專利名稱：光延時器調(diào)控裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種用于光延時器，屬于光纖通信設備制造的技術領域。
背景技術：
隨著光纖通信技術的發(fā)展和成熟，光延時技術也在逐步開發(fā)。光延時裝置在光纖 通信和微波技術方面都具有廣泛的應用前景。其裝置核心部件有電調(diào)半導體激光器、電光 開關和光電轉(zhuǎn)換器。這些器件能否正常工作直接影響到其裝置的性能，所以，具有高可靠、 強適應、低功耗、小體積的光延時裝置已成為現(xiàn)實的需要。 目前，光延時器調(diào)控電路一般采用分立元件和簡單的算數(shù)放大器作為主要的調(diào)控 電路結(jié)構，盡管其電路都有光功率和溫度調(diào)控功能，但有調(diào)控靈敏度和補償范圍有限、供電 系統(tǒng)需要復雜的多組電源輸入等缺點，不能滿足高性能和小體積的要求。就本發(fā)明由于大 量采用集成電路和新的信號放大技術，尤其在光功率控制方面，由于采用了集成對數(shù)放大 器技術，大大提高調(diào)控的靈敏度和動態(tài)范圍，其整個光延時器調(diào)控電路的性能指標和幾何 尺寸都有了明顯的改善。

發(fā)明內(nèi)容
技術問題本發(fā)明的目的在于提供一種光延時器調(diào)控裝置，其中的調(diào)控電路可以
對相關模塊的工作參數(shù)進行實時監(jiān)測與控制，以保證各個模塊處于正常的工作狀態(tài)。
技術方案本發(fā)明的光延時器調(diào)控裝置，其特征在于該調(diào)控裝置包括二極管激光
器、光纖、電光開關、光電轉(zhuǎn)換器以及調(diào)控電路組成；其中，二極管激光器的調(diào)控電路包括光
功率控制電路和自動溫度控制電路二個部分，光功率控制電路和自動溫度控制電路的輸出
端分別接二極管激光器的輸入端；電光開關的調(diào)控電路包括高壓脈沖驅(qū)動電路、+400伏供
電電路和電光開關的控制電路三個部分，+400伏供電電路的輸出端分別接電光開關和高壓
脈沖驅(qū)動電路的輸入端，高壓脈沖驅(qū)動電路(30)的另一輸入端輸入TTL信號，高壓脈沖驅(qū)
動電路的輸出端通過電光開關的控制電路接電光開關的另一個輸入端；二極管激光器的輸
出端通過光纖接電光開關的輸入端，電光開關的輸出端通過光纖接光電轉(zhuǎn)換器的輸入端；
二極管激光器的輸入端輸入RF信號，光電轉(zhuǎn)換器的輸出端輸出RF信號。 所述的光功率控制電路中，對數(shù)放大器的輸入端連接到激光器的PD，將檢測到的
光信號進行前置放大處理。對數(shù)放大器的輸出端與比較放大器的負輸入端連接， 電位器(PWC)的動端，連接比較放大器的正輸入端，用于比較來自對數(shù)放大器的
輸出電平與預設的光功率閾值電平， 比較放大器的正輸出端經(jīng)電阻連接到一個功率三極管的基極，功率三極管集電極 輸出以驅(qū)動激光器，用于根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生的電平進行電流放大處理，以達到驅(qū)動激光器 的發(fā)光二極管的期望的功率。 所述的+400伏供電電路，有一個升壓開關變壓器，其原邊串接一個功率開關管， 功率開關管的源極接直流_直流轉(zhuǎn)換控制電路的輸出端，
3
升壓開關變壓器，其原邊與副邊的匝數(shù)比為i : 5， 開關變壓器，其副邊接由三個二極管和三個電容組組成三倍壓整流，產(chǎn)生+400伏
的直流高電壓， 電阻的一端與二極管和電容連接，另一端接電阻和直流-直流轉(zhuǎn)換控制電路的反
饋電壓輸入端，用于控制其輸出控制電壓的占空比。 激光器控制電路具體包括激光器的光功率控制和自動溫度控制。
