专利名称：外调式光发射机的光调变器偏压自动校正方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种外调式光发射机的光调变器的偏压控制技术及其装置，且特别是有关于一种用于外调式光发射机的光调变器的偏压控制器自动校正技术及其装置。
不过在实际使用的时候，发现应用于高线性传输系统的光调变器的偏压点会随着周遭温度而飘移，且若光调变器偏压点误差为正负1度时，将导致二阶非线性失真特性急剧恶化。因此，在一般商业用的外调式光发射机中，为了得到高线性低失真的传输特性所必须作的是除了将光调变器的偏压固定在偏压点Quad上，还有就是补偿因为温度所造成偏压点Quad的飘移。
目前在光调变器的偏压控制上，已有多人提出解决方案(如美国专利5812297、美国专利5343324…等)，请参考图4，图4是公知一种外调式光发射机的光调变器的偏压控制装置。此公知的偏压控制装置为利用一个10.85MHz信号产生器410产生一个10.85MHz的基准信号与一直流电压结合后送至光调变器的偏压输入端，当光调变器的最佳偏压点，也就是图3中的Quad点上产生偏移时，将会导致此光发射机所传输的传输光信号二阶非线性失真，而在光调变器所输出的此传输光信号中产生一个21.7MHz的信号。此传输光信号的经由一个90∶10分光光耦合器进入一个光接收器420将传输光信号成一个光电信号，并将此光电信号送到检波器430中。检波器430根据此21.7MHz信号的振幅与相位产生一个误差电压，此误差电压可能很小，所以经过窄频低通滤波器440须再经过一个直流放大器450进行直流放大。为了将放大后的噪声滤除，因此必须再通过一个窄频低通滤波器460。经过直流准位偏移器470将此误差电压偏移至微处理器490可接受的准位经过模拟/数字转换电路480输入至微处理器490中，再由微处理器490依据误差电压的大小，控制数字/模拟转换电路490输出一补偿电压(Offset)使光调变器的偏压点落Quad点上。
不过，检波器与直流放大器本身都具有产生补偿电压与零点飘移电压的特性。因此，当温度变化时，其在此偏压控制器的输出端将会产生额外的电压，而这些电压会造成偏压控制器不能提供正确的补偿电压以使光调变器的偏压维持在Quad点上。
本发明提出一种外调式光发射机的光调变器偏压自动校正方法，此光调变器为使用偏压控制器提供基准信号与直流电压结合的偏压控制信号至光调变器时，偏压控制器的接收端接收光调变器所输出的第一二次谐波分量信号，偏压控制器取与第一二次谐波分量信号频率相同且由基准信号衍生的第二二次谐波分量信号与第一二次谐波分量信号相比以产生直流电压用以控制光调变器的偏压，而此偏压自动校正方法包括一个测量周期以及一个校正周期。当偏压控制器处于测量周期时，接收端接地。然后测量偏压控制器所产生的额外补偿电压以及零点飘移电压。当偏压控制器处于校正周期时，接收端接收第一二次谐波分量信号。接着以第一二次谐波分量信号与第二二次谐波分量信号相比以得到直流误差电压。再将直流误差电压减去额外补偿电压以及零点飘移电压以得到直流电压。最后使用直流误差电压以作为光调变器偏压的控制。
本发明另外提出一种外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，此偏压自动校正装置于送出偏压控制信号至光调变器时，接收光调变器所输出的第一二次谐波信号，且该偏压自动校正装置根据该第一二次谐波信号产生直流电压以控制光调调变器的偏压，此偏压自动校正装置包括基准信号产生器、结合装置、光耦合装置、光接收器、电阻、射频开关、检波器、第一窄频低通滤波器、直流放大器、第二窄频低通滤波器、直流准位偏移器、模拟/数字转换电路、微处理器、数字/模拟转换电路。其中，基准信号产生器产生基准信号以及由基准信号衍生的第二二次谐波分量信号。结合装置电连接基准信号产生器以接收基准信号以及直流电压以输出偏压控制信号至光调变器。光耦合器接收第一二次谐波信号以输出。光接收器接收由光耦合器所输出的第一二次谐波信号以输出。电阻具有第一连接端以及第二连接端，且电阻的第二连接端电连接至地。射频开关用以选择接收由光接收器输出的第一二次谐波信号或是电连接电阻。检波器电连接基准信号产生器以及射频开关以输出第一二次谐波分量信号、第二二次谐波分量信号以及一直流误差电压信号。第一窄频低通滤波器，第一窄频低通滤波器电连接该检波器。直流放大器电连接第一窄频低通滤波器。第二窄频低通滤波器电连接直流放大器。直流准位偏移电路电连接第二窄频低通滤波器。模拟/数字转换电路电连接直流准位偏移电路。微处理器电连接模拟/数字转换电路以及射频开关。数字/模拟转换器电连接微处理器以及一该结合装置以输出该直流电压。
