專利名稱：一種高速自動(dòng)增益控制的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用在摻雜光纖放大器中的由前饋和后饋相結(jié)合實(shí)現(xiàn)的高速的 自動(dòng)增益控制(AGC)功能的控制方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前的在摻雜光纖放大器模塊中實(shí)現(xiàn)快速AGC控制功能一般主要有以下兩種方 案基于處理器控制的數(shù)字控制方案、硬件電路后反饋控制方案，下面對各種方案做一簡單 的介紹基于處理器控制的數(shù)字控制方案，總體來說這種方案使用靈活、方便，該方案一般 都要與高速的ADC (模數(shù)轉(zhuǎn)換器)和DAC (數(shù)模轉(zhuǎn)換器)配合使用，需要在處理器中進(jìn)行計(jì) 算后得出需要的結(jié)果。通常情況下，這些高速的器件功耗都會(huì)很大，一般都在幾百毫瓦甚 至幾瓦以上，這樣就會(huì)使放大器模塊的整體功耗增加，而在當(dāng)今的通信產(chǎn)品以低成本、低功 耗、小尺寸為主流的時(shí)代，高功耗就會(huì)有很大的弊端性。硬件電路后反饋控制方案，成本最低，但這種方案主要是通過光輸入功率和光輸 出功率的反饋結(jié)果來控制泵浦電流，一般這種僅通過后反饋的方式來控制增益的方案速度 會(huì)比較慢，因?yàn)殡娐分邪?一個(gè)積分和微分的時(shí)間過程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種高速自動(dòng)增益控制的裝置和方法，即前饋電路控制和后反饋電 路控制相結(jié)合的控制方案，提供了一種高速的、低功耗的、低成本的控制裝置和方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種高速自動(dòng)增益控制的方法，其特征在于包 括前饋控制部分和后反饋控制部分，前饋控制部分，輸入光信號(hào)與泵浦電流成線性關(guān)系，輸 入光信號(hào)通過運(yùn)算放大器檢測、放大，將控制信號(hào)直接加載到泵浦上產(chǎn)生相應(yīng)的泵浦驅(qū)動(dòng) 電流；后饋控制部分，通過檢測輸入光信號(hào)和輸出光信號(hào)做比較，得出輸出光信號(hào)與目標(biāo)值 之間的誤差，然后將它們之間的誤差輸入到比例積分微分(PID)電路輸出控制信號(hào)，控制 泵浦的驅(qū)動(dòng)電流，最終的控制結(jié)果由前饋電路的輸出結(jié)果和后饋電路的輸出結(jié)果借由加法 器輸出最終的控制信號(hào)來控制泵浦激光器，實(shí)現(xiàn)放大器的增益控制。其中，優(yōu)選方案為，所述前饋控制部分的輸出結(jié)果直接由輸入光信號(hào)的大小決定。其中，優(yōu)選方案為，所述后反饋控制部分的輸出結(jié)果由輸入光信號(hào)與輸出光信號(hào) 誤差比較結(jié)果決定。其中，優(yōu)選方案為，前饋控制部分的作業(yè)步驟包括第一步輸入光經(jīng)過輸入端分 光器分得一小部分光信號(hào)進(jìn)入輸入端光電二極管，產(chǎn)生相應(yīng)的光電流II，該光電流II再經(jīng) 過輸入端互阻放大器轉(zhuǎn)換成電壓VI，該電壓VI經(jīng)過輸入端比例放大器放大目標(biāo)增益倍數(shù) G得到輸出電壓V2 ；第二步調(diào)節(jié)可調(diào)電壓偏置電路使得該電路的輸出電壓為B1 ；第三步 輸入端比例放大器的輸出電壓V2和可調(diào)電壓偏置電路的輸出電壓B1同時(shí)輸入到加法器， 得到加法器輸出的電壓V6 ；第四步加法器的輸出電壓V6輸入到激光器驅(qū)動(dòng)電路，將該控制電壓V6轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電流，并將該電流加載到激光器上，后饋控制部分的工作步驟 包括第一步輸入光經(jīng)過輸入端分光器分得一小部分光信號(hào)進(jìn)入輸入端光電二極管，產(chǎn) 生相應(yīng)的光電流II，該光電流II再經(jīng)過輸入端互阻放大器轉(zhuǎn)換成電壓VI，該電壓VI經(jīng)過 輸入端比例放大器放大G倍得到輸出電壓V2 ；第二步輸出光經(jīng)過輸出端分光器分得一小 部分光信號(hào)進(jìn)入輸出端光電二極管，產(chǎn)生相應(yīng)的光電流12，該光電流12再經(jīng)過輸出端互阻 放大器轉(zhuǎn)換成電壓V3 ；第三步輸入端比例放大器輸出的電壓V2和輸出端互阻放大器轉(zhuǎn)換 成電壓V3同時(shí)輸入到比例積分微分電路，得到比例積分微分電路的出電壓V5 ；第四步比 例積分微分電路的輸出電壓V5經(jīng)過加法器，得到加法器的輸出電壓V6 ；第七步加法器的 輸出電壓V6輸入到激光器驅(qū)動(dòng)電路，將該控制電壓V6轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電流，并將該電流 加載到激光器上。