通常，半導體激光器內(nèi)除了有激光發(fā)射二極管外還含有光電二極管(PD)、溫敏電 阻和半導體致冷器。光電二極管用來監(jiān)測激光器輸出的光功率，其輸出是提供一個與激光 器所發(fā)射的光功率相對應的電流。溫敏電阻用來檢測激光器的溫度，半導體致冷器用來實 時穩(wěn)定激光器溫度的執(zhí)行器件。 激光器的輸出光功率與提供到激光器的電流有關，當該電流大于或等于一個閾值 電流值時，激光器的電光轉(zhuǎn)換效率才能達到較高的效率。因此，為了保證激光器的正常工 作，必須提供一個基本的穩(wěn)定的工作電流，同時，激光器的輸出光功率與工作時間有關，也 就是說，隨著時間的推移，激光器的輸出功率會隨之衰減，必須提供一定的補償電流來穩(wěn)定 激光器的輸出穩(wěn)定的光功率。 在光功率控制電路中，光電二極管的電流與作用其上的光功率成指數(shù)關系，因此， 為達到擴大控制動態(tài)范圍和穩(wěn)定地功率控制，本發(fā)明采用高動態(tài)范圍的集成對數(shù)放大器作 為功率檢測控制的輸入放大前級。由于該集成對數(shù)放大器具有對數(shù)放大的特性，對來自光 電二極管的指數(shù)特性的信號進行放大處理，其結(jié)果是光輸出功率與前級放大器的輸出電壓 成線性關系。與前級放大器相接的后級放大器的直流電壓放大倍數(shù)為1000(約60dB)，即光 功率的大小與設定功率輸出值的差值經(jīng)前后二級放大后產(chǎn)生一個放大了 1000倍的輸出誤 差電壓值，將此誤差電壓作用于激光器的功率控制端，從而通過激光功率控制電路將輸出 光功率穩(wěn)定。由整個放大器的總增益為1000可知，可將光功率的變化穩(wěn)定在1/1000內(nèi)，即 0. 1%，使光功率控制電路能精確穩(wěn)定的控制激光器的輸出功率。 激光器工作性能受溫度由于影響很大，同時在激光器工作中它本身也要產(chǎn)生熱
量，即在工作過程中，激光器內(nèi)部的是溫度會有很大變化，從而影響激光器正常工作，因此
在系統(tǒng)中需要有專門的激光器溫度控制系統(tǒng)對激光器內(nèi)部溫度進行實時地控制。 激光器已內(nèi)置了 一個熱敏電阻來檢測其溫度的變化，同時，激光器還內(nèi)置了 一個
半導體制冷器，通過改變通過制冷器的電流方向來改變其溫度調(diào)節(jié)狀態(tài)(制冷和加熱)。在
自動溫度控制電路中，通過調(diào)整一個電位器來確定所需穩(wěn)定的溫度，并將這個與溫度設置
有關的電壓與來自激光器內(nèi)的熱敏電阻產(chǎn)生的電壓經(jīng)過集成放大器電路的差分比較放大，
產(chǎn)生一個誤差電壓，經(jīng)功率驅(qū)動電路加到激光器內(nèi)的制冷器，實現(xiàn)溫度控制的閉循環(huán)控制，
以達到穩(wěn)定溫度的目的。該電路溫度控制精度lX，溫度漂移小于o.5t: /h。 光延時裝置中電光開關的控制電路，電光開關的作用是控制電光開關陣列來切換 不同的光路，以實現(xiàn)不同的延時時間。即光延時的時間長短是可以選擇的。電光開關有4 個二輸入與二輸出和1個二輸入與一輸出的電光開關組成陣列，采用5位數(shù)字輸入信號來 控制6個電光開關，需要有一邏輯轉(zhuǎn)換，以達到控制信號對應唯一的光通路的目的。
高壓脈沖驅(qū)動電路是將標準的數(shù)字邏輯電平的電光開關控制信號轉(zhuǎn)換成能驅(qū)動 電光開關的高壓驅(qū)動信號，本發(fā)明采用的電路可以實現(xiàn)高壓脈沖信號的電壓幅度為+400
4伏，且脈沖波形失真《0. 1%，上升和下降沿時間《300納秒的性能指標。 高壓發(fā)生器是電光開關的工作電壓，本發(fā)明采用BUCK拓撲技術以及專用的集成
電路組成的開關電源，其效率達90%以上。采用由二極管和高壓電容組成的倍壓整流技術，
可以將130伏的電壓升壓到400伏。 有益效果如上所述，本發(fā)明的光延時器調(diào)控裝置，在用于由半導體激光器、光纖、 光開關以及光電轉(zhuǎn)換器所組成的光延時器系統(tǒng)，具有幾個優(yōu)點1、采用集成對數(shù)放大器作 為光功率控制電路的前置放大器，使其具有較大的動態(tài)控制范圍，從而提高了光功率控制 的性能。2、本裝置大量采用集成電路，提高了性能和效率，減少體積。3、本裝置的各功能電 路都是模塊化設計，具有良好的可擴展和靈活性，對于具有同樣結(jié)構的光延時系統(tǒng)都可以 適用。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構框圖， 圖2為本發(fā)明的光功率控制電路， 圖3為本發(fā)明的自動溫度控制電路， 圖4為本發(fā)明的電光開關的控制電路， 圖5為本發(fā)明的高壓脈沖驅(qū)動電路， 圖6為本發(fā)明的+400伏供電電路。