综上所述，本发明提出一种由微处理器控制射频开关以得到偏压控制器中的循环电路所产生的额外补偿电压以及零点飘移电压，并以此二电压作为真正误差电压的校正，使得光调变器的偏压可以落在正确的偏压点上，再经由测量周期以及校正周期的循环以达到自动校正偏压控制器。使得温度造成偏压点飘移的效应降到最低，并可调节偏压控制器本身的输出电压。
图1为公知目前的光纤传输网络；图2A为公知的直调式光发射机的简单电路方框图；图2B为公知的外调式光发射机的简单电路方框图；图3为光调变器的特性曲线图；图4为公知的外调式光发射机的光调变器的偏压控制器；图5为根据本发明实施例的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置；以及图6为根据本发明实施例的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正方法的流程图。
附图标记说明1101550nm外调式光纤发射机120光放大器130光接收器210、250、526激光光源260、524光调变器230、270光放大器240直调式光发射机280外调式光发射机410、502信号产生器430、504检波器440、460、506、510窄频低通滤波器450、508直流放大器470、512直流准位偏移器
480、514模拟/数字转换电路490、516微处理器495、518数字/模拟转换电路520结合装置538偏压控制器601-609光调变器偏压自动校正方法流程的步骤请参考图5，图5为根据本发明实施例的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置。此偏压控制器538为由基准信号产生器502、结合装置520、光耦合装置528、光接收器530、电阻532、射频开关522、乘法检波器504、窄频低通滤波器506、直流放大器508、窄频低通滤波器510、直流准位偏移器512、模拟/数字转换电路514、微处理器516、数字/模拟转换电路518所构成。
在本发明实施例中，作法为当偏压控制器538于温度变化对光调变器524作偏压补偿时，使用微处理器516送出一控制信号给射频开关522，使得射频开关522选择电连接电阻532而接地使得从数字/模拟转换电路518、结合装置520、检波器504、窄频低通滤波器506、直流放大器508、窄频低通滤波器510、直流准位偏移器512、模拟/数字转换电路514到微处理器516的各级电路接地，再以微处理器516测量模拟/数字转换电路514所输出的电压值。此电压值即为此偏压控制器538于温度变化时所额外产生的额外补偿电压以及零点飘移电压。
当得到此额外补偿电压以及零点飘移电压后，微处理器516暂存此两电压值作为校正用并送出另一个控制信号给射频开关522，使得射频开关522选择电连接光接收器530。此时受温度变化影响的光调变器所输出的光信号便会产生一个带有基准信号两倍频率的第一二次谐波分量信号的光信号。由光耦合器528将此第一二次谐波分量信号耦合下来并送至光接收器530。此第一二次谐波分量信号从光接收器530输出并经由射频开关522送至乘法检波器504中。乘法检波器504便会根据由基准信号产生器502所产生的与第一二次谐波分量信号频率相同的一个第二二次谐波分量信号与第一二次谐波分量信号作振幅的比较以产生一个直流误差电压信号。此时检波器504并会将此第一二次谐波分量信号、第二二次谐波分量信号以及直流误差电压信号输出至窄频低通滤波器506，窄频低通滤波器506将此三信号过滤只留下此直流误差电压信号。由于此直流误差电压信号可能很小，因此必须经过直流放大器508作直流放大。而经过放大后的直流误差电压信号可能带有噪声因此必须再做一次滤波，所以通过窄频低通滤波器510输入至直流准位偏移电路512。此直流准位偏移电路512将此直流误差电压信号作准位的调整，目的是让直流误差电压信号能顺利通过模拟/数字转换电路514，也就是使得直流误差电压信号的波型能够完整的通过数字/模拟转换电路514。此直流误差电压信号经过模拟/数字转换电路514作模拟信号转换为数字信号的动作以输出至微处理器516。而微处理器516所接收的此数字信号则包含额外补偿电压、零点飘移电压以及光调变器本身所产生的误差电压。微处理器516使用减法运算将此数字信号所代表的电压值减去刚才所测量出的额外补偿电压以及零点飘移电压的电压值以得到一个光调变器本身因为温度影响所需的补偿偏压值。微处理器516再将此补偿偏压值经过数字/模拟转换电路输出，成为一个直流电压信号。此直流电压信号再经由结合装置520与基准信号结合送至光调变器524中，使得光调变器524的偏压能落在最佳的偏压点上。
