一种基于开关电容滤波器的马赫曾德调制器偏压控制模块制造技术

本发明专利技术公开一种基于开关电容滤波器的马赫曾德调制器偏压控制模块，该模块包括：监测器PD、中心频率可调的开关电容滤波器、MCU、DAC、模拟PID。监测器PD将调制器输出的部分光信号转化为电信号，通过开关电容滤波器得到导频信号的二次谐波分量，将其作为控制信号，通过模拟PID后输出误差补偿信号，调节偏置电压使马赫曾德调制器的工作点稳定在QUAD点。加载射频信号时，如果导频信号的频率与希望传输的射频信号的频率相近，会对射频信号产生干扰，影响传输质量，此时需要改变导频信号频率以避开射频信号频段。本发明专利技术的优势在于：当导频信号的频率改变时，开关电容滤波器的中心频率可调，可实现高Q值的窄带带通滤波，将MZM的工作点稳定在QUAD点。点稳定在QUAD点。点稳定在QUAD点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于开关电容滤波器的马赫曾德调制器偏压控制模块


[0001]本专利技术涉及一种基于开关电容滤波器的马赫曾德调制器偏压控制模块，适用于光通信领域。

技术介绍

[0002]马赫曾德调制器(MZM)由于具有较大的调制带宽、低驱动电压、低啁啾，因而被广泛应用于宽带光子模拟链路和高速数字光纤通信系统。但主要由热效应引起的偏置偏移现象，将导致MZM的传递函数随时间发生漂移，并改变最优偏置点设置。热偏置漂移现象主要是由环境扰动引起的电荷迁移和热释电荷的积累引起的。因此需要采取相应的偏压控制技术将MZM的偏置保持在其传递函数的期望操作点上。
[0003]导频控制方法是利用MZM的非线性来补偿偏置漂移。当一个小的导频信号加到偏置电压时，由于MZM传递函数的非线性，会产生一些高阶谐波，通过对谐波的分析来确定当前调制器的偏置点，并使用谐波功率产生误差信号，该误差信号被转换为控制信号以补偿偏置漂移。当希望工作点稳定在Q点时，需要探测的二次谐波远小于一次谐波等背景信号，因此往往需要采用滤波的方法来滤出微弱的二次谐波信号，以实现高精度的工作点稳定。另外由于在链路中加入了导频信号，导频信号的频率可能会落在所传输的射频信号的频段内，对传输信号产生干扰，影响射频信号的质量。
[0004]对于上述要求，当导频信号的频率与射频信号的频率相近时，传统滤波网络必须重新设计并更改分立元件值才能对其频率特性进行更改，操作繁琐，限制了实际应用推广。因此需要一种可快速、灵活地调整滤波网络中心频率的偏压控制技术，以适用于复杂多变的应用场景的需求。<br/>
技术实现思路

