本发明专利技术公开一种用于光子器件参数稳定的自参考模拟控制环路，包括参考值产生电路和光子器件模拟控制环路；光子器件模拟控制环路包括依次连接的光子器件、监控单元、模拟前端、模拟控制核心电路、输出级和执行器；参考值产生电路与模拟前端和模拟控制核心电路连接；参考值产生电路包括比较器、数字有限状态机和数模转换模块，根据模拟前端输出的处理后电信号产生参考值信号和开关控制信号；模拟控制核心电路包括运算放大器和开关，根据处理后电信号、参考值信号和开关控制信号产生模拟控制信号；输出级根据模拟控制信号产生驱动信号，执行器根据驱动信号调节光子器件的光学参数。实现高精度、快速以及低功耗的光子器件参数稳定控制。制。制。
【技术实现步骤摘要】
一种用于光子器件参数稳定的自参考模拟控制环路
[0001]本专利技术属于光电芯片设计
，更具体地，涉及一种用于光子器件参数稳定的自参考模拟控制环路。
技术介绍
[0002]片上光子器件拥有着诸如面积小、传输损耗小以及成本低等优点，被广泛用于光通信、光探测以及光计算等领域。为了防止光子器件的光学参数由于温度变化、制造偏差以及输入光变化等影响而发生改变，通常会引入闭环反馈控制系统对其光学参数进行检测及控制。闭环反馈控制系统大都由光子器件、监控单元、控制算法单元以及调谐单元组成。其工作原理为：监控单元检测光子器件的光学参数，控制算法单元根据合适的控制算法计算出合适的输出值给调谐单元，调谐单元实现对光子器件的光学参数的调节。
[0003]控制算法单元大多为基于数字电路设计的算法，大致可以分为最值锁定算法和参考值锁定算法。最值锁定算法，又可称为爬坡算法，适合需要锁定到局部最值点的应用场景。其工作原理为：结合监控单元检测得到的代表光学参数的物理量，根据物理量的变化以及上一时刻输出值的变化判断出目前处于的状态，从而做出下一个时刻的判断，得出合适的输出值，从而实现最值锁定。最值锁定算法能够有效地补偿工艺偏差、热波动以及输入激光变化带来的光学参数的变化，并且同样消耗较小的硬件资源，因此被广泛应用于光子器件的光学参数的闭环反馈控制系统中。参考值锁定算法的工作原理为：根据监控单元检测得到的代表光学参数的物理量与通过手动或者自动设置的参考值的差距，计算出合适的输出值给调谐单元，最终实现锁定到参考值附近。虽然参考值锁定算法硬件实现较为容易，但是需要保证手动或者自动设置的参考值的可靠性，不然会导致最后锁定点的偏差。例如，若没有额外的辅助模块，输入激光功率波动会使得监控单元检测到的物理量发生变化，然而微环谐振器的谐振波长等光学参数并不会随着输入光功率变化而剧烈改变，因此会导致锁定点的偏移。
[0004]基于数字电路设计的算法往往需要将模拟信号转为数字信号以及将算法产生的数字信号再次转换为模拟信号的过程。模数转换以及数模转换过程会导致量化误差的产生，使得最后锁定精度降低，并且也会导致更大的功耗与芯片面积，并不适合大规模、低功耗应用。
技术实现思路
[0005]针对相关技术的缺陷，本专利技术的目的在于一种用于光子器件参数稳定的自参考模拟控制环路，旨在解决现有的闭环反馈控制系统中对光学参数进行控制的控制信号由数字电路产生，模数转换以及数模转换过程会导致量化误差的产生，使得最后锁定精度降低，功耗与芯片面积较大的问题。
[0006]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种用于光子器件参数稳定的自参考模拟控制环路，包括参考值产生电路和光子器件模拟控制环路；
[0007]所述光子器件模拟控制环路包括依次连接的光子器件、监控单元、模拟前端、模拟控制核心电路、输出级和执行器；所述参考值产生电路与所述模拟前端和所述模拟控制核心电路连接；
[0008]所述监控单元用于获取所述光子器件的光信号，并产生初始电信号；
[0009]所述模拟前端用于对所述初始电信号进行处理，输出处理后电信号；
[0010]所述参考值产生电路包括比较器、数字有限状态机和数模转换模块；所述比较器根据所述处理后电信号与所述数模转换模块产生的参考值信号进行对比，产生比较结果；所述数字有限状态机根据所述比较结果产生用于控制所述模拟控制核心电路的开关控制信号和数字参考值；所述数模转换模块根据所述数字参考值产生参考值信号；
[0011]所述模拟控制核心电路包括运算放大器和开关，所述处理后电信号和所述参考值信号经过所述运算放大器进行计算产生所述模拟控制信号，所述开关控制信号用于控制所述开关的状态，使所述开关选择所述处理后电信号和所述参考值信号输入所述运算放大器的同相输入端或反相输入端；
[0012]所述输出级用于根据所述模拟控制信号产生驱动信号输出至所述执行器；
[0013]所述执行器用于根据所述驱动信号产生执行信号，并根据所述执行信号调节所述光子器件的光学参数。
[0014]可选的，所述模拟控制核心电路包括第一运算放大器、第二运算放大器和第一开关；
[0015]所述第一运算放大器的同相输入端和所述第二运算放大器的反相输入端均接收所述处理后电信号，所述第一运算器的反相输入端和所述第二运算器的同相输入端均接收所述参考值信号；
[0016]所述第一运算放大器的输出端和所述第二运算放大器的输出端与所述第一开关构成单刀双掷开关，根据所述开关控制信号进行切换；当所述第一开关与所述第一运算放大器的输出端连接时，所述模拟控制核心电路输出所述处理后电信号和所述参考值信号差分运算后的模拟控制信号；当所述第一开关与所述第二运算放大器的输出端连接时，所述模拟控制核心电路输出所述参考值信号和所述处理后电信号差分运算后的模拟控制信号。