具體實施例方式
如圖2所示，本實施例所述的光功率控制電路由對數(shù)放大電路、差分放大器電路、 功率驅(qū)動電路組成，圖中LD表示接至光纖激光器發(fā)射二極管的輸入端，PD表示光纖激光器 的光電接收二極管的輸出端。其中 由Ul和RA、 RB、 Rd、 ClOl、 R102、 C102、 C105組成對數(shù)放大器，PD接至Ul， Ul可以 對PD的微弱電流進行大動態(tài)范圍的放大。其獨特之處是其輸出的電壓能夠線性反應光纖 激光發(fā)射二極管的功率，其控制的穩(wěn)定度和可靠性提供保證。將U1的第ll腳接至差分放 大器U2A和RF2、R103、R104、R105和電位器PWC及U2B、RF1、R106、R107、R108、R109、R110、 R111、C1103、C104組成的比較放大器.同時，用由電位器PWC來對電源電壓進行分壓后得到 的一個電壓來調(diào)節(jié)輸出功率調(diào)節(jié)，U2B的第7腳接至功率驅(qū)動電路，由三極管Q101及R112、 R113、 C106組成的放大電路可以輸出足夠大的電流去驅(qū)動光纖激光發(fā)射二極管LD，這樣的 一個功率控制環(huán)路，可以使光纖激光器的光功率輸出穩(wěn)定。 如圖3所示，本實施例所述的自動溫度控制電路是將來自光纖激光器內(nèi)部的溫敏 電阻接入放大器U3D，由電位器TEC與電阻R301將電源電壓分壓后得到的電壓輸入放大器 U3C，其輸出端接入U3D的另一個輸入端，經(jīng)U3D的差分放大后得到的誤差電壓經(jīng)放大器U3A 接入三極管Q201和Q203的輸入端，三極管Q203、Q204的輸入端接入固定的1/2電源電壓， 光纖激光器的內(nèi)部制冷器接入由三極管Q201、Q203、Q203、Q204組成的橋式開關電路中，該 電路可以通過對光纖激光器的內(nèi)部半導體致冷器的雙向供電，實現(xiàn)內(nèi)部半導體致冷器工作 在致冷和致熱二個不同的工作狀態(tài)。這樣的溫度控制環(huán)路可以實現(xiàn)光纖激光器的工作溫度 穩(wěn)定在設定的溫度范圍內(nèi)，以保證光纖激光器的正常工作。其中的電位器TEC用來設置溫度。 如圖4所示，本實施例所述的電光開關的控制電路是一個5位輸入6位輸出的邏輯組合，采用74HC04和74HC126數(shù)字邏輯器件，按圖4所示的連接方法實現(xiàn)電光開關的組合邏輯控制。 如圖5所示，本實施例所述的高壓脈沖驅(qū)動電路，該電路的作用是將數(shù)字邏輯電壓控制信號轉(zhuǎn)換為能夠驅(qū)動電光開關的高壓驅(qū)動信號。數(shù)字邏輯信號接入Q401、Q404的輸入端，Q404的輸出端接Q402的輸入端，Q401的輸出端接Q403的輸入端。Q402、 Q403的輸出端接電光開關的控制端，以實現(xiàn)驅(qū)動信號的電壓轉(zhuǎn)換。 如圖6所示，本實施例所述的+400伏供電電路，其核心控制集成電路型號為LTC1624。輸入電壓為12伏，經(jīng)過電阻R500接到U100的第8腳，作為DC/DC集成控制芯片U100的供電輸入，同時，接到U100的第1腳和R503， R503的一端接到變壓器T100的初級繞組的一端作為其供電端。U100的第6腳接三極管Q100的柵極端，Q100的源極接變壓器T100的初級端，QIOO工作在開關狀態(tài)。變壓器T100的初級繞組與次級繞組的匝數(shù)比為1 : 5。變壓器T100的次級繞組一端與U100的第4腳、三極管Q100的漏極相連，為電壓輸入和輸出的公共端。接到DIOO正極端的變壓器次級一端為變壓器次級電壓的輸出端，該端的電壓經(jīng)過由DIOO、 DlOl、 D102、 C108、 C109、 CllO、 Clll組成的三倍壓電路將變壓器T100輸出的電壓升高到400伏。該輸出端經(jīng)R104、 R105到公共端，其R104與R105的連接端接到U100的第3腳作為取樣電壓。本發(fā)明的電路可以得到400伏的高效、低成本、體積小的DC/DC轉(zhuǎn)換器。
