠不能滿足國內光通信產業(yè)的需求，大部分產品由國外進口。
電路控制在整個EDFA的作用是控制驅動泵浦激光器的功率，以達到所需要的放大增益，對輸入光信號、輸出光信號、各泵浦激光器性能量以及其他性能量進行采集上報給系統(tǒng)網管、對一些輸入控制信號進行檢測并進行相應的控制。但是目前的電路控制裝置存在如下問題(1)電路控制模式單一，要么是自動功率控制APC(Auto Power Control)模式，產品應用于同步數(shù)字層次(SDH)傳輸系統(tǒng)，或者是自動增益控制AGC(AutoGain Control)模式，產品應用于WDM傳輸系統(tǒng)；輸出光的光功率或總增益不能調節(jié)設置，產品通用性差，無法應用到智能傳輸網進行智能化控制；(2)由于采用8bit CPU，處理能力差，運行時間長，對一些控制信號的響應比較慢；(3)由于8bit CPU的資源比較少，如flash memory最多只有64KB，這是受到只有16根地址總線限制，片上SRAM更少，因此控制程序只能完成一些基本的功能；不能實現(xiàn)一些智能化的控制；(4)對泵浦的驅動控制采用單純的硬件模擬電路實現(xiàn)，一旦電路參數(shù)有變化或光器件性能有變化，那么總增益或總輸出光功率就會有變化，無法實現(xiàn)自動糾正功能；(5)生產調試比較復雜，生產調試過程中，需多次反復將CPU取出放在燒錄器上進行編程等操作；而且一旦裝配完成，發(fā)現(xiàn)問題調試，需打開EDFA模塊重復原來的調試步驟，嚴重影響批量生產的產能，不能滿足規(guī)模化生產的要求；(6)對輸入/輸出光信號檢測采用單級線性放大，檢測范圍小，檢測精度在小信號時很低；這是由于線性放大檢測電路需要進行對數(shù)運算而帶來的系統(tǒng)固有的在小信號時檢測精度很低。

發(fā)明內容本發(fā)明為解決上述問題，提供一種用于光纖放大器全新的控制裝置，包括連接端口、報警電路、復位電路、微控制器、模/數(shù)轉換器等，其中還包括用于為電源電壓提供轉換的DC/DC轉換器、用于在線調試、仿真、編程的調試接口、用于不同模式之間進行轉換的模式轉換開關、用于對輸入、輸出信號，泵浦能量進行采集控制的模擬/數(shù)字轉換器，上述各個模塊分別與微控制器連接，由微控制器進行控制處理。
本發(fā)明用于光纖放大器的控制裝置，首次采用高檔精簡指令集計算機32bitRISC，對激光器泵浦進行智能化控制。
本發(fā)明用于光纖放大器的控制裝置，其中還包括溫度傳感器，用于對工作環(huán)境進行實時檢測。
本發(fā)明用于光纖放大器的控制裝置，其中還包括電可擦除只讀存儲器(EEPROM)，用于確保產品在重新上電后可以從其讀出上次操作的設置。
本發(fā)明用于光纖放大器的控制裝置，其中電路控制模式包括自動功率控制模式、自動增益控制模式和自動電流控制模式。
本發(fā)明用于光纖放大器的控制裝置，其中模擬/數(shù)字轉換器對輸入/輸出光信號采用對數(shù)放大器，檢測動態(tài)范圍達80dB。
本發(fā)明用于光纖放大器的控制裝置，其中還有在已有硬件PID控制閉環(huán)的基礎上，充分利用32bit RISC高速運算處理能力，增加軟件閉環(huán)控制，達到硬件閉環(huán)控制外加軟件跟蹤的雙閉環(huán)控制，具有自適應控制能力；本發(fā)明用于光纖放大器的控制裝置，實現(xiàn)了將控制程序與每臺產品各自的參數(shù)分離，同一型號產品的Firmware都是相同的，方便控制程序的功能更新升級。
本發(fā)明能夠實現(xiàn)多種模式的轉換，增加了處理速度可以實現(xiàn)一些復雜的功能，穩(wěn)定性好，可靠性高?？梢栽诰€調試、仿真、編程，無須將CPU拔下在專用編程器上進行編寫程序，極大的方便了調試、開發(fā)。
圖1是本發(fā)明用于光纖放大器的控制裝置的電路框圖。
圖2是現(xiàn)有光纖放大器控制裝置的電路框圖。
圖3是本發(fā)明用于光纖放大器的控制裝置的雙閉環(huán)控制功能框圖。
圖4是本發(fā)明用于光纖放大器的控制裝置的程序存儲器功能劃分圖。
