專利名稱：Dpsk/dqpsk模塊延遲干涉儀控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光通信的調(diào)制技術(shù)，尤其涉及一種差分相移鍵控(DPSK)/差分四 相相移鍵控(DQPSK)模塊延遲干涉儀控制裝置。
背景技術(shù)：
DPSK調(diào)制技術(shù)利用相鄰光載波的相位信息傳遞信號，相比于傳統(tǒng)的開關(guān)鍵控碼方 式，DPSK有3dB的靈敏度優(yōu)勢，并具有較高的非線性容限，目前廣泛應(yīng)用于長距離光纖通
fn °圖1為現(xiàn)有40G DPSK/DQPSK模塊接收鏈路示意圖，如圖1所示，40G的DPSK/DQPSK 模塊采用直接檢測的方式，接收通道包括延遲干涉儀(Delay-1 ineinterferometer)、平衡 接收機(jī)以及解復(fù)用單元。延遲干涉儀將接收的光DPSK調(diào)制信號轉(zhuǎn)化成光強(qiáng)信號，平衡接收 機(jī)將光信號轉(zhuǎn)化成串行電信號。解復(fù)用單元將串行電信號轉(zhuǎn)化成SFI5標(biāo)準(zhǔn)的接口信號。延 遲干涉儀必須進(jìn)行控制，使入射信號的中心頻率定位在延遲干涉儀干涉相長傳輸曲線的峰 值頻率，這樣，延遲干涉儀兩輸出口(干涉相長口和干涉相消口)輸出光功率相差最大，利 于平衡接收機(jī)的判決。如果入射信號的中心頻率與延遲干涉儀干涉相長傳輸曲線的峰值頻 率存在頻率偏移Δ f，將導(dǎo)致光信噪比(OSNR)降低的代價。參考A. H. Gnauck的“Optical Phase-Shift-Keyed Transmission”(JOURNAL OFLIGHTffAVE TECHNOLOGY, VOL. 23, NO. 1, JANUARY 2005)，該文章指出，當(dāng)頻率偏移為數(shù)據(jù)速率的4%時，OSNR代價為ldB。延遲干涉 儀傳輸曲線見圖2，如圖2中所示，實(shí)線表示延遲干涉儀干涉相長傳輸曲線，虛線表示干涉 相消傳輸曲線。干涉相長曲線兩相鄰峰值的頻率差為延遲干涉儀的自諧振頻率(FSR)。延遲干涉儀包括加熱裝置(Heater)，該加熱裝置用于調(diào)節(jié)延遲干涉儀干涉相長傳 輸曲線的峰值頻率，使得入射信號的中心頻率定位于延遲干涉儀干涉相長傳輸曲線的峰值 頻率。改變加熱裝置的控制電壓，從而改變延遲干涉儀內(nèi)部延遲路徑的折射率，進(jìn)而改變 延遲干涉儀內(nèi)部兩光路的光程差，改變相位差，最終消除延遲干涉儀干涉相長傳輸曲線的 峰值頻率與入射信號中心頻率的偏移Δ ·。相位誤差δ =2π Δ fTd，Td為延遲干涉儀內(nèi)部 兩光路的延遲時間。當(dāng)相位差為0或者π時，相位誤差δ為0，消除了頻率偏移Af的影 響。所以延遲干涉儀的控制，就是改變延遲干涉儀的控制電壓，使延遲干涉儀內(nèi)部發(fā)生干涉 的兩路光信號的相位差為0或者π。此時干涉相長(消)口輸出光功率最大，另一個端口， 干涉相消(長)口輸出光功率最小。在公開號為CN1798121A、名稱為“差分相移鍵控解調(diào)器和解調(diào)方法”的中國實(shí)用新 型專利申請中，揭示了一種傳統(tǒng)的延遲干涉儀的控制方法，如圖3所示，通過將加熱器控制 裝置的輸出和本地振蕩器的輸出施加到加熱器上，由此產(chǎn)生的熱量使被加熱的臂的溫度發(fā) 生改變，使得兩臂之間的相位失配產(chǎn)生輕微的震蕩。該振蕩由位于干涉儀的干涉1相長口 輸出的功率譜波動來反映。包絡(luò)檢波電路輸出信號和本地振蕩器之間的相位關(guān)系指示了延 遲干涉儀的失配是正還是負(fù)。如果相位關(guān)系是同相，則增加加熱器控制電路的輸出電平；如 果是反相，則減小加熱控制電路的輸出電平。如果包絡(luò)檢波電路的輸出電平不以本地振蕩器頻率進(jìn)行振蕩，則表明延遲干涉儀已經(jīng)調(diào)整到最佳工作狀態(tài)，此時加熱器控制電路的輸 出電平是常量。這里，本地振蕩器的頻率選擇，一般設(shè)置為幾赫茲或小于1赫茲?？刂齐妷?產(chǎn)生的熱量，經(jīng)過零點(diǎn)幾秒的延遲，才能影響到延遲干涉儀相位的變化。為了使振蕩信號有 效，其周期應(yīng)該長于延遲干涉儀由于加熱而導(dǎo)致相位改變的延時。但該方法需要本地震蕩信號發(fā)生器、帶通濾波器、包絡(luò)檢波器、相位比較器，其外 圍電路比較復(fù)雜，并且其中的低頻本地振蕩器難以實(shí)現(xiàn)，并且易受外部噪聲信號的干擾。

