CN104836613A - 一种对光模块的收端光功率进行校准的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对光模块的收端光功率进行校准的方法，所述光模块为接收端组件采用APD雪崩光电二极管的SFP小型可热插拔光电收发模块。本发明通过提供一种针对使用APD雪崩光电二极作为接收端组件的SFP光模块产品，对该光模块收端光功率进行校准的方法，因其采用二次函数曲线逼近对数曲线的方法来拟合校准收端光功率的方法，使得其在保证了协议精度为±3dB要求甚至超过协议要求的监控精度；同时对于光模块中的MCU微控制器而言，因其只需要进行平方运算，校准系数只有三个常量，解决了传统的复杂对数运算而导致的MCU微控制器无法满足时序，资源的浪费，增大负荷等问题，具有提高MCU微控制运算及运行效率的有益效果。

Description

一种对光模块的收端光功率进行校准的方法

技术领域

本发明涉及一种在光信号传输情况下使用的光模块。更具体地说，本发明涉及一种用在光信号传输情况下的光模块收端光功率校准方法。

背景技术

按照SFF-8472协议规定，光模块需要在不同的接收端光功率输入下，实时采样接收端光功率并上报给设备，以此达到监控和诊断光模块是否正常工作、链路衰减是否正常的目的。因此光模块生产过程中需要对收端光功率进行校准，从而使得光模块在不同光功率输入的情况下能准确监控并上报。协议规定监控的光功率精度为±3dB，部分设备厂家要求的精度为±1.5dB甚至更高，因此，如何提高光模块收端光功率的监控精度尤为重要。

普通带数字诊断功能的SFP光模块多采用线性的PIN光电二极管作为接收端组件，然而随着光通信技术的发展，长距离传输的迫切要求使得SFP光模块采用了具有非线性特性的APD雪崩光电二极管器件，且其使用更加广泛。

对于采用PIN光电二极管作为接收端组件的光模块其传统的线性校准方法是，通过控制衰减器的衰减分别输入到光模块一个强光和一个弱光，再分别采样两个点的光电流值，得到两组数据(PWR₁、PWR₂和I₁、I₂)，从而计算出一次函数(PWR＝k·I+b)中的两个参数k和b，将这两个参数写入下位机完成校准。光模块正常工作时，实时采样接收端的光电流值，再根据上述公式计算出此时的光功率值，按照协议要求写入A2[104-105]区域，完成监控值上报。

对于采用APD雪崩光电二极管作为接收端光组件的光模块，由于其具有非线性特性，导致传统的线性校准方法无法满足精度要求。尤其是APD器件，其I-P曲线的指数关系更是无法直接采用传统的线性校准方式，如果采用传统线性方法进行校准，无法保证±3dB的精度要求，因此只能采用如下介绍的对数关系进行校准，以使其达到协议精度的要求。

光模块选择使用APD雪崩光电二极管作为接收端组件的原因，主要是为了利用雪崩倍增效应使光电流倍增后提高接收灵敏度，而APD雪崩光电二极管需要有一定的反向偏压才能产生相应的倍增效应，因此APD雪崩光电二极管的正常工作电压始终在临近击穿电压(Vbr)附近，当收端光功率很小时(PWR<-20dBm)，光电流变化也很小，当收端光功率大到一定程度后，输出的光电流将会呈指数型增长，通过坐标关系可以绘制出如图1所示的图表。

APD雪崩光电二极输出光电流(I)和输入光功率(PWR)的关系可以用如下公式表示：

I＝k·a^PWR+b  (公式1)

对于光模块而言，其需要通过接收端的电路实时采样光电流，通过公式2计算出此时的光功率，并更新到SFF-8472协议规定的EEPROM字节。

PWR＝k·log_aI+b  (公式2)