具體實施方式圖示優(yōu)選實施例不打算窮舉或者限制本發(fā)明到所公開的精確形式。選擇并描述他們是為了最好的解釋本發(fā)明的原理及其應用和實現(xiàn)，因此本領域的技術人員能夠很好的利用本發(fā)明。
圖1所示是本發(fā)明用于光纖放大器的控制裝置的電路框圖。下面就圖1中所標各功能電路詳細加以說明圖1中的1為微控制處理器(MCU)采用Philips公司的LPC2106，為ARM7內核，是本設計的核心控制部件，采用32bit RISC，處理運算能力強，幾乎可以達到60MIPS，比原來的8Bit CPU的控制系統(tǒng)快30倍，整個系統(tǒng)運行時間大大縮短，對一些控制信號的響應非常快；實時性強；利用LPC2106開發(fā)出產品樣機，較以前產品實現(xiàn)許多復雜功能、運算，用示波器實際測試整個程序運行時間＜4ms；而以前的產品采用8bit CPU(AT89C52)，只能完成一些基本功能，整個程序運行時間就長達30多ms；32Bit CPU片上資源豐富，片上集成16KSRAM，128K Flash memory以及多種功能部件，如SPI總線，IIC總線、PLL(鎖相環(huán))、PWM，控制應用靈活，可以實現(xiàn)許多復雜的控制功能，以滿足多種控制模式的要求，達到全智能化的控制；如果片上資源滿足要求，可以真正實現(xiàn)單片SOC(System On Chip)，實現(xiàn)較高的性價比；同時32Bit采用微計算機模式，統(tǒng)一編址，其尋址能力可達4G空間，因此作為嵌入式控制應用，可以認為突破了原來的8bit CPU尋址空間限制，可以做非常復雜的控制、運算。32Bit CPU性能資源豐富，片上有128K flash memory，16K SRAM；在片上內置了一段ISP(InSystem Program)功能的程序，具有IAP(In Application。Program)/ISP(In SystemProgram)功能，可以輕松方便地將memory劃分成boot區(qū)、控制程序區(qū)、產品參數(shù)區(qū)，只需在裸片時首次采用芯片廠商提供ISP功能將Boot程序燒寫完成，由于片上資源豐富，可以將產品程序分成同一類型產品通用控制應用程序、各個產品固有的獨特的參數(shù)單獨分成參數(shù)區(qū)、可以利用自己開發(fā)的在boot區(qū)中的獨特IAP功能分別升級更新控制程序區(qū)和產品參數(shù)區(qū)，整個產品在生產調試過程中，都無須使用專用編程器，無須插拔芯片、調試、生產簡單，可操作性強，適合批量生產；同時由于不須更換芯片，可以不用專用的IC插座、CPU直接貼片焊接在PCB上，節(jié)約PCB空間、提高整個產品的可靠性；圖1中2為復位電路(Reset Circuit)，確保在電源上電后，CPU可靠復位、啟動，確保系統(tǒng)正常運行；圖1中3為DC/DC轉換電路供給產品的電源電壓為+5V，而LPC2106的電源電壓為3.3V，其內核電壓為1.8V，因此須采用LDO(Low Drop Out)器件進行DC/DC轉換，產生系統(tǒng)控制所需的電壓；圖1中4為電可編程存儲器(EEPROM)采用SPI總線的X5045，保存產品的一些設置量等，為非揮發(fā)性的，確保產品在重新上電后可以從其讀出上次操作的設置，產品正常工作；圖1中5為溫度傳感器(Temp Sensor)采用ADI公司的AD7814全數(shù)字溫度傳感器，對產品工作環(huán)境進行實時檢測，并進行相應的處理圖1中6為JTAG調試口(JTAG Debug Port)LPC2106提供標準的JTAG調試接口，可以通過此接口進行在線調試、仿真、在線編程等，無須將CPU拔下在專用編程器上進行編寫程序，極大的方便了調試、開發(fā)。省去CPU插座，提高產品可靠性、穩(wěn)定性；提高生產效率。
圖1中7為模式轉換開關(Switch)為模擬開關，在CPU的控制下，實現(xiàn)APC/AGC/ACC模式的切換控制；其中具有APC(自動功率控制Auto PowerControl)模式、AGC(自動增益控制Auto Gain Control)模式，以及ACC(自動電流控制Auto Current Control)模式，可以配置應用到SDH傳輸系統(tǒng)或WDM傳輸系統(tǒng)，以及應用ACC模式進行生產調試，輸出光功率或總增益調節(jié)范圍達20dB，且控制精度高，因此通用性強，可以應用到多種系統(tǒng)的多種配置。