實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種DPSK/DQPSK模塊延遲干涉儀控 制裝置，通過設(shè)計(jì)一個簡單的外圍控制電路，實(shí)現(xiàn)對模塊干涉儀的穩(wěn)定、可靠的延遲控制， 使入射信號的中心頻率定位于延遲干涉儀干涉相長傳輸曲線的峰值頻率。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種DPSK/DQPSK模塊延遲干涉儀控制裝置，包括延遲干涉儀(4)和平衡接收機(jī) (5)，該控制裝置還包括微控制器單元(1)、驅(qū)動電路單元(2)和光功率取樣單元(3)；其中， 微控制器單元(1)輸出電壓信號至驅(qū)動電路單元(2)，驅(qū)動電路單元(2)與所述延遲干涉儀 (4)的加熱電阻(41)相連，所述延遲干涉儀(4)依次通過平衡接收機(jī)(5)和光功率取樣單 元(3)與所述微控制器單元(1)相連；所述延遲干涉儀(4)的干涉相長口輸出光信號和干 涉相消口輸出光信號輸入平衡接收機(jī)(5)，轉(zhuǎn)換為電信號，再分別經(jīng)過光功率取樣單元(3) 進(jìn)行同倍放大，最后反饋至所述微控制器單元(1)。其中，所述微控制器單元(1)進(jìn)一步包括微控制器(11)。所述微控制器單元(1)進(jìn)一步包括與所述微控制器(11)相連的適配電阻(12)。所述驅(qū)動電路單元(2)進(jìn)一步包括積分電路(21)、驅(qū)動電路(22)、取樣電阻(23) 和放大電路(24)；其中，所述微控制器單元(1)的微控制器(11)與所述積分電路(21)相 連，然后依次經(jīng)過所述驅(qū)動電路(22)與所述取樣電阻(23)相連，所述取樣電阻(23)與加 熱電阻(41)相串聯(lián)；所述放大電路并聯(lián)在所述取樣電阻(23)之間，然后將輸出信號反饋至 所述積分電路(21)。所述光功率取樣單元(3)進(jìn)一步包括第一放大電路(31)和第二放大電路(32)，所 述第一放大電路(31)和第二放大電路(32)分別與所述微控制器單元(1)的微控制器(11) 相連。所述微控制器(11)的輸出值與所述延遲干涉儀的輸出電壓值U—一對應(yīng)，且其對 應(yīng)關(guān)系如下公式所示U = I X RX Rl/(AX R2)；其中，U為延遲干涉儀⑷的控制電壓，I為微控制器(11)的輸出電流或電壓，A 為放大電路(24)的放大系數(shù)，R為加熱電阻(41)的阻值，Rl為適配電阻(12)的阻值，R2 為取樣電阻(23)的阻值。本實(shí)用新型所提供的DPSK/DQPSK模塊延遲干涉儀控制裝置，具有以下優(yōu)點(diǎn)在延遲干涉儀的控制電壓范圍內(nèi)進(jìn)行電壓掃描，對不同的控制電壓，延遲干涉儀 兩輸出口的光功率會發(fā)生變化，記錄每一個控制電壓對應(yīng)的延遲干涉儀兩路輸出光功率的 比值，將延遲干涉儀的控制電壓設(shè)置為對應(yīng)最大光功率比值的電壓。當(dāng)延遲干涉儀兩路輸出光功率比值最大時，表明入射信號的中心頻率定位于延遲干涉儀干涉相長傳輸曲線的峰 值頻率。本實(shí)用新型的控制裝置的外圍電路簡單，適用于DPSK/DQPSK模塊延遲干涉儀的 控制，與現(xiàn)有技術(shù)相比，該控制裝置減化了外圍硬件電路，并且采用硬件和軟件相結(jié)合的方 式，易于實(shí)現(xiàn)，并且穩(wěn)定可靠。

圖1為現(xiàn)有40G DPSK/DQPSK模塊接收鏈路示意圖；圖2為延遲干涉儀傳輸曲線；圖3為現(xiàn)有延遲干涉儀的一種傳統(tǒng)控制方案示意圖；圖4為本實(shí)用新型延遲干涉儀控制裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實(shí)用新型延遲干涉儀控制裝置的控制方法流程示意圖；圖6為延遲干涉儀采用本實(shí)用新型的控制裝置后兩個輸出口的眼圖示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及本實(shí)用新型的實(shí)施例對本實(shí)用新型的方法作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本實(shí)用新型的基本思想為該實(shí)用新型控制裝置的控制電路，包括微控制器單元、 驅(qū)動電路單元、光功率取樣單元等，所述微控制器按照一定的時間間隔(該時間間隔必須 大于延遲干涉儀的相位調(diào)節(jié)時間)和步進(jìn)間隔產(chǎn)生信號，經(jīng)過驅(qū)動電路單元后，在延遲干 涉儀的控制引腳上得到一系列的控制電壓(該控制電壓不超過延遲干涉儀的最大控制電 壓)，控制電壓也是按照一定的時間間隔和步進(jìn)間隔，并且該時間間隔與微控制器輸出信號 的時間間隔相同。每一個控制電壓對應(yīng)一組延遲干涉儀的輸出光功率，微控制器采樣這兩 路光功率，并計(jì)算比值，找出最大比值，該最大比值對應(yīng)的延遲干涉儀控制電壓即為最佳控 制電壓。圖4為本實(shí)用新型延遲干涉儀控制裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，本實(shí)用新 型所述的DPSK/DQPSK模塊延遲干涉儀控制裝置，主要包括微控制器單元1、驅(qū)動電路單元 2、光功率取樣單元3、延遲干涉儀4和平衡接收機(jī)5。其中，微控制器單元1進(jìn)一步包括微控制器11和適配電阻12。驅(qū)動電路單元2進(jìn)一步包括積分電路21、驅(qū)動電路22、取樣電阻23和放大電路 24。光功率取樣單元3進(jìn)一步包括第一放大電路31、第二放大電路32，分別用于放大 兩路電信號，這兩路電信號分別與延遲干涉儀干涉相長口輸出光功率(Pc)和干涉相消口 輸出光功率(Pd)成正比。延遲干涉儀4的自諧振頻率(FSR)為66. 7GHz，包括加熱電阻(heater) 41、干涉相 長輸出口 42以及干涉相消輸出口 43。其中，heater41的阻值在攝氏0 75°C范圍內(nèi)基本 保持不變。由于本實(shí)用新型中，微控制器11的輸出為電流信號，而積分電路21的輸入為電壓 信號，所以需要適配電阻12。這里，也可以采用輸出為電壓信號的微控制器，從而省略適配 電阻。所述微控制器11按照一定的時間間隔和步進(jìn)間隔輸出電流信號，該電流信號經(jīng)適配電阻12后進(jìn)入到積分電路21 ；由積分電路21、驅(qū)動電路22、取樣電阻23和放大電路 24構(gòu)成閉環(huán)電路，取樣電阻與heaterfl串聯(lián)，將微控制器11的輸出值與延遲干涉儀的控制 電壓(heater41兩端的電壓)一一對應(yīng)。其對應(yīng)關(guān)系為U = IXRXRl/(AXR2)公式一其中U為延遲干涉儀4的控制電壓，I為微控制器11的輸出 電流或電壓，A為放 大電路24的放大系數(shù)，R為heaterfl的阻值，Rl為適配電阻12的阻值，R2為取樣電阻23 的阻值。當(dāng)公式一中參數(shù)I、A、R、R1和R2的值選定后，控制電壓U和輸出電流I成線性關(guān) 系，即微控制器11的輸出值與延遲干涉儀4的控制電壓一一對應(yīng)。當(dāng)微控制器11按照一定的時間間隔和步進(jìn)間隔輸出電流信號，通過適配電阻 12和驅(qū)動電路單元2后就會在heater41上得到相同時間間隔和步進(jìn)間隔為IXRXRl/ (AXR2)的電壓信號。對每一個電壓信號，延遲干涉儀4的干涉相長輸出光功率Pc和干涉 相消輸出光功率Pd都會不同。