其中，優(yōu)選方案為，后饋控制部分的工作步驟包括第一步輸入光經(jīng)過輸入端分 光器分得一小部分光信號(hào)進(jìn)入輸入端光電二極管，產(chǎn)生相應(yīng)的光電流II，該光電流II再經(jīng) 過輸入端互阻放大器轉(zhuǎn)換成電壓VI，該電壓VI經(jīng)過輸入端比例放大器放大G倍得到輸出 電壓V2 ；第二步輸出光經(jīng)過輸出端分光器分得一小部分光信號(hào)進(jìn)入輸出端光電二極管， 產(chǎn)生相應(yīng)的光電流12，該光電流12再經(jīng)過輸出端互阻放大器轉(zhuǎn)換成電壓V3 ；第三步調(diào)節(jié) ASE補(bǔ)償電路輸出電壓B2 ；第四步輸出端互阻放大器輸出的電壓V3和ASE補(bǔ)償電路的輸 出電壓B2同時(shí)輸入到輸出端減法器電路，得到減法器的輸出電壓V4 ；第五步輸入端比例 放大器輸出的電壓V2和輸出端減法器輸出的電壓V4同時(shí)輸入到比例積分微分電路，得到 比例積分微分電路的出電壓V5 ；第六步比例積分微分電路的輸出電壓V5經(jīng)過加法器，得 到加法器的輸出電壓V6 ；第七步加法器的輸出電壓V6輸入到激光器驅(qū)動(dòng)電路，將該控制 電壓V6轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電流，并將該電流加載到激光器上。其中，優(yōu)選方案為，所述后饋控制部分為泵浦激光器的驅(qū)動(dòng)電流信號(hào)由輸入端光 電二極管信號(hào)和輸出端光電二極管信號(hào)的比例倍數(shù)決定，輸入端光電二極管信號(hào)和輸出端 光電二極管信號(hào)通過互阻放大器后經(jīng)過比例積分微分電路實(shí)現(xiàn)放大器的增益控制。其中，優(yōu)選方案為，所述前饋控制電路和后饋控制電路通過加法器電路相加得出 來的結(jié)果作為控制泵浦激光器的最終控制信號(hào)。其中，優(yōu)選方案為，所述的比例積分微分電路可忽略微分電路部分。本發(fā)明還包括一種高速自動(dòng)增益控制的裝置，其特征在于所述前饋控制部分和 后饋控制部分，所述前饋控制電路部分的輸出結(jié)果和后饋控制部分的輸出結(jié)果通過一加法 器相加得出來的結(jié)果作為控制泵浦激光器的最終控制信號(hào)。其中，優(yōu)選方案為，所述前饋控制部分輸入端光電二極管，輸入端互阻放大器，輸 入端比例放大器，可調(diào)偏置電壓電路，加法器、激光器驅(qū)動(dòng)電路、泵浦激光器。前饋的連接關(guān) 系為小部分光信號(hào)進(jìn)入輸入端光電二極管，產(chǎn)生相應(yīng)的光電流II，該光電流II再經(jīng)過輸 入端互阻放大器轉(zhuǎn)換成電壓VI，該電壓VI經(jīng)過輸入端比例放大器放大G倍得到V2 ；調(diào)節(jié)可 調(diào)電壓偏置電路使得該電路的輸出電壓為B1 ；輸入端比例放大器的輸出電壓V2和可調(diào)電 壓偏置電路的輸出電壓B1同時(shí)輸入到加法器，得到加法器輸出的電壓V6 ；加法器的輸出電 壓V6輸入到激光器驅(qū)動(dòng)電路，將該控制電壓V6轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電流，并將該電流加載到 激光器上，激光器在這個(gè)電流的作用下產(chǎn)生相應(yīng)的光信號(hào)加載到光路中。其中，優(yōu)選方案為，所述輸入端互阻放大器，輸入端比例放大器，可調(diào)偏置電壓電路，加法器、激光器驅(qū)動(dòng)電路均由高速運(yùn)算放大器構(gòu)成。其中，優(yōu)選方案為，輸入端比例放大器的放大倍數(shù)G為系統(tǒng)的總增益，可由可調(diào)電 阻進(jìn)行倍數(shù)設(shè)置，也可由數(shù)字電位器進(jìn)行倍數(shù)設(shè)置。其中，優(yōu)選方案為，后饋電路部分包括輸入端光電二極管、輸入端互阻放大器、輸 入端比例放大器、輸出端光電二極管、輸出端互阻放大器、比例積分微分電路、加法器、激光 器驅(qū)動(dòng)電路、泵浦激光器，后饋的連接關(guān)系為光信號(hào)進(jìn)入輸入端光電二極管，產(chǎn)生相應(yīng)的 光電流II，該光電流II再經(jīng)過輸入端互阻放大器轉(zhuǎn)換成電壓VI，該電壓VI經(jīng)過輸入端比 例放大器放大G倍得到V2 ；輸出光經(jīng)過輸出端分光器分得一小部分光信號(hào)進(jìn)入輸出端光電 二極管，產(chǎn)生相應(yīng)的光電流12，該光電流12經(jīng)過輸出端互阻放大器轉(zhuǎn)換成電壓V3 ；輸出端 互阻放大器輸出的電壓V3和輸入端比例放大器輸出的電壓V2同時(shí)輸入到比例積分微分電 路，得到比例積分微分電路的輸出電壓V5 ；比例積分微分電路的輸出電壓V5經(jīng)過加法器， 得到加法器的輸出電壓V6 ；加法器的輸出電壓V6輸入到激光器驅(qū)動(dòng)電路，將該控制電壓V6 轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電流，并將該電流加載到激光器上，激光器在這個(gè)電流的作用下產(chǎn)生相 應(yīng)的光信號(hào)加載到光路中。其中，優(yōu)選方案為，后饋電路部分包括輸入端光電二極管、輸入端互阻放大器、輸 入端比例放大器、輸出端光電二極管、輸出端互阻放大器、ASE補(bǔ)償電路、輸出端減法器、比 例積分微分電路、加法器、激光器驅(qū)動(dòng)電路、泵浦激光器。