圖1中8為對數(shù)放大器對輸入/輸出光信號采用對數(shù)放大器，檢測動態(tài)范圍達80dB，在全檢測范圍內，檢測精度都是比較小的、且無論在大信號還是小信號都是一致的，克服了原來線性放大檢測電路由于進行對數(shù)運算而帶來的系統(tǒng)固有的在小信號時檢測精度很低；圖1中9為模擬/數(shù)字轉換器(12Bit ADC)為SPI總線的12Bit ADC(Analogto Digital Convert)，對輸入、輸出信號、泵浦各性能量、以及其他須監(jiān)控的性能量進行采集，并由CPU進行相應的處理；圖1中10為數(shù)字/模擬轉換器(12/16Bit DAC)為SPI總線的12/16Bit DAC(Digital to Analog Convert)，分別在APC/AGC/ACC模式下，進行輸出光功率設定/總增益設定/泵浦驅動電流設定，在CPU的控制下給PID控制內環(huán)相應的給定量，實現(xiàn)所需要的控制功能。
圖1中11為連接器，便于在光傳輸系統(tǒng)中安裝，包含一些輸入控制信號及告警輸出信號等；對比附圖1、2所示的電路功能框圖，可以明顯地知道圖2所示現(xiàn)有光纖放大器控制裝置，僅能實現(xiàn)一些簡單的監(jiān)測功能；而本發(fā)明圖1所示的控制裝置能夠實現(xiàn)許多復雜的控制功能各性能量的采集檢測、模塊溫度的監(jiān)控、工作設定參數(shù)的保存、可以實現(xiàn)多種控制模式(APC/AGC/ACC)適用多種應用范圍、增益/功率可以大范圍可調、輸入/輸出檢測動態(tài)范圍寬、實現(xiàn)軟硬件雙閉環(huán)等等新功能；本發(fā)明可以極大地提升產品的技術含量，縮小與國外同類產品的技術差距，開拓進軍國際市場；圖3所示為本發(fā)明APC(Auto Power Control)模式下控制結構框圖；將MCU的控制輸出端依次與輸出光數(shù)/模轉換輸出設定、輸出光PIN檢測、控制環(huán)、泵浦驅動及放大器、輸出光相連，輸出光PIN管檢測輸出光，其輸出端分別與數(shù)/模轉換器和模/數(shù)轉換器、MCU連接，構成數(shù)字軟件PIN控制外環(huán)。從圖1中可以看出，本發(fā)明新增加了12bit數(shù)模轉換器，充分發(fā)揮32Bit CPU的高速運算、處理能力，在原有硬件PID閉環(huán)控制的情況下，對輸入、輸出信號進行實時采樣檢測，一旦電路參數(shù)有變化或光路器件性能有變化，可以隨時調節(jié)輸出光數(shù)/模轉換輸出設定的輸出信號，使輸出光功率或總增益保持不變；也就是說，原來的PID控制環(huán)作為內環(huán)，輔以32Bit CPU高性能的檢測采樣、DAC給定調節(jié)和輸出光PIN檢測、MCU運算處理作為外環(huán)，進行雙重閉環(huán)控制、實現(xiàn)自動糾正功能，確保產品在設計壽命內，不隨器件性能參數(shù)變化而變化，具有很好的可靠性、穩(wěn)定性；本發(fā)明所采用的雙重閉環(huán)控制較原來的純硬件閉環(huán)控制結構，具有明顯的技術優(yōu)勢；圖4所示為本發(fā)明的程序存儲器功能分割圖。由于光纖放大器所用的光器件離散性較大，不同產品的標定參數(shù)差異較大?，F(xiàn)有的控制裝置由于受限與8bitCPU尋址空間的限制，將各自的標定參數(shù)等在源程序中定義成一些宏，一起編譯生成編程代碼；因此每臺產品的編程代碼都不相同，一旦產品須增加功能，就得每臺重新進行編譯生成編程代碼；沒有IAP(In Application Program)功能，須打開蓋子取出CPU重新編程。