權利要求
一種光延時器調(diào)控裝置，其特征在于該調(diào)控裝置包括二極管激光器(1)、光纖(2)、電光開關(3)、光電轉(zhuǎn)換器(4)以及調(diào)控電路組成；其中，二極管激光器(1)的調(diào)控電路包括光功率控制電路(10)和自動溫度控制電路(20)二個部分，光功率控制電路(10)和自動溫度控制電路(20)的輸出端分別接二極管激光器(1)的輸入端；電光開關(3)的調(diào)控電路包括高壓脈沖驅(qū)動電路(30)、+400伏供電電路(40)和電光開關的控制電路(50)三個部分，+400伏供電電路(40)的輸出端分別接電光開關(3)和高壓脈沖驅(qū)動電路(30)的輸入端，高壓脈沖驅(qū)動電路(30)的另一輸入端輸入TTL信號，高壓脈沖驅(qū)動電路(30)的輸出端通過電光開關的控制電路(50)接電光開關(3)的另一個輸入端；二極管激光器(1)的輸出端通過光纖(2)接電光開關(3)的輸入端，電光開關(3)的輸出端通過光纖(2)接光電轉(zhuǎn)換器(4)的輸入端；二極管激光器(1)的輸入端輸入RF信號，光電轉(zhuǎn)換器(4)的輸出端輸出RF信號。
2. 如權利要求l所述的光延時調(diào)控裝置，其特征在于所述的光功率控制電路(10)中， 對數(shù)放大器(Ul)的輸入端連接到激光器的PD，將檢測到的光信號進行前置放大處理。對數(shù) 放大器(Ul)的輸出端與比較放大器(U2)的負輸入端連接，電位器(PWC)的動端，連接比較放大器(U2)的正輸入端，用于比較來自對數(shù)放大器 (Ul)的輸出電平與預設的光功率閾值電平，比較放大器(U2)的正輸出端經(jīng)電阻(R111)連接到一個功率三極管(Q101)的基極，功 率三極管(Q101)集電極輸出以驅(qū)動激光器，用于根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生的電平進行電流放大 處理，以達到驅(qū)動激光器的發(fā)光二極管的期望的功率。
3. 如權利要求l所述的光延時調(diào)控裝置，其特征在于所述的+400伏供電電路(40)，有 一個升壓開關變壓器(T100)，其原邊串接一個功率開關管(Q100)，功率開關管(Q100)的源 極接直流-直流轉(zhuǎn)換控制電路(U100)的輸出端，升壓開關變壓器(T100)，其原邊與副邊的匝數(shù)比為1 : 5，開關變壓器(T100)，其副邊接由三個二極管(D100、D101、D102)和三個電容組(C108、 C109、C110)組成三倍壓整流，產(chǎn)生+400伏的直流高電壓，電阻(R104)的一端與二極管(D102)和電容(C110)連接，另一端接電阻(R105)和直 流-直流轉(zhuǎn)換控制電路(U100)的反饋電壓輸入端，用于控制其輸出控制電壓的占空比。
全文摘要
本發(fā)明是一種光延時器調(diào)控裝置，該調(diào)控裝置包括二極管激光器(1)、光纖(2)、電光開關(3)、光電轉(zhuǎn)換器(4)以及調(diào)控電路組成；其中，光功率控制電路(10)和自動溫度控制電路(20)的輸出端分別接二極管激光器(1)的輸入端；+400伏供電電路(40)的輸出端分別接電光開關(3)和高壓脈沖驅(qū)動電路(30)的輸入端，高壓脈沖驅(qū)動電路(30)的另一輸入端輸入TTL信號，高壓脈沖驅(qū)動電路(30)的輸出端通過電光開關的控制電路(50)接電光開關(3)的另一個輸入端；二極管激光器(1)的輸出端通過光纖(2)接電光開關(3)的輸入端，電光開關(3)的輸出端通過光纖(2)接光電轉(zhuǎn)換器(4)的輸入端。
文檔編號H03F3/45GK101795116SQ20101010103
公開日2010年8月4日 申請日期2010年1月22日 優(yōu)先權日2010年1月22日
發(fā)明者吳朋欽, 張彤, 張曉陽, 薛曉軍, 趙寧, 陳秋月 申請人:東南大學