后饋的連接關(guān)系為光信號(hào)進(jìn)入輸 入端光電二極管，產(chǎn)生相應(yīng)的光電流II，該光電流II再經(jīng)過輸入端互阻放大器轉(zhuǎn)換成電壓 VI，該電壓VI經(jīng)過輸入端比例放大器放大G倍得到V2 ；輸出光經(jīng)過輸出端分光器分得一小 部分光信號(hào)進(jìn)入輸出端光電二極管，產(chǎn)生相應(yīng)的光電流12，該光電流12經(jīng)過輸出端互阻放 大器轉(zhuǎn)換成電壓V3 ；調(diào)節(jié)ASE補(bǔ)償電路輸出電壓B2 ；輸出端互阻放大器輸出的電壓V3和 ASE補(bǔ)償電路的輸出電壓B2同時(shí)輸入到輸出端減法器電路，得到減法器的輸出電壓V4 ；輸 入端比例放大器輸出的電壓V2和輸出端減法器輸出的電壓V4同時(shí)輸入到比例積分微分電 路，得到比例積分微分電路的輸出電壓V5 ；比例積分微分電路的輸出電壓V5經(jīng)過加法器， 得到加法器的輸出電壓V6 ；加法器的輸出電壓V6輸入到激光器驅(qū)動(dòng)電路，將該控制電壓V6 轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電流，并將該電流加載到激光器上，激光器在這個(gè)電流的作用下產(chǎn)生相 應(yīng)的光信號(hào)加載到光路中。其中，優(yōu)選方案為，輸入端互阻放大器、輸入端比例放大器、輸出端光電二極管、輸 出端互阻放大器、ASE補(bǔ)償電路、輸出端減法器、比例積分微分電路、加法器、激光器驅(qū)動(dòng)電 路均由高速運(yùn)算放大器構(gòu)成。 其中，優(yōu)選方案為，所述由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電路可一單電源供電或雙電源供電。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于由于通過上述前饋和后饋相結(jié)合的控制方法其實(shí)就是將前饋 的控制結(jié)果和后饋的控制結(jié)果相加，然后再將加法器得出的最終電壓通過激光器驅(qū)動(dòng)電路 來控制激光器，具有高速的、低功耗的、低成本等優(yōu)點(diǎn)。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方法進(jìn)一步說明圖1表示本發(fā)明一種高速自動(dòng)增益控制的裝置的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖。圖2表示本發(fā)明一種高速自動(dòng)增益控制的裝置的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的功效作進(jìn)一步說明，特別以摻鉺光纖放大器為其具體實(shí) 施方式。如圖1所示，其中，所述圖1中光纖放大器(EDFA)光路結(jié)構(gòu)20，包括輸入端跳線 21、放大器的主體光路23、輸出端分光器24、輸出端跳線25。光信號(hào)的傳播方向參見附圖 1，由左至右傳輸。其中，所述光路部分的各器件的功能如下輸入端分光器22，輸入光信號(hào)通過輸 入端跳線21進(jìn)入輸入端分光器22，輸入端分光器22將輸入光分成兩部分，一部分光走主光 路進(jìn)入放大器的主體光路23，另一部分光通過輸入端分光器進(jìn)入輸入端光電二極管31，起 到監(jiān)控作用；輸入光經(jīng)過放大器的主體光路23放大后輸出光信號(hào)，進(jìn)入輸出端分光器24 將輸出信號(hào)光分成兩部分，一部分光走主光路從輸出端的跳線25輸出，另一部分光經(jīng)過輸 出端分光啟進(jìn)入輸出端光電二極管32，起到監(jiān)控作用。其中，前饋控制和后反饋控制相結(jié)合的控制方案包括前饋控制部分30和后饋控 制部分40，前饋控制部分30包括輸入端光電二極管31，輸入端互阻放大器32，輸入端比 例放大器33，可調(diào)偏置電壓電路36，加法器35、激光器驅(qū)動(dòng)電路34、泵浦激光器29 ；后饋電 路部分40包括輸入端光電二極管31、輸入端互阻放大器32、輸入端比例放大器33、輸出 端光電二極管41、輸出端互阻放大器42、比例積分微分電路45、加法器35、激光器驅(qū)動(dòng)電路 34、泵浦激光器29 ；前饋電路與后饋電路共用的部分為輸入端光電二極管31、輸入端互阻 放大器32、輸入端比例放大器33、加法器35、激光器驅(qū)動(dòng)電路34、泵浦激光器29，其中，所 述前饋控制部分30的光路為小部分光信號(hào)進(jìn)入輸入端光電二極管31，產(chǎn)生相應(yīng)的光電流 II，該光電流II再經(jīng)過輸入端互阻放大器32轉(zhuǎn)換成電壓VI，該電壓VI經(jīng)過輸入端比例放 大器放大G倍得到V2 ；調(diào)節(jié)可調(diào)電壓偏置電路36使得該電路的輸出電壓為B1 ；輸入端比 例放大器33的輸出電壓V2和可調(diào)電壓偏置電路36的輸出電壓B1同時(shí)輸入到加法器35， 得到加法器35輸出的電壓V6 ；加法器35的輸出電壓V6輸入到激光器驅(qū)動(dòng)電路34，將該 控制電壓V6轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電流，并將該電流加載到激光器上，激光器在這個(gè)電流的作 用下產(chǎn)生相應(yīng)的光信號(hào)加載到光路20中。