這種結構模式影響生產效率、對控制程序的過程控制較難管理；本發(fā)明針對上述缺陷，充分利用32bit CPU的強大資源，對片上128Kflash memory進行功能上劃分0000～1FFH空間為boot區(qū)，2000H～1BFFH空間為應用控制程序(Firmware)區(qū)，1C000～1FFFH空間為每臺產品的各自的標定參數(shù)區(qū)；由于將每臺產品的各自的標定參數(shù)分離獨立出來，因此同一型號的產品的應用控制程序(Firmware)都是相同的；如果產品功能升級，只需更新應用控制程序區(qū)，標定參數(shù)區(qū)保留不變；同時增加BOOT區(qū)空間，一旦須對應用控制程序區(qū)/參數(shù)區(qū)進行更新，程序跳回到BOOT區(qū)，對應用控制程序區(qū)/參數(shù)區(qū)進行擦除、編寫工作，實現(xiàn)IAP(In Application Program)功能，無須取出CPU使用通用編程器進行編程，提高產品可靠性，提高生產效率，便于產品質量過程控制；本發(fā)明中的將參數(shù)、控制程序分離及IAP功能是對原有的程序結構有突破性的改進。
權利要求
1.一種用于光纖放大器的控制裝置，包括連接端口、報警電路、復位電路、微控制器、模擬/數(shù)字轉換器，其中還包括用于為電源電壓提供轉換的DC/DC轉換器、用于在線調試、仿真、編程的調試接口、用于不同電路控制模式之間進行轉換的模式轉換開關、用于對輸入、輸出信號，泵浦能量進行采集控制的模擬/數(shù)字轉換器，上述各個模塊分別與微控制器連接，由微控制器進行控制處理。
2.根據(jù)權利要求
1所述的用于光纖放大器的控制裝置，其特征在于還包括溫度傳感器，用于對工作環(huán)境進行實時檢測。
3.根據(jù)權利要求
1或2所述的本發(fā)明用于光纖放大器的控制裝置，其特征在于還包括電可擦除只讀存儲器，用于確保產品在重新上電后可以從其讀出上次操作的設置。
4.根據(jù)權利要求
1所述的用于光纖放大器的控制裝置，其特征在于電路控制模式包括自動功率控制模式、自動增益控制模式和自動電流控制模式。
5.根據(jù)權利要求
4所述的用于光纖放大器的控制裝置，其特征在于模擬/數(shù)字轉換器對輸入/輸出光信號采用對數(shù)放大器，檢測動態(tài)范圍達80dB。
6.根據(jù)權利要求
5所述的用于光纖放大器的控制裝置，其特征在于對輸出光功率或增益具有大范圍可調功能。
7.根據(jù)權利要求
6所述的用于光纖放大器的控制裝置，其特征在于將MCU的控制輸出端依次與輸出光數(shù)/模轉換輸出設定、輸出光PIN檢測、控制環(huán)、泵浦驅動及放大器、輸出光相連，輸出光PIN管檢測輸出光，其輸出端分別與PID控制環(huán)負反饋輸入和模/數(shù)轉換器、MCU連接，構成硬件PIN控制外環(huán)，對輸出光功率控制或增益控制具有硬件閉環(huán)作為內環(huán)，外加以由CPU、DAC、ADC構成的軟件跟蹤作為控制外環(huán)，構成雙重閉環(huán)控制。
8.根據(jù)權利要求
7所述的用于光纖放大器的控制裝置，其特征在于將應用控制程序與參數(shù)區(qū)分離，具有IAP(In Application Program)功能。
專利摘要
用于光纖放大器的控制裝置，包括連接端口、報警電路、復位電路、微控制器、電可編程存儲器、數(shù)/模轉換器等，用于為電源電壓提供轉換的DC/DC轉換電路，用于在線調試、仿真、編程的調試接口，用于不同模式之間進行轉換的模式轉換開關，用于對輸入、輸出信號、泵浦能量進行采集控制的模擬/數(shù)字轉換器，上述各個功能模塊分別與微控制器連接，由微控制器在微程序語言的控制下進行有機協(xié)調地控制處理能夠保存一些工作設定參數(shù)；可對工作環(huán)境進行實時檢測；實現(xiàn)多種控制模式AGC/APC/ACC；對輸出光功率或增益可進行達20dB的大范圍調節(jié)控制；對輸入光、輸出光檢測范圍可達80dB；實現(xiàn)硬件閉環(huán)結合軟件跟蹤的雙閉環(huán)控制，穩(wěn)定性好，可靠性高；控制程序與參數(shù)區(qū)分離，具有IAP功能。
文檔編號H04B10/08GK1996800SQ200610097660
公開日2007年7月11日 申請日期2006年11月16日
發(fā)明者許建中 申請人:無錫市中興光電子技術有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan