本发明涉及光纤通信中光接收机领域，更具体的涉及，一种雪崩光电二极管(APD)偏置电压的温度补偿方案。
背景技术：
长距离光纤通信通常使用雪崩光电二极管(APD)作为接收端的核心设备，将光信号转换成电信号。相对于普通光电二极管，APD具有较高的增益，和由此带来的高灵敏度。
为了获得较高的增益水平，需要向APD提供较高的偏置电压(30～60V)。该偏置电压是温度敏感的，它与温度作同向线性变化，二者之间的比例系数称为APD偏置电压的温变系数。因此光接收机电路提供给APD的偏置电压必须具有温度补偿能力：能够根据温度变化的情况，适当调节偏置电压的大小，使得偏置电压随温度作线性变化，变化的比例系数等于所选用的APD偏置电压的温变系数。
目前光纤通信接收端对APD偏置电压的温度补偿方法有两种，一是传统的使用热敏电阻的方法，二是使用查找表的方法。
传统的使用热敏电阻的方法粗略地利用了负温度系数热敏电阻的阻值随温度变化的规律，将单个负温度系数热敏电阻与固定阻值的电阻串并联，形成电阻网络，作为电压产生电路的反馈电阻。当温度变化时，电阻网络阻值变化，从而改变输出电压，达到补偿APD偏置电压随温度变化的目的。这种方法思路简单，只需要简单的计算就能设计完成，但缺点是，无论电阻网络的形式如何变化，由于单个负温度系数热敏电阻的阻值随温度变化的函数是指数形式的，因此电阻网络的等效电阻与温度之间的变化关系始终存在较大的非线性度，图1所示即为传统的使用热敏电阻补偿APD偏置电压的方法，产生的输出电压随温度变化情况的曲线图。可以看到在263K(-10℃)与328K(55℃)附近，输出补偿电压与理想电压的差异最大，两者绝对值之和达到1.33V，商业温度(0～70℃)范围内非线性度为1.43％。这样导致APD偏置电压温度补偿效果较差，设备的接收灵敏度有较大波动。
查找表方法是预先记录APD偏置电压与温度之间的关系表格，当温度变化时，温度感知装置将当前温度转换成数字编码，据此查表找到对应的电压值，再利用调整数字电阻器、改变升压电路占空比等手段调整输出电压。从而达到当温度变化时，调整APD偏置电压的目的。这种方法的缺点有四。第一，制作温度-电压关系表格的工作繁琐。通常情况下，需要在多个温度点下，测量上百台设备的最佳接收灵敏度数据，非常耗时。当灵敏度不能通过误码仪直接测量，而是通过丢包率等指标间接测量时，还会引入相当大的测量误差。第二，根据SFF-8472协议规定，接收端设备的DDMI温度误差不得超过±3℃。这就意味着，如果APD偏置电压与温度之间的线性关系的比例系数是0.1V/℃，那么最大0.6V的误差是合乎SFF-8472协议规定的，但是显然这么大的误差会导致比较大的灵敏度变化范围。第三，输出电压的调整精度受到数字编码的分辨度控制，误差较大。最后，数字电阻器的价格较高，导致光接收端设备的成本居高不下。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，提供一种APD偏置电压温度补偿装置及方法，以解决光接收端设备温度补偿复杂的问题。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种雪崩光电二极管APD偏置电压温度补偿装置，包括电压调整单元、升压单元和反馈单元，所述电压调整单元，根据预先设置的数字编码输出电流信号，改变反馈单元的分压比例，调整升压单元输出的电压Vout，其中：
所述反馈单元分为固定阻值的反馈电阻R1，以及与所述反馈电阻Rl的反馈电压端相连的温度补偿子单元，所述温度补偿子单元采用两个以上的负温度系数热敏电阻与固定阻值的电阻组成电路，为所述反馈电阻R1的反馈电压进行线性温度补偿。
可选地，上述装置中，所述温度补偿子单元采用两个以上的负温度系数热敏电阻与固定阻值的电阻组成电路，为所述反馈电阻R1的反馈电压进行温度补偿指：
所述温度补偿单元包括负温度系数热敏电阻RT1与固定阻值的电阻R3组成并联电路，负温度系数热敏电阻RT2与固定阻值的电阻R4组成串联电路，所述并联电路与串联电路再次并联后，与固定阻值的电阻R2串联，所述电阻R2的另一端与所述反馈电阻R1的反馈电压端相连。
可选地，上述装置中，所述温度补偿子单元采用两个以上的负温度系数热敏电阻与固定阻值的电阻组成电路，为所述反馈电阻R1的反馈电压进行温度补偿指：
所述温度补偿单元包括负温度系数热敏电阻RT1与固定阻值的电阻R3组成并联电路，该并联电路与固定阻值的电阻R4串联后，与负温度系数热敏电阻RT2再次并联，最后与固定阻值的电阻R2串联，所述电阻R2的另一端与所述反馈电阻R1的反馈电压端相连。
可选地，上述装置中，所述反馈单元还包括用于稳定环路参数的电容C1，所述电容C1与固定阻值的反馈电阻R1并联。
可选地，上述装置中，所述升压单元采用脉冲宽度调制PWM电源开关组成的升压电路以及电荷泵升压电路。
可选地，上述装置中，所述电压调整单元至少采用数字-模拟信号转换芯片DAC、单片机、激光二级管驱动-接收芯片组成。
本发明还公开了一种雪崩光电二极管APD偏置电压温度补偿方法，包括，APD偏置电压温度补偿装置中电压调整单元根据预先设置的数字编码输出电流信号，改变APD偏置电压温度补偿装置中反馈单元的分压比例，以调整升压单元的输出电压Vout，其中，所述反馈单元中温度补偿子单元利用两个以上的负温度系数热敏电阻与固定阻值的电阻组成电路，为所述反馈单元中的固定阻值的反馈电阻R1的反馈电压进行线性温度补偿。
可选地，上述方法中，所述反馈单元中温度补偿子单元利用两个以上的负温度系数热敏电阻与固定阻值的电阻组成电路指：
采用负温度系数热敏电阻RT1与固定阻值的电阻R3组成并联电路，负温度系数热敏电阻RT2与固定阻值的电阻R4组成串联电路，所述并联电路与串联电路再次并联后，与固定阻值的电阻R2串联，所述电阻R2的另一端与所述反馈电阻R1的反馈电压端相连。
可选地，上述方法中，所述反馈单元中温度补偿子单元利用两个以上的负温度系数热敏电阻与固定阻值的电阻组成电路指：
采用负温度系数热敏电阻RT1与固定阻值的电阻R3组成并联电路，该并联电路与固定阻值的电阻R4串联后，与负温度系数热敏电阻RT2再次并联，最后与固定阻值的电阻R2串联，所述电阻R2的另一端与所述反馈电阻R1的反馈电压端相连。
可选地，上述方法还包括：
所述APD偏置电压温度补偿装置采用电容C1与固定阻值电阻R1并联，稳定环路参数。
本申请技术方案提供的APD偏置电压温度补偿方案能够根据温度的变化，适当调整输出电压。在工作温度范围内(-40℃～85℃)，使输出电压(即是APD偏置电压)与温度之间成线性关系。从而降低了光接收端设备研制工作的工作量和难度，并且提高了APD偏置电压温度补偿的线性度，能够满足不同APD厂商产品的需求。
附图说明
图1为传统的使用热敏电阻补偿APD偏置电压的方法产生的输出电压随温度变化情况的曲线图；
图2为本发明公开的APD偏置电压温度补偿方法的电路示意图；
图3为包括依据本发明的一个实施例的APD偏置电压温度补偿电路的配置示意图；
图4为包括依据本发明的另一个实施例的APD偏置电压温度补偿电路的配置示意图；
图5为依据本发明公开的APD偏置电压温度补偿方法产生的输出电压随温度变化情况的曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文将结合附图对本发明技术方案作进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
实施例1
本实施例提供一种APD偏置电压温度补偿装置，至少包括电压调整单元、升压单元以及反馈单元，其中，反馈单元分为固定阻值的反馈电阻R1和温度补偿子单元。
电压调整单元，根据预先设置的数字编码输出电流信号，改变反馈单元的分压比例，调整升压单元输出的电压Vout；
反馈单元，温度补偿子单元与固定阻值的反馈电阻R1的反馈电压端相连，温度补偿子单元采用两个以上的负温度系数热敏电阻与固定阻值的电阻组成电路，为所述反馈电阻R1的反馈电压进行温度补偿。
其中，温度补偿子单元可以包括负温度系数热敏电阻RT1与固定阻值的电阻R3组成并联电路，负温度系数热敏电阻RT2与固定阻值的电阻R4组成串联电路，上述并联电路与串联电路再次并联后，与固定阻值的电阻R2串联，电阻R2的另一端与反馈电阻R1的反馈电压端相连即可。
另外，上述反馈单元还可以包括用于稳定环路参数的电容C1，该电容C1与固定阻值的反馈电阻R1并联。
还有一些优选方案，如图2所示，升压单元100是一个DC/DC升压电路，能够从3.3V直流电压产生15V～70V的直流输出电压，该输出电压连接到APD400的偏置电压管脚。电压调整单元200是一个可编程恒流源，通过在电压反馈点吸收或者放出电流，可以在上述输出电压上叠加指定幅度的直流电压分量，满足不同APD个体的偏置电压需要。还包括反馈单元300。反馈单元300由温度补偿子单元310和一个固定阻值电阻R1串联组成。电容C1与R1并联，用于稳定环路参数。温度补偿电路310由两个负温度系数热敏电阻与其他固定阻值电阻搭配组成：负温度系数热敏电阻RT1与固定阻值电阻R3组成并联电路，负温度系数热敏电阻RT2与固定阻值电阻R4组成串联电路，上述并联电路与串联电路再次并联后，再与固定阻值电阻R2串联，即形成温度补偿电路310。在工作温度范围内(-40℃～85℃)，随着温度变化，所述温度补偿电路310的阻值随之发生线性变化，从而使得输出电压随温度做线性变化。
下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述：出于简化和阐明的目的，为避免可能使本发明的主旨不清楚，因此省略对其中包括的已知功能和电路的详细描述。
图3给出了依据本申请公开的APD偏置电压温度补偿装置的一个优选方案。如图3所示，升压单元100可以包括由总部位于79GreatOaksBlvd，SanJose，CA，USA的美国芯源系统有限公司(MPS)生产的“MP3217”芯片，使用PWM电源开关技术组成升压电路。该PWM升压电路利用3.3V输入电压，具有产生最高36V的输出电压Vp的能力。电压产生部分100还包括由总部位于4949HedgcoxeRoad，Plano,Texas，USA的美国DIODES公司生产的“MMBD4148TW”芯片，组成电荷泵升压电路。该电荷泵升压电路利用Vp作为输入电压，具有产生最高70V的输出电压Vout的能力。APD400的偏置电压输入管脚与Vout相连。
电压调整单元200是一个可编程恒流源，包含由总部位于4000MacArthurBlvd.,EastTowerNewportBeach,CA92660的美国MINDSPEED公司生产的“M02098”激光二极管驱动-接收芯片。该芯片接收预先设置的数字编码，通过片内DAC转换成电流信号I1，从AUXDAC管脚输出，从右向左流过电阻R5。由于该电流信号I1的存在，Vout上就叠加了一个直流分量，其大小等于I1×R1。在批量生产光接收端设备时，由于每个APD在常温下的偏置电压都不相同，通过调整该芯片的数字编码，即可以调整每个APD在常温下的偏置电压。
反馈单元300是由温度补偿子单元310和一个固定阻值电阻R1串联组成，电容C1与R1并联，用于稳定环路参数。负温度系数热敏电阻RT1与固定阻值电阻R3组成并联电路，负温度系数热敏电阻RT2与固定阻值电阻R4组成串联电路，上述并联电路与串联电路再次并联后，再与固定阻值电阻R2串联，即形成温度补偿子单元310。
电路参数计算方法如下：
输出电压Vout等于APD需要的偏置电压Vapd：
Vout＝Vapd①
本实施例中，APD偏置电压Vapd的温变系数为0.08V/℃，因此Vapd与温度T的关系如下：
Vapd＝0.08×T+b②
其中，截距b称为偏移量，每个APD的偏移量都不相同。
根据PWM电源开关技术的特点、MP3217、热敏电阻的数据手册，输出电压Vout的公式如下：
其中，Vfb为MP3217的参考电压，Rn为反馈网络下分压电阻的阻值。
在工作温度范围(-40℃～85℃)内，取温度T等于233K、263K、298K、328K、358K，可以得到5个方程。该方程组没有解析解，可以使用数值计算工具例如MATLAB等，计算出数值解。本实施例中得到如下结果：
R2＝6.34KΩ
R3＝8.45KΩ
R4＝6.65KΩ
RT1常温标称阻值＝15KΩ，B＝4000K
RT2常温标称阻值＝1.5KΩ，B＝4000K
根据上述选定的电路参数，可以得到在整个工作温度范围内，输出电压Vout的线性度达到0.4％。当APD需要的偏置电压更高时，本实施例的输出电压线性度指标还会更好。
图4所示为依据本申请公开的APD偏置电压温度补偿装置的另一个优选方案。此方案与图3所示的方案的不同主要在于，温度补偿子单元中负温度系数热敏电阻RT1与固定阻值的电阻R3组成并联电路，该并联电路与固定阻值的电阻R4串联后，与负温度系数热敏电阻RT2再次并联，最后与固定阻值的电阻R2串联，所述电阻R2的另一端与所述反馈电阻R1的反馈电压端相连。
从图5可以看出，上述装置在全温范围内，输出补偿电压都紧贴理想电压，两者最大差值的绝对值之和为0.38V。商业温度(0～70℃)范围内非线性度为0.25％。
实施例2
本实施例提供一种APD偏置电压温度补偿方法，主要包括：
APD偏置电压温度补偿装置中电压调整单元根据预先设置的数字编码输出电流信号，改变APD偏置电压温度补偿装置中反馈单元的分压比例，以调整升压单元输出电压Vout；
其中，所述反馈单元中温度补偿子单元利用两个以上的负温度系数热敏电阻与固定阻值的电阻组成电路，为所述反馈单元中的固定阻值的反馈电阻R1的反馈电压进行线性温度补偿。
具体地，APD偏置电压温度补偿装置利用两个以上的负温度系数热敏电阻与固定阻值的电阻组成电路指：
采用负温度系数热敏电阻RT1与固定阻值的电阻R3组成并联电路，负温度系数热敏电阻RT2与固定阻值的电阻R4组成串联电路，所述并联电路与串联电路再次并联后，与固定阻值的电阻R2串联，所述电阻R2的另一端与所述反馈电阻R1的反馈电压端相连。
或者，采用负温度系数热敏电阻RT1与固定阻值的电阻R3组成并联电路，该并联电路与固定阻值的电阻R4串联后，与负温度系数热敏电阻RT2再次并联，最后与固定阻值的电阻R2串联，所述电阻R2的另一端与所述反馈电阻R1的反馈电压端相连。
优选地，上述APD偏置电压温度补偿装置还可以采用电容C1与固定阻值电阻R1并联，稳定环路参数。
APD偏置电压温度补偿装置升压输出电压Vout时，可以采用脉冲宽度调制PWM电源开关组成的升压电路以及电荷泵升压电路进行升压后，输出电压Vout。
APD偏置电压温度补偿装置中电压调整单元根据预先设置的数字编码输出电流信号时，可以采用可编程恒流源，数字-模拟信号转换芯片DAC、单片机、激光二级管驱动-接收芯片实现电流信号的转换。
由于上述方法的实施可依赖上述实施例1中的APD偏置电压温度补偿装置，因此本实施例的详细说明可参见上述实施例1的相应内容，在此不再赘述。
从上述实施例可以看出，本申请技术方案具有补偿效果线性度高、计算简便、价格低廉的特点，能适应各个APD厂家的产品。
本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本申请不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。
以上所述，仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。