由公式2可知，接收端光功率PWR和光电流的关系(P-I)如图2，呈对数关系。

采用对数关系进行光模块的校准，其校准虽然能达到协议精度要求，但却在光模块正常工作时，其每一次光功率的监控上报均需要进行对数运算，才能实现。然而出于成本和封装的考虑，光模块多采用MCU微控制器或者集成芯片完成其需要的计算功能，但MCU微控制器对于浮点型运算的支持很有限，如果采用公式2进行对数运算，会占用MCU微控制器太多资源，增加了MCU微控制器的负荷，影响其运算及运行速度。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是通过提供一种针对使用APD雪崩光电二极作为接收端组件的SFP光模块收端光功率进行校准的方法，因其采用二次函数曲线逼近对数曲线的方法来拟合校准收端光功率的方法，使得其在保证了协议精度为±3dB要求甚至超过协议要求的监控精度；同时对于光模块中的MCU微控制器而言，因其只需要进行平方运算，校准系数只有三个常量，相对于传统的校准方法中复杂对数运算，其具有运算简单，易于实现的优点。

本发明还有一个目的是通过提供一种采用本发明校准方法的光模块进行光功率数字监控上报的方法，光模块在工作时，MCU微控制器计算中最复杂的环节也只涉及平方运算，不涉及对数关系运算，相对于采用传统的校准方法的光模块进行光功率数字监控上报，其解决了MCU微控制器复杂对数运算导致的MCU微控制器无法满足时序，资源的浪费，增大负荷等问题，使得MCU微控制器运算简单，其运算负荷量显著减少，其响应及运行速度得到显著提高。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种对光模块的收端光功率进行校准的方法，所述光模块为接收端组件采用APD雪崩光电二极管的SFP小型可热插拔光电收发模块，包括以下步骤：

步骤一，所述光模块的APD雪崩光电二极管接收外部设备依次输入的n个大小不同光功率值PWR_n对应的光信号，其中所述n的取值为3，所述光功率值PWR_n的取值范围为-6dBm～-32dBm；

步骤二，所述光模块的APD雪崩光电二极管接收到的光信号分别转换成对应的光电流输出给所述光模块的采样电路，所述采样电路输出对应的光电流值I_n到MCU微控制器；

步骤三，所述MCU微控制器基于光功率值PWR_n以及光电流值I_n，根据以下公式求出所述光模块接收端光功率所对应的校准系数a、b、c；

${\mathrm{PWR}}_n=a*I_n^2+b*I_n+c$

步骤四，所述MCU微控制器将校准系数a、b、c以及步骤三中的公式，分别写入EEPPOM存储器中指定的校准区域，完成校准。

优选的是，其中，在步骤一中，所述外部设备包括激光器和光衰减控制器，所述激光器产生激光信号，并通过光衰减器将所述激光信号调整成与光功率值PWR_n对应的光信号输入至所述光模块的APD雪崩光电二极管中。

一种采用所述校准方法的光模块，包括：所述光模块的收端包括APD雪崩光电二极管、MCU微控制器，所述APD雪崩光电二极与MCU微控制器通过采样电路进行连接，且所述MCU微控制器还连接有EEPPOM存储器。

本发明的目的还可以进一步由一种采用所述光模块对其收端的光功率进行上报的方法来实现，包括以下步骤：

步骤一，所述光模块的APD雪崩光电二极管接收光信号，并将其转换成对应的光电流输出给采样电路，所述采样电路输出对应的光电流值I到MCU微控制器；

步骤二，所述光模块的MCU微控制器读取EEPPOM存储器校准区域中存储的光模块收端光功率校准系数a、b、c，并基于接收到的光电流值I，采用以下公式

PWR＝a·I²+b·I+c

计算得出此时光模块收端的光功率PWR值，以用于收端光功率值的监控上报。

本发明至少包括以下有益效果：其一，由于本发明的校准方法采用二次函数曲线逼近对数曲线的方法来拟合校准收端光功率的方法，使得校准后光模块的光功率精度满足协议精度为±3dB的要求，甚至超过协议要求的监控精度。

其二，由于本发明的校准方法采用二次函数拟合的方式进行收端光功率的校准，使得校准时的计算更加简单，运算速度显著提升，操作性更强。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为光模块中APD雪崩光电二极管的指数关系I-P曲线图；

图2为光模块中APD雪崩光电二极管的对数关系P-I曲线图；

图3为本发明的另一个实施例中APD雪崩光电二极管的二次函数按拟合的P-I曲线图；

图4为本发明的另一个实施例中光模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

根据本发明的一种对光模块的收端光功率进行校准的方法，其主要用于在光模块生产过程中，所述光模块为接收端组件采用APD雪崩光电二极管的SFP小型可热插拔光电收发模块，包括以下步骤：