[0017]可选的，所述模拟控制核心电路包括第三运算放大器和第一开关；
[0018]所述第一开关为组合开关，用于选择将所述处理后电信号和所述参考值信号分别接入所述第三运算放大器的同相输入端和反相输入端，或者将所述处理后电信号和所述参考值信号分别接入所述第三运算放大器的反相输入端和同相输入端。
[0019]可选的，所述模拟控制核心电路还包括第二开关、第三开关和缓冲级；
[0020]所述第二开关连接电源，所述第三开关接地，所述第二开关和第三开关串联；所述缓冲级的输入端与所述运算放大器的输出端连接，所述缓冲级的输出端作为所述模拟控制核心电路的输出端；
[0021]所述第二开关闭合时，用于将所述运算放大器输出的所述模拟控制信号置为电源电压；
[0022]所述第三开关闭合时，用于将所述运算放大器输出的所述模拟控制信号置为零电压；
[0023]所述缓冲级为放大器，用于对所述模拟控制信号进行放大。
[0024]可选的，所述参考值产生电路产生参考值信号和开关控制信号的实现过程包括：
[0025]所述数字有限状态机将上参考寄存器和下参考寄存器初始化，所述上参考寄存器的值和所述下参考寄存器的值相差固定数值，所述下参考寄存器对应的数模转换输出信号小于当前的所述处理后电信号；
[0026]所述比较器比较所述处理后电信号与所述下参考寄存器对应的数模转换输出信号，得到比较结果；
[0027]当所述比较结果为大于时，所述数字有限状态机对所述上参考寄存器的值和所述下参考寄存器的值进行同步递增；当所述比较结果为小于时，所述数字有限状态机对所述上参考寄存器的值和所述下参考寄存器的值进行同步递减，且当上一时刻的比较结果为大于时，将所述开关控制信号反相。
[0028]可选的，所述执行器为集成加热器或PN结；
[0029]所述集成加热器通过热光效应对所述光子器件的光学参数进行调节；
[0030]所述PN结通过电光效应对所述光子器件的光学参数进行调节。
[0031]可选的，所述光子器件为环形谐振器、环形调制器或者马赫曾德尔调制器。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于光子器件参数稳定的自参考模拟控制环路，其特征在于，包括参考值产生电路和光子器件模拟控制环路；所述光子器件模拟控制环路包括依次连接的光子器件、监控单元、模拟前端、模拟控制核心电路、输出级和执行器；所述参考值产生电路与所述模拟前端和所述模拟控制核心电路连接；所述监控单元用于获取所述光子器件的光信号，并产生初始电信号；所述模拟前端用于对所述初始电信号进行处理，输出处理后电信号；所述参考值产生电路包括比较器、数字有限状态机和数模转换模块；所述比较器根据所述处理后电信号与所述数模转换模块产生的参考值信号进行对比，产生比较结果；所述数字有限状态机根据所述比较结果产生用于控制所述模拟控制核心电路的开关控制信号和数字参考值；所述数模转换模块根据所述数字参考值产生参考值信号；所述模拟控制核心电路包括运算放大器和开关，所述处理后电信号和所述参考值信号经过所述运算放大器进行计算产生所述模拟控制信号，所述开关控制信号用于控制所述开关的状态，使所述开关选择所述处理后电信号和所述参考值信号输入所述运算放大器的同相输入端或反相输入端；所述输出级用于根据所述模拟控制信号产生驱动信号输出至所述执行器；所述执行器用于根据所述驱动信号产生执行信号，并根据所述执行信号调节所述光子器件的光学参数。2.如权利要求1所述的自参考模拟控制环路，其特征在于，所述模拟控制核心电路包括第一运算放大器、第二运算放大器和第一开关；所述第一运算放大器的同相输入端和所述第二运算放大器的反相输入端均接收所述处理后电信号，所述第一运算器的反相输入端和所述第二运算器的同相输入端均接收所述参考值信号；所述第一运算放大器的输出端和所述第二运算放大器的输出端与所述第一开关构成单刀双掷开关，根据所述开关控制信号进行切换；当所述第一开关与所述第一运算放大器的输出端连接时，所述模拟控制核心电路输出所述处理后电信号和所述参考值信号差分运算后的模拟控制信号；当所述第一开关与所述第二运算放大器的输出端连接时，所述模拟控制核心电路输出所述参考值信号和所述处理后电信号差分运算后的模拟控制信号。3.如权利要求1所述的自参考模拟控制环路，其特征在于，所述模拟控制核心电路包括第三运算放大器和第一开关；所述第一开关为组合开关，用于选择将所述处理后电信号和所述参考值信号分别接入所述第三运算放大器的同相输入端和反相输入端，或者将所述处理后电信号和所述参考值信号分别接入所述第三运算放大器的反相输入端和同相输入端。4.如权利要求2或3所述的自参考模拟控制环路，其特征在于，所述模拟控制核心电路还包括第二开关、第三开关和缓冲级；所述第二开关连接电源，所述第三开关接地，所述第二开关和第三开关串联；所述缓冲级的输入端与所述运算放大器的输出端连接...
【专利技术属性】
技术研发人员：谭旻，明达，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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