后饋控制部分40的光路為輸入光經(jīng)過輸入端 分光器22分得一小部分光信號(hào)進(jìn)入輸入端光電二極管31，產(chǎn)生相應(yīng)的光電流11，該光電流 II再經(jīng)過輸入端互阻放大器32轉(zhuǎn)換成電壓VI，該電壓VI經(jīng)過輸入端比例放大器33放大 G倍得到V2 ；輸出光經(jīng)過輸出端分光器24分得一小部分光信號(hào)進(jìn)入輸出端光電二極管41， 產(chǎn)生相應(yīng)的光電流12，該光電流12經(jīng)過輸出端互阻放大器轉(zhuǎn)換成電壓V3 ；輸出端互阻放大 器42輸出的電壓V3和輸入端比例放大器33輸出的電壓V2同時(shí)輸入到比例積分微分電路 45，得到比例積分微分電路45的輸出電壓V5 ；比例積分微分電路45的輸出電壓V5經(jīng)過加 法器35，得到加法器35的輸出電壓V6 ；加法器35的輸出電壓V6輸入到激光器驅(qū)動(dòng)電路 34，將該控制電壓V6轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電流，并將該電流加載到激光器29上，激光器在這 個(gè)電流的作用下產(chǎn)生相應(yīng)的光信號(hào)加載到光路20中。其中，優(yōu)選方案，所述輸入端互阻放大器32、輸入端比例放大器33、可調(diào)偏置電路 36、輸出端互阻放大器42、輸出端減法器44、比例積分微分電路45、加法器35、激光器驅(qū)動(dòng) 電路34均由高速運(yùn)算放大器構(gòu)成。
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其中，優(yōu)選方案，所述前饋控制部分30的輸出結(jié)果直接由輸入光信號(hào)的大小決定。其中，優(yōu)選方案，所述前饋控制部分30的輸入端比例放大器的放大倍數(shù)G是光路 系統(tǒng)的總增益值。其中，優(yōu)選方案，所述前饋控制部分30的輸入端比例放大器的放大倍數(shù)G可由可 調(diào)電阻或數(shù)字電位器設(shè)置。為了穩(wěn)定電路，所述后反饋控制部分40的輸出光部分的比例積分微分電路45中 的微分部分電路可忽略。其中，優(yōu)選方案，所述加法器35，比例積分微分電路45可單電源供電或雙電源供
^^ o圖2為本發(fā)明一種高速自動(dòng)增益控制的裝置的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖，當(dāng)小信 號(hào)輸入時(shí)進(jìn)行ASE補(bǔ)償。如圖2所示前饋控制部分和實(shí)施例一沒有區(qū)別，主要是后饋控制部分增加了 ASE 補(bǔ)償部分。后饋電路部分40包括輸入端光電二極管31、輸入端互阻放大器32、輸入端比 例放大器33、輸出端光電二極管41、輸出端互阻放大器42、ASE補(bǔ)償電路43、輸出端減法器 44、比例積分微分電路45、加法器35、激光器驅(qū)動(dòng)電路34、泵浦激光器29，后饋控制部分40 的光路為輸入光經(jīng)過輸入端分光器22分得一小部分光信號(hào)進(jìn)入輸入端光電二極管31，產(chǎn) 生相應(yīng)的光電流11，該光電流11再經(jīng)過輸入端互阻放大器32轉(zhuǎn)換成電壓VI，該電壓VI經(jīng) 過輸入端比例放大器33放大G倍得到V2 ；輸出光經(jīng)過輸出端分光器24分得一小部分光信 號(hào)進(jìn)入輸出端光電二極管41，產(chǎn)生相應(yīng)的光電流12，該光電流12經(jīng)過輸出端互阻放大器轉(zhuǎn) 換成電壓V3 ；調(diào)節(jié)ASE補(bǔ)償電路43輸出電壓B2 ；輸出端互阻放大器42輸出的電壓V3和 ASE補(bǔ)償電路43的輸出電壓B2同時(shí)輸入到輸出端減法器44，得到減法器的輸出電壓V4 ； 輸入端比例放大器33輸出的電壓V2和輸出端減法器44輸出的電壓V4同時(shí)輸入到比例積 分微分電路45，得到比例積分微分電路45的輸出電壓V5 ；比例積分微分電路45的輸出電 壓V5經(jīng)過加法器35，得到加法器35的輸出電壓V6 ；加法器35的輸出電壓V6輸入到激光 器驅(qū)動(dòng)電路34，將該控制電壓V6轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電流，并將該電流加載到激光器29上， 激光器在這個(gè)電流的作用下產(chǎn)生相應(yīng)的光信號(hào)加載到光路20中。其中，優(yōu)選方案，所述輸入端互阻放大器32、輸入端比例放大器33、可調(diào)偏置電路 36、輸出端互阻放大器42、ASE補(bǔ)償電路43、輸出端減法器44、比例積分微分電路45、加法 器35、激光器驅(qū)動(dòng)電路34均由高速運(yùn)算放大器構(gòu)成。為了穩(wěn)定電路，所述后反饋控制部分40的輸出光部分的比例積分微分電路45中 的微分部分電路可忽略。其中，優(yōu)選方案，所述前饋控制部分30的輸出結(jié)果和后饋控制部分40的輸出結(jié)果 借由加法器35輸出給泵浦激光器。其中，優(yōu)選方案，所述加法器35，比例積分微分電路45可單電源供電或雙電源供