平衡接收機(jī)5將干涉相長輸出光功率Pc和干涉相消輸出光功率Pd轉(zhuǎn)換成電信 號，由于該電信號很微弱，不利于微控制器11的采樣，所以該電信號需要進(jìn)一步放大。第一 放大電路31放大與干涉相長輸出光功率Pc成比例的電信號，第二放大電路32放大與干涉 相消輸出光功率Pd成比例的電信號，且第一放大電路31與第二放大電路32的放大倍數(shù)相 同。這樣，兩路電信號與兩路光功率對應(yīng)成比例。當(dāng)入射信號的中心頻率定位于延遲干涉儀干涉相長傳輸曲線的峰值頻率時，第一 放大電路31輸出值最大，第二放大電路32輸出值最小，其比值最大。由所述微控制器11 接收第一放大電路31、第二放大電路31的輸出值，并計(jì)算比值。對一系列的延遲干涉儀控制信號，微控制器11就會得到一系列的比值，找出最大 比值，將延遲干涉儀4的控制電壓設(shè)置為最大比值對應(yīng)的電壓。圖5為本實(shí)用新型延遲干涉儀控制裝置的控制方法流程示意圖，如圖5所示，該控 制方法包括如下步驟步驟51、當(dāng)DPSK/DQPSK模塊檢測到外圍條件均具備，可以開始延遲干涉儀的控制 時，即可進(jìn)行自動控制。步驟52、設(shè)置初始電壓值，作為預(yù)設(shè)閾值，微控制器11的輸出經(jīng)過驅(qū)動電路2后得 到延遲干涉儀4的初始控制電壓，延遲干涉儀的兩路輸出光功率經(jīng)過平衡接收機(jī)5后，轉(zhuǎn)化 成電信號。該電信號經(jīng)過光功率取樣電路3放大后輸出兩路放大的電信號。步驟53、微控制器11等待掃描時間，然后執(zhí)行步驟54。步驟54、微控制器11等待一個掃描時間間隔后，對光功率取樣電路3輸出的兩路 電信號執(zhí)行光功率對應(yīng)的電壓采樣，并取比值。步驟55、對前后比值進(jìn)行比較，記錄較大的比值和對應(yīng)的控制電壓。步驟56、增加步進(jìn)控制電壓。步驟57、判斷該控制電壓是否大于預(yù)設(shè)閾值，若大于該閾值，則執(zhí)行步驟58;否 貝1J，返回執(zhí)行步驟53。步驟58、當(dāng)延遲干涉儀4的控制電壓大于閾值，則執(zhí)行結(jié)束掃描程序，將延遲干涉 儀4的控制電壓設(shè)置為對應(yīng)最大比值的電壓。[0050]這里，微控制器11的時間間隔的選取必須注意，該時間間隔必須大于延遲干涉儀 的調(diào)節(jié)時間。因?yàn)檠舆t干涉儀在控制電壓的作用下，需要經(jīng)過一定的調(diào)節(jié)時間才能體現(xiàn)兩 光路相位差的變化。另外，微控制器11的步進(jìn)間隔的選取也必須注意。如果步進(jìn)間隔太大，則入射信 號的中心頻率就不能很準(zhǔn)確的定位于延遲干涉儀干涉相長傳輸曲線的峰值頻率。DQPSK模塊的接收鏈路也包括延遲干涉儀和平衡接收機(jī)。DQPSK模塊延遲干涉儀 的輸出包括I、Q兩個通道，這兩個通道可以單獨(dú)控制相位差，每個通道相當(dāng)于一個DPSK延 遲干涉儀。I通道兩光路相位差為η/4，Q通道兩光路相位差為-π/4。I、Q通道之間的相 位差為η/2。所以對于DQPSK延遲干涉儀，仍然可以采用本實(shí)用新型的控制電路及控制方 法單獨(dú)控制I通道或Q通道。但是，微控制器11不是尋找光功率比值的最大值，而是尋找 根據(jù)公式0.85B/(0. 15B+1)計(jì)算的比值。其中，B為延遲干涉儀4輸出的兩路光功率的最 大比值，將延遲干涉儀的控制電壓設(shè)置為對應(yīng)比值0.85B/(0. 15B+1)的電壓。圖6為延遲干涉儀采用本實(shí)用新型的控制裝置后兩個輸出口的眼圖示意圖，其 中，圖6a為干涉相長輸出口 42的輸出信號，圖6b為干涉相消輸出口 43的輸出信號。以上所述，僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本實(shí)用新型的保護(hù) 范圍。