如果微处理器516以射频开关522电连接电阻532后所做的动作为一个测量周期，以电连接光接收器所做的动作作为一个校正周器，并依据外界温度的变化幅度作为两个周期间隔的判断，利用两个周器的动作对偏压控制器538周期性的偏压校正。那么就可以温度造成偏压点飘移的效应降到最低，并可调节偏压控制器本身的输出电压。而达到最有效率的偏压控制方式。
本发明还提出一种外调式光发射机的光调变器偏压自动校正方法，此方法也用于当光调变器使用偏压控制器提供基准信号与直流电压结合的偏压控制信号至光调变器时，偏压控制器的接收光调变器所输出的第一二次谐波分量信号，且偏压控制器取与第一二次谐波分量信号频率相同以及由基准信号衍生的第二二次谐波分量信号与第一二次谐波分量信号相比以产生直流电压用以控制光调变器的偏压，其偏压自动校正方法流程，请参考图6。此偏压自动校正方法可分为两个周期，测量周期以及校正周期。
当偏压控制器处于测量周期时，步骤601，偏压控制器不接收第一二次谐波分量信号而选择接地。步骤603，测量偏压控制器内部各级电路由于温度产生的额外补偿电压以及零点飘移电压。步骤605，当偏压控制器处于校正周期时，接收端选择接收第一二次谐波分量信号而不接地。步骤607，以第一二次谐波分量信号与第二二次谐波分量信号相比以得到一个直流误差电压。再将直流误差电压减去额外补偿电压以及零点飘移电压以得到直流电压。步骤609，使用直流误差电压以作为光调变器偏压的控制。
综合上述，本发明提出一种由微处理器控制射频开关以得到偏压控制器中的循环电路所产生的额外补偿电压以及零点飘移电压，并以此二电压作为真正误差电压的校正，使得光调变器的偏压可以落在正确的偏压点上，再经由测量周期以及校正周期的循环以达到自动校正偏压控制器。使得温度造成偏压点飘移的效应降到最低，并可调节偏压控制器本身的输出电压。
虽然本发明已以实施例说明如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当权利要求书为准。
权利要求
1.一种外调式光发射机的光调变器偏压自动校正方法，其特征为该光调变器使用一偏压控制器提供一基准信号与一直流电压结合的一偏压控制信号至该光调变器时，该偏压控制器的一接收端接收该光调变器所输出的一第一二次谐波分量信号，该偏压控制器取与该第一二次谐波分量信号频率相同且由该基准信号衍生的一第二二次谐波分量信号与该第一二次谐波分量信号相比以产生该直流电压用以控制该光调变器的偏压，其偏压自动校正方法包括该偏压控制器处于一测量周期时，该接收端接地；测量该偏压控制器所产生的一额外补偿电压以及一零点飘移电压；该偏压控制器处于一校正周期时，该接收端接收该第一二次谐波分量信号；以该第一二次谐波分量信号与该第二二次谐波分量信号相比以得到一直流误差电压；将该直流误差误差电压减去该额外补偿电压以及该零点飘移电压以得到该直流电压；使用该直流误差电压以作为该光调变器偏压的控制。
2.如权利要求1所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正方法，其特征为其中以该第一二次谐波分量信号的振幅与该第二二次谐波分量信号的振幅相比以得到该电压。
3.如权利要求1所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正方法，其特征为其中可先将该直流误差电压作直流放大并作准位偏移，再将该直流误差电压减去该额外补偿电压以及该零点飘移电压以得到该直流电压。
4.如权利要求1所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正方法，其特征为其中可依据一温度变化程度调整该测量周期的间隔或该校正周期的间隔。
5.一种外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为该偏压自动校正装置于送出一偏压控制信号至该光调变器时，接收该光调变器所输出的一第一二次谐波信号，且该偏压自动校正装置根据该第一二次谐波信号产生一直流电压以控制该光调调变器的偏压，该偏压自动校正装置包括一基准信号产生器，该基准信号产生器用以产生一基准信号以及由该基准信号衍生的一第二二次谐波分量信号；一结合装置，该结合装置电连接该基准信号产生器并接收该直流电压以输出该偏压控制信号至该光调变器；一光耦合器，该光耦合器接收该第一二次谐波信号以输出；一光接收器，该光接收器接收由该光耦合器所输出的该第一二次谐波信号以输出；一电阻，具有第一连接端以及第二连接端，且该电阻的第二连接端电连接至地；一射频开关，该射频开关用以接收由光接收器输出的该第一二次谐波信号与电连接该电阻中两者择一；一检波器，该检波器电连接该基准信号产