電 o本發(fā)明還包括一種高速自動(dòng)增益控制的方法，為了詳細(xì)說明該方法的工作過程， 本發(fā)明通過本領(lǐng)域的常用公式進(jìn)行逐步推理。所述前饋控制部分30的基本原理如下
其中，在光增益恒定的前提下，輸出功率與輸入功率成正比關(guān)系，就可以得出的泵 浦電流與輸入光功率有如下關(guān)系I = KXPin(mff) +B-----------------------------(1)(1)式中Pin(mW)為輸入光功率(以毫瓦(mW)為單位)K為斜率，I為泵浦電流， B為截距；其中，K、B值為光路的基本特性，可由光路的設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算出來，這里不做詳細(xì)介紹。上述公式即為實(shí)現(xiàn)前饋控制的最基本的依據(jù)，附圖1的前饋控制部分30。本實(shí)施例前饋控制部分30的工作原理就是為了實(shí)現(xiàn)公式(1)，實(shí)現(xiàn)公式(1)的最 重要的環(huán)節(jié)就是確定輸入端互阻放大器的反饋電阻值R1，首先輸入光通過輸入端分光器 22進(jìn)入輸入端光電二極管31，然后輸入端光電二極管31產(chǎn)生的電流通過輸入端互阻放大 器32轉(zhuǎn)換成電壓VI，互阻放大器32上產(chǎn)生的電壓VI通過輸入端比例放大器33放大G倍 后得到電壓V2，V2再通過泵浦驅(qū)動(dòng)電路轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的泵浦驅(qū)動(dòng)電流I，由運(yùn)算放大器的原 理可以得出泵浦驅(qū)動(dòng)電流I I = GXR1X (a% X n) XPin(mff)---------------(2)(2)式中，VI為互阻放大器32的輸出電壓，R1為互阻放大器32上的反饋電阻， Pin(mff)為輸入光功率(以毫瓦(mW)為單位)，3%為輸入端分光器22的分光比，即輸入光 有3%的比例進(jìn)入到了輸入端光電二極管31，n為光電二極管的響應(yīng)度，一般該值默認(rèn)為 1，倍數(shù)G為光路模塊需要的增益值。其中，附圖1中的前饋電路部分30的可調(diào)偏置電路36通過可調(diào)電阻或數(shù)字電位 器調(diào)節(jié)電壓為B1 =B，則在附圖1中可以看出，前饋控制部分30通過泵浦驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的電
流I為I = GXR1X (a% X n) XPin(mff) +B----------(3)由(1)、(3)可以得出K = GXR1X (a% X n)-------------------(4)由⑷式可以計(jì)算出輸入端互阻放大器32的反饋電阻R1 =K/(a% X nXG)，確 定了輸入端互阻放大器32的反饋電阻R1后，該實(shí)施例的前饋控制部分30就已完成。但由 于該控制屬于開環(huán)控制，所以在控制精度上會(huì)有一定的偏差，所以需要后反饋控制電路來 進(jìn)行補(bǔ)償，從而達(dá)到精度控制要求。本實(shí)施例后饋控制的工作原理與業(yè)界常用的反饋控制原理是基本相似的，當(dāng)忽略 ASE補(bǔ)償時(shí)，控制的輸出端信號(hào)為總輸出光功率；當(dāng)需要進(jìn)行ASE補(bǔ)償時(shí)，控制的輸出端信 號(hào)為輸出光的信號(hào)功率，實(shí)例以忽略ASE補(bǔ)償為例，主要過程如下輸入光信號(hào)通過輸入端分光器22輸入到輸入端光電二極管31，再經(jīng)過輸入端互 阻放大器32放大產(chǎn)生出電壓VI，VI通過輸入端比例放大器放大G倍輸出電壓V2 ；輸出光 信號(hào)通過輸出端分光器24輸入到輸出端光電二極管41，再經(jīng)過輸出端互阻放大器42放大 產(chǎn)生出電壓V3。其中，由于已確定的輸入端互阻放大器的反饋電阻R1，令RlXa% X n = R2Xb% X n也就確定了輸出端互阻放大器的反饋電阻R2 R2 = RlXa% /b% ---------------------(5)根據(jù)輸出端互阻放大器的原理可以得出
V3 = R2X (Pout (mff) Xb% X n) --------------(6)(6)式中，R為輸出端互阻放大器42的反饋電阻，Ppump(mff)為泵浦的輸出功率 (以毫瓦(mW)為單位)，13%為輸出端分光器的分光比，即輸出光有13%的比例進(jìn)入到了輸 出端光電二極管，n為光電二極管的響應(yīng)度，一般該值默認(rèn)為1。其中，輸入光信號(hào)經(jīng)過輸入端互阻放大器32和輸入端比例放大器33輸出電壓V2 以及輸出光信號(hào)經(jīng)過輸出端互阻放大器42和輸出端減法器44輸出電壓V4(忽略ASE補(bǔ) 償)后，再經(jīng)過比例積分微分電路45和加法器35，產(chǎn)生控制泵浦激光器的驅(qū)動(dòng)電壓V6，V6 通過泵浦驅(qū)動(dòng)電路34轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的泵浦驅(qū)動(dòng)電流I。