步骤一，所所述光模块的APD雪崩光电二极管接收外部设备依次输入的n个大小不同光功率值PWR_n对应的光信号，其中所述n的取值为3，所述光功率值PWR_n的取值范围为-6dBm～-32dBm，光模块的接收端均具有一个工作范围，这个范围由过载点～灵敏度点组成，且这个范围取决于光模块接收端的光器件，因此所述光功率PWR的取值范围取决于光模块中光电二极管的额定工作范围，其通常因光电二极管的额定工作范围或型号不同，其要求的范围也不同，因此其不是一个定值，所以本发明给出的取值范围为-6dBm～-32dBm，其只是一个典型值，其表达的是一种典型的APD雪崩光电二极管的过载典型值-6dBm，以及灵敏度的典型值-32dBm，超出这个范围，该型号的APD雪崩光电二极管就可能不工作或者损坏了，因此对于光模块中因其具体的光电二极管工作范围不同，而对本发明中的光功率PWR的取值范围进行的修改或替换，仍然在本发明的保护范围之内。本发明的APD雪崩光电二极管的二次函数P-I曲线如图3所示，这里n的取值为3是因为二次函数只需要在其曲线图上取三个坐标点，就能得到二次函数中的校准系数常量；

步骤二，所述光模块的APD雪崩光电二极管将接收到的光信号分别转换成对应的光电流输出给所述光模块的采样电路，所述采样电路输出对应的光电流值I_n到MCU微控制器；

步骤三，所述MCU微控制器基于光功率值PWR_n以及光电流值I_n，根据以下公式求出所述光模块接收端光功率所对应的校准系数a、b、c；

${\mathrm{PWR}}_n=a*I_n^2+b*I_n+c$

本发明采用二次函数曲线逼近对数曲线，如图3所示，其只采用抛物线的左半段曲线，MCU微控制器增加了边界处理，可满足SFF-8472要求±3dB的精度要求，生产过程中做校准时，只需要找到a、b和c这3个常量即可；由二次函数的特性可知，求解这3个常量需要3个坐标点，即校准时需要通过控制光衰减器依次向APD雪崩光电二极管输出3个功率值PWR₁、PWR₂和PWR₃(例如-8dBm、-15dBm、-28dBm)，通过采样电路分别得到对应的光电流值I₁、I₂和I₃，再通过公式分别求得光模块收端光功率的校准系数a、b和c，具有运算简单，MCU微控制器资源浪费少的优点；

步骤四，所述MCU微控制器将校准系数a、b、c以及步骤三中的公式，分别写入EEPPOM存储器中指定的校准区域，完成校准。采用这种方案因其采用二次函数曲线逼近对数曲线的方法来拟合校准收端光功率的方法，使得其在保证了协议精度为±3dB的要求，甚至超过协议要求的监控精度；同时对于光模块中的MCU微控制器而言，因其只需要进行平方运算，校准系数只有三个常量，解决了传统的复杂对数运算而导致的MCU微控制器无法满足时序，资源的浪费，增大负荷等问题，使得在光模块在工作时，具有提高MCU微控制运算及运行效率的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。

优选的是，其中，在步骤一中，所述外部设备包括激光器和光衰减控制器，所述激光器产生激光信号，并通过光衰减器将所述激光信号调整成与光功率值PWR_n对应的光信号输入至所述光模块的APD雪崩光电二极管中。采用这种方案使得校准时，APD雪崩光电二极管的输入光信号对应的光功率可按需进行调整，相对于通过不同线缆的长度来实现光功率调调整的方法，具有操作简单，可行性好的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。

如图4所示的一种需采用本发明校准方法的光模块1，包括：所述光模块的收端10包括APD雪崩光电二极管11、MCU微控制器12，所述APD雪崩光电二极与MCU微控制器通过采样电路13进行连接，且所述MCU微控制器还连接有EEPPOM存储器14。采用这种方案具有使其校准方法具有可实施性的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。