生器以及该射频开关以输出该第一二次谐波分量信号、该第二二次谐波分量信号以及一直流误差电压信号；一第一窄频低通滤波器，该第一窄频低通滤波器接收该第一二次谐波分量信号、该第二二次谐波分量信号以及一直流误差电压信号；一直流放大器，该直流放大器电连接该第一窄频低通滤波器；一第二窄频低通滤波器，该第二窄频低通滤波器电连接该直流放大器；一直流准位偏移电路，该直流准位偏移电路电连接该第二窄频低通滤波器；一模拟/数字转换电路，该模拟/数字转换电路电连接该直流准位偏移电路；一微处理器，该微处理器电连接该模拟/数字转换电路以及该射频开关；以及一数字/模拟转换器，该数字/模拟转换器电连接该微处理器以及该结合装置以输出该直流电压。
6.如权利要求5所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为其中该射频开关可为一半导体开关。
7.如权利要求5所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为其中该射频开关可为一继电器。
8.如权利要求5所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为其中该检波器可为一乘法检波器。
9.如权利要求5所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为其中该检波器可为一二极管检波器。
10.如权利要求5所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为其中该检波器可为一集成电路。
11.如权利要求5所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为其中该检波器可为一离散电路。
12.如权利要求5所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为其中该窄频低通滤波器可由一电容、一电阻以及一电感中三者择一的被动元件所组成。
13.如权利要求5所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为其中该窄频低通滤波器可为一晶体管、一场效应晶体管以及一运算放大器中三者择一的主动元件所组成。
14.如权利要求5所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为其中该直流放大器的组成可为一晶体管、一场效应晶体管以及一运算放大器中三者择一。
15.如权利要求5所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为其中该模拟/数字转换电路可为一集成电路。
16.如权利要求5所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为其中该模拟/数字转换电路可为一离散电路。
17.如权利要求5所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为其中该数字/模拟转换电路可为一集成电路。
18.如权利要求5所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为其中该数字/模拟转换电路可为一离散电路。
19.如权利要求11所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为其中该离散电路的组成可为一晶体管、一场效晶体管以及一运算放大器中三者择一。
20.如权利要求16所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为其中该离散电路的组成可为一晶体管、一场效晶体管以及一运算放大器中三者择一。
21.如权利要求18所述的外调式光发射机的光调变器偏压自动校正装置，其特征为其中该离散电路的组成可为一晶体管、一场效晶体管以及一运算放大器中三者择一。
全文摘要
一种外调式光发射机的光调变器偏压自动校正方法及装置，是利用基准信号产生器、光信号接收器、二阶信号产生器、二阶信号检波器、直流放大器以及温度自动校正装置所组成的闭回路控制系统，使得光调变器偏压点保持固定且得以稳定输出光功率并达到降低失真的传输效果。避免因周围环境及温度变化，造成光输出改变，使得传输信号产生额外失真。
文档编号H04B10/04GK1440142SQ0210508
公开日2003年9月3日 申请日期2002年2月20日 优先权日2002年2月20日
发明者林明忠, 许祐豪, 高志荣 申请人:新怡力科技股份有限公司