由于V2、V4分別輸入到線性運(yùn)算放大器的正反向輸入端，根據(jù)運(yùn)算放大器的原理 可得Pout (mff) = GX Pin (mff) ------------------------(7)由(7)式可以看出輸出功率為輸入功率的G倍，該實(shí)施例的后反饋控制就已完成。綜合前饋、后饋的控制結(jié)果，可以得出加在泵浦驅(qū)動(dòng)器34端的電壓V6為V6 = V2+V5+B -----------------------------(8)V6通過泵浦驅(qū)動(dòng)電路34轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的泵浦驅(qū)動(dòng)電流I，該電流I作為最終實(shí)際加 在泵浦激光器29上的電流，也就是為了滿足增益為G時(shí)的泵浦驅(qū)動(dòng)電流。以上各部分綜合，上述前饋和后饋相結(jié)合的控制方法其實(shí)就是將前饋的控制結(jié)果 和后饋的控制結(jié)果相加，然后再將加法器35得出的最終電壓通過激光器驅(qū)動(dòng)電路來控制 激光器。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明提出了一種高速自動(dòng)增益控制的裝置和方法，即前饋 電路控制和后反饋電路控制相結(jié)合的控制方案，提供了一種高速的、低功耗的、低成本的控 制方法，是把整個(gè)控制電路分為前饋控制和后反饋控制兩部分，前饋控制保證電路響應(yīng)的 速度要求，后饋控制保證電路相應(yīng)的精度要求，所以前饋控制和后饋控制相結(jié)合及滿足的 速度要求又滿足了精度要求，同時(shí)又可實(shí)現(xiàn)低功耗、低成本。以上所述者，僅為本發(fā)明最佳實(shí)施例而已，并非用于限制本發(fā)明的范圍，凡依本發(fā) 明申請專利范圍所作的等效變化或修飾，皆為本發(fā)明所涵蓋。
權(quán)利要求
一種高速自動(dòng)增益控制的方法，其特征在于包括前饋控制部分和后反饋控制部分，前饋控制部分，輸入光信號(hào)與泵浦電流成線性關(guān)系，輸入光信號(hào)通過運(yùn)算放大器檢測、放大，將控制信號(hào)直接加載到泵浦上產(chǎn)生相應(yīng)的泵浦驅(qū)動(dòng)電流；后饋控制部分，通過檢測輸入光信號(hào)和輸出光信號(hào)，對輸入光信號(hào)與增益目標(biāo)值的乘積與輸出光信號(hào)做比較，得出輸出光信號(hào)與目標(biāo)值之間的誤差，然后將它們之間的誤差輸入到比例積分微分電路輸出控制信號(hào)，控制泵浦的驅(qū)動(dòng)電流，最終的控制結(jié)果由前饋電路的輸出結(jié)果和后饋電路的輸出結(jié)果借由加法器輸出最終的控制信號(hào)來控制泵浦激光器，實(shí)現(xiàn)放大器的增益控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高速自動(dòng)增益控制的方法，其特征在于所述前饋控制部 分的輸出結(jié)果直接由輸入光信號(hào)的大小決定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高速自動(dòng)增益控制的方法，其特征在于所述后反饋控制 部分的輸出結(jié)果由輸入光信號(hào)乘以增益目標(biāo)值與輸出光信號(hào)誤差比較結(jié)果決定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高速自動(dòng)增益控制的方法，其特征在于前饋控制部分的 作業(yè)步驟包括第一步輸入光經(jīng)過輸入端分光器分得一小部分光信號(hào)進(jìn)入輸入端光電二 極管，產(chǎn)生相應(yīng)的光電流II，該光電流II再經(jīng)過輸入端互阻放大器轉(zhuǎn)換成電壓VI，該電壓 VI經(jīng)過輸入端比例放大器放大目標(biāo)增益倍數(shù)G得到輸出電壓V2 ；第二步調(diào)節(jié)可調(diào)電壓偏 置電路使得該電路的輸出電壓為B1 ；第三步輸入端比例放大器的輸出電壓V2和可調(diào)電壓 偏置電路的輸出電壓B1同時(shí)輸入到加法器，得到加法器輸出的電壓V6 ；第四步加法器的 輸出電壓V6輸入到激光器驅(qū)動(dòng)電路，將該控制電壓V6轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電流，并將該電流 加載到激光器上，后饋控制部分的工作步驟包括第一步輸入光經(jīng)過輸入端分光器分得 一小部分光信號(hào)進(jìn)入輸入端光電二極管，產(chǎn)生相應(yīng)的光電流II，該光電流II再經(jīng)過輸入端 互阻放大器轉(zhuǎn)換成電壓VI，該電壓VI經(jīng)過輸入端比例放大器放大G倍得到輸出電壓V2 ；第 二步輸出光經(jīng)過輸出端分光器分得一小部分光信號(hào)進(jìn)入輸出端光電二極管，產(chǎn)生相應(yīng)的 光電流12，該光電流12再經(jīng)過輸出端互阻放大器轉(zhuǎn)換成電壓V3 ；第三步輸入端比例放大 