[0005]针对现有导频控制法中滤波器无法满足导频信号频率改变时实现高Q值滤波的问题，本专利技术提供了一种基于开关电容滤波器的马赫曾德调制器偏压控制模块，其目的在于当导频信号的频率由于与射频信号的频率相近而需要更改时，由MCU产生时钟信号调节开关电容滤波器的频率特性，实现滤波网络的中心频率可调，提高马赫曾德调制器的偏压控制精度。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于开关电容滤波器的马赫曾德调制器偏压控制模块，包括：监测器PD、中心频率可调的开关电容滤波器、MCU、模拟PID、DAC。
[0007]监测器PD，其输入端通过光电PIN管连接至光纤耦合器的输出端，其中光纤耦合器具有两个输出端口，光信号占比较小的端口为本装置的连接端口，用于采集马赫曾德调制器的部分输出光信号，并将其转化为电信号。
[0008]中心频率可调的开关电容滤波器，其工作模式为带通模式，开关控制端口连接MCU的时钟输出端口，用以接受相应的时钟信号，更改中心频率，滤出导频信号的二次谐波分
量。
[0009]MCU，其数字输出端口连接DAC的数字输入端口，在扫描阶段调节直流偏置电压以扫描马赫曾德调制器，得到其工作曲线；在工作点稳定阶段，MCU控制DAC生成带有直流分量的导频信号，并根据射频信号的频率，调整导频信号的频率；两个时钟信号输出端口分别连接至开关电容滤波器的开关控制端口，控制开关状态，改变滤波网络的频率特性。
[0010]模拟PID，其信号接收端口连接开关电容滤波器的信号输出端口，将输入的二次谐波分量幅值作为控制信号，利用MCU输出方波信号控制模拟开关从而得到误差信号，其中方波信号的频率为导频信号频率的2倍，对所得的误差信号进行积分，根据积分的正负和大小，确定误差补偿电压，通过调节偏置电压，对偏置点进行实时控制。
[0011]DAC，其数字控制输入端口连接MCU的数字输出端口，由MCU控制DAC产生带直流分量的导频信号，并通过加法器叠加误差补偿电压输出至马赫曾德调制器的直流偏压端口，实现工作点的精确控制。
[0012]进一步地，导频信号为正弦信号。
[0013]进一步地，控制开关电容滤波器的时钟信号为MCU的定时器输出的两个互补时钟信号，时钟信号的频率f
clk
为导频信号频率f
dither
的50倍。
[0014]进一步地，本专利技术的原理为：在马赫曾德调制器的直流偏置电压端口添加导频信号，当马赫曾德调制器的工作点稳定在QUAD点时，导频信号的二次谐波分量为0，将导频信号的二次谐波分量作为控制信号，对其进行模拟PID运算，输出误差补偿信号，将调制器的工作点稳定在QUAD点。
[0015]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
[0016](1)本专利技术所提供的一种基于开关电容滤波器的马赫曾德调制器偏压控制模块，利用MCU控制DAC产生带直流分量的导频信号，模拟PID处理导频反馈信号。提出了利用MCU提供时钟信号改变窄带带通开关电容滤波器的中心频率，从而实现了当导频频率改变时，滤波网络的中心频率随即改变。避免了实际应用中导频信号对调制信号的干扰。解决了现有导频控制技术输入不同导频信号至马赫曾德调制器时无法进行高Q值的滤波的问题。无需重新设计和改变电路中的分立元件值即可改变滤波网络的频率特性，提升了马赫曾德调制器偏置电压的控制精度以及控制运行效率。
[0017](2)本专利技术所提供的一种基于开关电容滤波器的马赫曾德调制器偏压控制模块，采用开关电容滤波器，电容的精确比值相对于电阻易于实现，使得滤波器的精度通常可以达到0.01％，且具有较低的温度系数，因此滤波网络具有优异的稳定性。
附图说明
[0018]图1是基于开关电容滤波器的马赫曾德调制器偏压控制模块操作图
[0019]图2是马赫曾德调制器传输特性图
[0020]图3是基于开关电容滤波器的马赫曾德调制器偏压控制模块操作流程图
[0021]图4是所述导频信号、方波信号、时钟信号的关系图
具体实施方式
[0022]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明。
[0023]具体而言，基于开关电容滤波器的马赫曾德调制器偏压控制模块通过以下方法对偏置点进行控制：所述监测器PD的输入端连接光纤耦合器的输出端，用于采集马赫曾德调制器的部分输出光信号，并将其转化为电信号。MCU的数字输出端口连接DAC的数字输入端口，在扫描阶段调节直流偏置电压以扫描马赫曾德调制器，得到其工作曲线；在工作点稳定阶段，MCU控制DAC生成带有直流分量的导频信号，并根据射频信号的频率，调整导频信号的频率；两个时钟信号输出端口分别连接至开关电容滤波器的开关控制端口。所述开关电容滤波器接受相应的时钟信号控制开关状态，改变滤波网络的频率特性以滤出导频信号的二次谐波分量。通过模拟系统进行反馈控制，将滤得的二次谐波分量作为控制信号，对其进行模拟PID，利用MCU输出方波信号控制模拟开关得到误差信号，对所得的误差信号进行积分，输出误差补偿电压，调节偏置电压，使马赫曾德调制器的工作点稳定在QUAD点。通过加法器将带直流分量的导频信号、误差补偿电压叠加后输出至马赫曾德调制器的直流偏置端口，对偏置点进行实时的闭环控制。
[0024]为了使本专利技术的技术方案更加便于公众理解，以下结合一个具体实施例及附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于开关电容滤波器的马赫曾德调制器偏压控制模块，其特征在于：偏压控制模块由监测器PD、中心频率可调的开关电容滤波器、单片机(MCU)、模拟PID、数模转换器(DAC)构成，其中，MCU控制DAC在扫描阶段调节直流偏置电压以扫描马赫曾德调制器，得到其工作曲线；在工作点稳定阶段，MCU控制DAC生成带有直流分量的导频信号，并且输出时钟信号，改变滤波网络的频率特性；监测器PD获取调制器输出的部分光信号并将其转化为电信号；通过开关电容滤波器得到导频信号二次谐波分量的幅值，将其作为控制信号，对控制信号进行模拟PID，输出误差补偿电压，调节偏置电压；最后通过加法器叠加带有直流分量的导频信号、误差补偿电压输出至马赫曾德调制器，实现马赫曾德调制器的工作点稳定。2.根据权利要求1所述的基于开关电容滤波器的马赫曾德调制器偏压控制模块，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鹏威，陈伟，吕晋阳，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：