本发明的目的还可以进一步由一种采用校准后的光模块对其收端的光功率进行上报的方法来实现，包括以下步骤：

步骤一，所述光模块的APD雪崩光电二极管接收光信号，并将其转换成对应的光电流输出给采样电路，所述采样电路输出对应的光电流值I到MCU微控制器；

步骤二，所述光模块的MCU微控制器读取EEPPOM存储器校准区域中存储的光模块收端光功率校准系数a、b、c，并基于接收到的光电流值I，采用以下公式

PWR＝a·I²+b·I+c

计算得出此时光模块收端的光功率PWR值，以用于收端光功率值的监控上报。采用这种方案在光模块正常工作时，因MCU微控制器只需要读取EEPROM存储器中指定校准区域得到的校准系数a、b、c，再根据接收到的光电流的采样值，通过二次函数公式计算出此时的光功率值并上报，就完成了光功率的数字监控上报的工作，因其计算中最复杂的环节也只涉及平方运算，不涉及对数关系运算，使得MCU微控制器运算简单，其运算负荷量显著减少，其响应及运行速度得到显著提高，同时因本发明采用的采用二次函数曲线逼近对数曲线的方法来拟合校准收端光功率的方法，使得其具有满足协议精度为±3dB的要求，甚至超过协议要求的监控精度的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的对光模块的收端光功率进行校准的方法的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

如上所述，根据本发明，其一，由于本发明的校准方法采用二次函数曲线逼近对数曲线的方法来拟合校准收端光功率的方法，使得校准后光模块的光功率精度满足协议精度为±3dB的要求，甚至超过协议要求的监控精度。

其二，由于本发明的校准方法采用二次函数拟合的方式进行收端光功率的校准，使得校准时的计算更加简单，运算速度显著提升，操作性更强。

其三，采用本发明校准方法的光模块对其收端的光功率数字监控上报，其在工作时，因MCU微控制器只需要读取EEPROM存储器中指定校准区域得到的校准系数a、b、c，再根据接收到的光电流的采样值，计算出此时的光功率值并上报，就完成了对光模块收端光功率进行数字监控上报的工作，在此过程中其计算中最复杂的环节也只涉及平方运算，不涉及对数关系运算，使得MCU微控制器运算简单，其运算负荷量显著减少，其响应及运行速度得到显著提高。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本实用的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (4)

1.一种对光模块的收端光功率进行校准的方法，所述光模块为接收端采用APD雪崩光电二极管的SFP小型可热插拔光电收发模块，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，所述光模块的APD雪崩光电二极管接收外部设备依次输入的n个大小不同光功率值PWR_n对应的光信号，其中所述n的取值为3，所述光功率值PWR_n的取值范围为-6～-32dBm；

步骤二，所述APD雪崩光电二极管将接收到的光信号分别转换成对应的光电流输出给所述光模块的采样电路，所述采样电路输出对应的光电流值I_n到MCU微控制器；

步骤三，所述MCU微控制器基于光功率值PWR_n以及光电流值I_n，根据以下公式求出所述光模块接收端光功率所对应的校准系数a、b、c；

步骤四，所述MCU微控制器将校准系数a、b、c以及步骤三中的公式，分别写入EEPPOM存储器中指定的校准区域，完成校准。

2.如权利要求1所述的对光模块的收端光功率进行校准的方法，其特征在于，在步骤一中，所述外部设备包括激光器和光衰减控制器，所述激光器产生激光信号，并通过光衰减器将所述激光信号调整成与光功率值PWR_n对应的光信号输入至所述光模块的APD雪崩光电二极管中。

3.一种采用如权利要求1-2所述校准方法的光模块，其特征在于，包括：所述光模块的收端包括APD雪崩光电二极管、MCU微控制器，所述APD雪崩光电二极与MCU微控制器通过采样电路进行连接，且所述MCU微控制器还连接有EEPPOM存储器。

4.一种采用如权利要求1-2所述的光模块对其收端的光功率进行上报的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，所述光模块的APD雪崩光电二极管接收光信号，并将其转换成对应的光电流输出给采样电路，所述采样电路输出对应的光电流值I到MCU微控制器；

步骤二，所述光模块的MCU微控制器读取EEPPOM存储器校准区域中存储的光模块收端光功率校准系数a、b、c，并基于接收到的光电流值I，采用以下公式

PWR＝a·I²+b·I+c

计算得出此时光模块收端的光功率PWR值，以用于收端光功率值的监控上报。