器輸出的電壓V2和輸出端互阻放大器轉(zhuǎn)換成電壓V3同時(shí)輸入到比例積分微分電路，得到 比例積分微分電路的出電壓V5 ；第四步比例積分微分電路的輸出電壓V5經(jīng)過加法器，得 到加法器的輸出電壓V6 ；第七步加法器的輸出電壓V6輸入到激光器驅(qū)動(dòng)電路，將該控制 電壓V6轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電流，并將該電流加載到激光器上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種高速自動(dòng)增益控制的方法，其特征在于后饋控制部分的 工作步驟包括第一步輸入光經(jīng)過輸入端分光器分得一小部分光信號(hào)進(jìn)入輸入端光電二 極管，產(chǎn)生相應(yīng)的光電流II，該光電流II再經(jīng)過輸入端互阻放大器轉(zhuǎn)換成電壓VI，該電壓 VI經(jīng)過輸入端比例放大器放大G倍得到輸出電壓V2 ；第二步輸出光經(jīng)過輸出端分光器分 得一小部分光信號(hào)進(jìn)入輸出端光電二極管，產(chǎn)生相應(yīng)的光電流12，該光電流12再經(jīng)過輸出 端互阻放大器轉(zhuǎn)換成電壓V3 ；第三步調(diào)節(jié)ASE補(bǔ)償電路輸出電壓B2 ；第四步輸出端互阻 放大器輸出的電壓V3和ASE補(bǔ)償電路的輸出電壓B2同時(shí)輸入到輸出端減法器電路，得到 減法器的輸出電壓V4 ；第五步輸入端比例放大器輸出的電壓V2和輸出端減法器輸出的電 壓V4同時(shí)輸入到比例積分微分電路，得到比例積分微分電路的出電壓V5 ；第六步比例積 分微分電路的輸出電壓V5經(jīng)過加法器，得到加法器的輸出電壓V6 ；第七步加法器的輸出 電壓V6輸入到激光器驅(qū)動(dòng)電路，將該控制電壓V6轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電流，并將該電流加載 到激光器上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種高速自動(dòng)增益控制的方法，其特征在于所述后饋控制部 分為泵浦激光器的驅(qū)動(dòng)電流信號(hào)由輸入端光電二極管信號(hào)和輸出端光電二極管信號(hào)的比 例倍數(shù)決定，輸入端光電二極管信號(hào)和輸出端光電二極管信號(hào)通過互阻放大器后經(jīng)過比例 積分微分電路實(shí)現(xiàn)放大器的增益控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種高速自動(dòng)增益控制的方法，其特征在于所述前饋控制電 路和后饋控制電路通過加法器電路相加得出來的結(jié)果作為控制泵浦激光器的最終控制信 號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種高速自動(dòng)增益控制的方法，其特征在于所述的比例積分 微分電路可忽略微分電路部分。
9.一種高速自動(dòng)增益控制的裝置，其特征在于所述前饋控制部分和后饋控制部分， 所述前饋控制電路部分的輸出結(jié)果和后饋控制部分的輸出結(jié)果通過一加法器相加得出來 的結(jié)果作為控制泵浦激光器的最終控制信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述一種高速自動(dòng)增益控制的裝置，其特征在于所述前饋控制部 分輸入端光電二極管，輸入端互阻放大器，輸入端比例放大器，可調(diào)偏置電壓電路，加法器、 激光器驅(qū)動(dòng)電路、泵浦激光器。前饋的連接關(guān)系為小部分光信號(hào)進(jìn)入輸入端光電二極管， 產(chǎn)生相應(yīng)的光電流II，該光電流II再經(jīng)過輸入端互阻放大器轉(zhuǎn)換成電壓VI，該電壓VI經(jīng) 過輸入端比例放大器放大G倍得到V2;調(diào)節(jié)可調(diào)電壓偏置電路使得該電路的輸出電壓為 B1 ；輸入端比例放大器的輸出電壓V2和可調(diào)電壓偏置電路的輸出電壓B1同時(shí)輸入到加法 器，得到加法器輸出的電壓V6 ；加法器的輸出電壓V6輸入到激光器驅(qū)動(dòng)電路，將該控制電 壓V6轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電流，并將該電流加載到激光器上，激光器在這個(gè)電流的作用下產(chǎn) 生相應(yīng)的光信號(hào)加載到光路中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述一種高速自動(dòng)增益控制的裝置，其特征在于所述輸入端互 阻放大器，輸入端比例放大器，可調(diào)偏置電壓電路，加法器、激光器驅(qū)動(dòng)電路均由高速運(yùn)算 放大器構(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述一種高速自動(dòng)增益控制的裝置，其特征在于輸入端比例放 大器的放大倍數(shù)G為系統(tǒng)的總增益，可由可調(diào)電阻進(jìn)行倍數(shù)設(shè)置，也可由數(shù)字電位器進(jìn)行 倍數(shù)設(shè)置。