權(quán)利要求一種DPSK/DQPSK模塊延遲干涉儀控制裝置，包括延遲干涉儀(4)和平衡接收機(jī)(5)，其特征在于，該控制裝置還包括微控制器單元(1)、驅(qū)動電路單元(2)和光功率取樣單元(3)；其中，微控制器單元(1)輸出電壓信號至驅(qū)動電路單元(2)，驅(qū)動電路單元(2)與所述延遲干涉儀(4)的加熱電阻(41)相連，所述延遲干涉儀(4)依次通過平衡接收機(jī)(5)和光功率取樣單元(3)與所述微控制器單元(1)相連；所述延遲干涉儀(4)的干涉相長口輸出光信號和干涉相消口輸出光信號輸入平衡接收機(jī)(5)，轉(zhuǎn)換為電信號，再分別經(jīng)過光功率取樣單元(3)進(jìn)行同倍放大，最后反饋至所述微控制器單元(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DPSK/DQPSK模塊延遲干涉儀控制裝置，其特征在于，所述微 控制器單元(1)進(jìn)一步包括微控制器(11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的DPSK/DQPSK模塊延遲干涉儀控制裝置，其特征在于，所述微 控制器單元(1)進(jìn)一步包括與所述微控制器(11)相連的適配電阻(12)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DPSK/DQPSK模塊延遲干涉儀控制裝置，其特征在于，所述 驅(qū)動電路單元(2)進(jìn)一步包括積分電路(21)、驅(qū)動電路(22)、取樣電阻(23)和放大電路 (24)；其中，所述微控制器單元(1)的微控制器(11)與所述積分電路(21)相連，然后依次 經(jīng)過所述驅(qū)動電路(22)與所述取樣電阻(23)相連，所述取樣電阻(23)與加熱電阻(41) 相串聯(lián)；所述放大電路并聯(lián)在所述取樣電阻(23)之間，然后將輸出信號反饋至所述積分電 路(21)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DPSK/DQPSK模塊延遲干涉儀控制裝置，其特征在于，所述光 功率取樣單元(3)進(jìn)一步包括第一放大電路(31)和第二放大電路(32)，所述第一放大電路 (31)和第二放大電路(32)分別與所述微控制器單元(1)的微控制器(11)相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的DPSK/DQPSK模塊延遲干涉儀控制裝置，其特征在于，所 述微控制器(11)的輸出值與所述延遲干涉儀的輸出電壓值U—一對應(yīng)，且其對應(yīng)關(guān)系如下 公式所示U = I X RX Rl/(AX R2)；其中，U為延遲干涉儀(4)的控制電壓，I為微控制器(11)的輸出電流或電壓，A為放 大電路(24)的放大系數(shù)，R為加熱電阻(41)的陽值，Rl為適配電阻(12)的阻值，R2為取 樣電阻(23)的阻值。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種DPSK/DQPSK模塊延遲干涉儀控制裝置，該控制裝置主要包括微控制器單元、驅(qū)動電路單元、光功率取樣單元；所述微控制器單元按照設(shè)定的時間間隔和步進(jìn)間隔輸出電信號，接收光功率取樣單元的輸出值，并計(jì)算其比值，由驅(qū)動電路單元處理微控制器的輸出信號，確保延遲干涉儀的控制電壓與微控制器的輸出信號一一對應(yīng)。如果微控制器的輸出信號改變，則延遲干涉儀的控制電壓產(chǎn)生相應(yīng)的改變，其值不超過控制電壓范圍，光功率取樣單元將延遲干涉儀輸出的兩路光功率轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電信號，并輸出到微控制器。本實(shí)用新型控制裝置減化了外圍硬件電路，并且采用硬件和軟件相結(jié)合的方式，易于實(shí)現(xiàn)，并且穩(wěn)定可靠。
文檔編號H04L27/22GK201742415SQ20102022898
公開日2011年2月9日 申請日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者楊俊麒, 楊瑾, 胡毅, 鄒暉 申請人:武漢電信器件有限公司