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述一種高速自動(dòng)增益控制的裝置，其特征在于后饋電路部分 包括輸入端光電二極管、輸入端互阻放大器、輸入端比例放大器、輸出端光電二極管、輸出 端互阻放大器、比例積分微分電路、加法器、激光器驅(qū)動(dòng)電路、泵浦激光器，后饋的連接關(guān)系 為光信號(hào)進(jìn)入輸入端光電二極管，產(chǎn)生相應(yīng)的光電流II，該光電流II再經(jīng)過輸入端互阻 放大器轉(zhuǎn)換成電壓VI，該電壓VI經(jīng)過輸入端比例放大器放大G倍得到V2 ；輸出光經(jīng)過輸出 端分光器分得一小部分光信號(hào)進(jìn)入輸出端光電二極管，產(chǎn)生相應(yīng)的光電流12，該光電流12 經(jīng)過輸出端互阻放大器轉(zhuǎn)換成電壓V3 ；輸出端互阻放大器輸出的電壓V3和輸入端比例放 大器輸出的電壓V2同時(shí)輸入到比例積分微分電路，得到比例積分微分電路的輸出電壓V5 ； 比例積分微分電路的輸出電壓V5經(jīng)過加法器，得到加法器的輸出電壓V6 ；加法器的輸出電 壓V6輸入到激光器驅(qū)動(dòng)電路，將該控制電壓V6轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電流，并將該電流加載到 激光器上，激光器在這個(gè)電流的作用下產(chǎn)生相應(yīng)的光信號(hào)加載到光路中。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述一種高速自動(dòng)增益控制的裝置，其特征在于后饋電路部分包括輸入端光電二極管、輸入端互阻放大器、輸入端比例放大器、輸出端光電二極管、輸出 端互阻放大器、ASE補(bǔ)償電路、輸出端減法器、比例積分微分電路、加法器、激光器驅(qū)動(dòng)電路、 泵浦激光器。后饋的連接關(guān)系為光信號(hào)進(jìn)入輸入端光電二極管，產(chǎn)生相應(yīng)的光電流II，該 光電流II再經(jīng)過輸入端互阻放大器轉(zhuǎn)換成電壓VI，該電壓VI經(jīng)過輸入端比例放大器放大 G倍得到V2 ；輸出光經(jīng)過輸出端分光器分得一小部分光信號(hào)進(jìn)入輸出端光電二極管，產(chǎn)生 相應(yīng)的光電流12，該光電流12經(jīng)過輸出端互阻放大器轉(zhuǎn)換成電壓V3 ；調(diào)節(jié)ASE補(bǔ)償電路輸 出電壓B2 ；輸出端互阻放大器輸出的電壓V3和ASE補(bǔ)償電路的輸出電壓B2同時(shí)輸入到輸 出端減法器電路，得到減法器的輸出電壓V4 ；輸入端比例放大器輸出的電壓V2和輸出端減 法器輸出的電壓V4同時(shí)輸入到比例積分微分電路，得到比例積分微分電路的輸出電壓V5 ； 比例積分微分電路的輸出電壓V5經(jīng)過加法器，得到加法器的輸出電壓V6 ；加法器的輸出電 壓V6輸入到激光器驅(qū)動(dòng)電路，將該控制電壓V6轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電流，并將該電流加載到 激光器上，激光器在這個(gè)電流的作用下產(chǎn)生相應(yīng)的光信號(hào)加載到光路中。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述一種高速自動(dòng)增益控制的裝置，其特征在于輸入端互 阻放大器、輸入端比例放大器、輸出端光電二極管、輸出端互阻放大器、ASE補(bǔ)償電路、輸出 端減法器、比例積分微分電路、加法器、激光器驅(qū)動(dòng)電路均由高速運(yùn)算放大器構(gòu)成。
16.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述一種高速自動(dòng)增益控制的裝置，其特征在于所述由運(yùn) 算放大器構(gòu)成的電路可一單電源供電或雙電源供電。
全文摘要
本發(fā)明涉及放大器領(lǐng)域，特別是一種高速自動(dòng)增益控制的裝置和方法，包括前饋控制部分和后反饋控制部分，前饋控制部分，輸入光信號(hào)與泵浦電流成線性關(guān)系，輸入光信號(hào)通過運(yùn)算放大器檢測、放大，將控制信號(hào)直接加載到泵浦上產(chǎn)生相應(yīng)的泵浦驅(qū)動(dòng)電流；后饋控制部分，通過檢測輸入光信號(hào)和輸出光信號(hào)，對輸入光信號(hào)與增益目標(biāo)值的乘積與輸出光信號(hào)做比較，得出輸出光信號(hào)與目標(biāo)值之間的誤差，然后將它們之間的誤差輸入到比例積分微分(PID)電路輸出控制信號(hào)，控制泵浦的驅(qū)動(dòng)電流，最終的控制結(jié)果由前饋電路的輸出結(jié)果和后饋電路的輸出結(jié)果借由加法器輸出最終的控制信號(hào)來控制泵浦激光器。從而提供了一種高速的、低功耗的、低成本的控制裝置和方法。
文檔編號(hào)H04B10/12GK101877572SQ20091010713
公開日2010年11月3日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者王驚偉, 虞愛華 申請人:昂納信息技術(shù)(深圳)有限公司