最近政府對通信行業的法規取消，推動了新思想和新發明的爆發，特別是在光學領域。從創業公司到財富500強公司的許多參與者都參與了1998年到2000年的成長期，試圖實現這些想法。今天，雖然這個行業經歷了一個痛苦的時期，許多初創公司都已經消失，但實施這些想法和發明的需求依然存在。

光纖是已經出現的傳輸媒介。適應預期的長期增長。為了充分利用寬帶寬（這是光纖傳輸的主要優勢），一種稱為波分復用（WDM）的方法 - 以及后來的密集 WDM （DWDM） - 已實施。這種傳輸方法允許通過單根光纖傳輸多種波長（一種波長或每種激光的顏色），但對激光提出了嚴格的要求。

一個主要要求是激光溫度保持不變這樣它的波長就不會漂移并干擾其他激光器。這通常涉及熱電冷卻器（TEC）控制器（本文后面將討論）。隨時間和溫度控制激光功率水平及其調制機制是另一個系統要求。該作業由激光二極管驅動器（LDD）處理。對于長距離應用，需要光放大器來進行信號修復和重傳。 摻鉺光纖放大器（EDFA）和拉曼放大器類型占主導地位。他們重新調整信號，而不必將其從光學轉換為電學，然后再轉換回光學 - 這是過去廣泛使用的方法（也是唯一的選擇）?，F在僅在光學域中進行擴增。但是，要控制它們的參數，光放大器需要高端A / D和D / A 轉換器（ADC和DAC），對數放大器（對數放大器）和跨阻抗放大器（TIAs），加上一個控制器。

光通信系統

大多數光通信系統（圖1）在用于熱電冷卻器（TEC），激光二極管驅動器（LDD）的控制回路中使用ADC和DAC ）和雪崩光電二極管（APD）監測和偏置電路。專用控制回路用于驅動泵浦激光器并讀取其功率水平;調整發射激光二極管中的消光比和平均功率;在WDM和DWDM系統中將激光二極管保持在穩定的溫度?；芈沸盘栍?a target="_blank">微控制器進行數字處理。 ADuC832是其產品組合中的所有這些任務，是MicroConverter ? 系列的成員 - 一個集成的數據采集芯片，結合了CPU內核和標準外設是這類控制系統的核心候選者。

ADuC832（圖2）包括：8通道，12位，5位μs自校準ADC;一個2通道，12位DAC，具有軌到軌輸出;行業標準的8052微控制器; 62 KB閃存程序RAM和一系列外設功能。所有這些功能，加上溫度監控器，可編程PLL時鐘，電壓基準，同步和異步串行端口等，都集成在一個節省空間的56引腳芯片級封裝（CSP）中，允許整個控制系統安裝在光學模塊的外殼內。

我們在此描述光通信系統各部分的可能實際實現，如圖1所示，包括熱電 - 冷卻器控制器，激光二極管驅動器（LDD），光電探測器 - 二極管偏置，接收光信號強度指示器（RSSI）和溫度傳感器。

每個應用程序都可以使用經過全面測試的完整軟件模塊。這些模塊是專為模擬/光學設計師編寫和評論的，他們不懂技術，也不想做。這將有助于縮短有經驗和新手程序員的設計時間和整體上市時間。

TEC控制器

為確保波長穩定性，熱電冷卻器（TEC）控制器設計用于將激光二極管或光學模塊維持在特定溫度，精度通常在0.01°C以內。該器件依靠負溫度系數（NTC）熱敏電阻來檢測連接到TEC的物體的溫度。目標溫度通過模擬輸入電壓設置 - 來自DAC，如圖3所示，或者使用外部電阻分壓器。向TEC施加正電流或負電流，根據需要加熱或冷卻物體。內部比例 - 積分 - 微分（PID）補償放大器可穩定溫度?？梢哉{整外部PID網絡以優化建立時間。

連接到TEMPSET引腳的12位DAC之一設置目標溫度。電壓對應于特定的目標溫度（對于大多數激光二極管應用，通常為25 mV /°C）。 TEC通過其PID回路將目標溫度保持在0.01°C以內（當然，該值取決于熱敏電阻的質量和適當的保養）。為保護熱電冷卻器免受過壓影響，VLIM引腳指定了最大電壓。該電壓由第二個12位DAC（典型范圍0至1.5 V）或簡單的電阻分壓網絡提供和設置。 VTEC引腳連接到八個ADC通道中的一個，允許監控TEC上的實際電壓。 TEMPOUT引腳連接到第二個ADC通道，可以動態監控TEC溫度（典型范圍為0-3 V）。如果需要，可在每個ADC輸入之前使用運算放大器（OP184，OP162等）進行信號縮放，緩沖和濾波。使用兩個數字輸入：TEMPLOCK表示已達到所需的TEC溫度; THERMFAULT用于指示熱敏電阻故障。一個數字輸出連接到SD引腳，允許器件進入低電流關斷模式。

激光二極管驅動器

作為系統的一部分，激光二極管驅動器（LDD）ADN2841用于使用雙回路控制激光二極管的平均功率和消光比控制方案。消光比被控制為調制電流的函數，而平均功率由偏置電流控制。這種雙回路配置可以補償由于溫度，老化和二極管到二極管制造公差引起的激光二極管斜率效率的變化，并增強了設計人員從多個制造商那里采購激光二極管的能力。

MicroConverter用于控制和監控。圖4顯示使用ADN2850雙10位數字電位器設置消光比（在ERSET引腳處）和平均功率（在PSET引腳處）。該電位器通過串行外設接口（SPI）端口控制。監控光電二極管電流IMPDMON和IMPDMON2通過1.5kΩ電阻流到地，以提供與監控電流成比例的電壓。二極管的調制和偏置電流IMMON和IBMON以相同的方式流向地。這些電阻上產生的電壓連接到ADC通道，使其以數字格式提供。 ADN2841具有有效的高監控報警，可識別降級二極管和故障二極管條件。這兩個數字輸出連接到兩個通用I / O引腳。

APD監測和偏置

雪崩光電二極管因其極高的靈敏度和高內部增益而聞名。這些特性使其成為需要最佳靈敏度的光接收器應用的理想選擇。不幸的是，這種高增益需要40到60伏的偏壓。設計者還必須處理APD增益函數與溫度有關的事實。通過在溫度變化時調節APD偏置電壓，可以使增益保持恒定。圖5顯示了如何通過DAC，開關穩壓器和可調電壓升壓電路實現此問題的理想解決方案。

根據APD制造商的規定，隨著溫度的升高，增加APD偏置電壓可以使增益保持恒定。此變化通常以％/°C表示，范圍為0.15％/°C至0.30％/°C。

ADP3031開關穩壓器可提供高達12伏的輸出電壓。可以級聯多個ADP3031升壓級以實現所需的最終電壓。

DAC的使用范圍為0到2 V，可以根據溫度改變二極管兩端的電壓?？梢允褂肁 / D監控二極管兩端的實際電壓，從而提供完整的閉環控制。在二極管增益保持在其目標的情況下，可以使用跨阻放大器（TIA）或對數放大器加上ADC的另一個通道精確地監測接收的光信號強度。校準系數可以方便地存儲在閃存數據存儲器中，從而可以根據需要進行調整。

16位接口

此接口使用通用I / O端口0和2以及外部鎖存器完成。它有兩個主要功能：作為ADC在直接存儲器訪問（DMA）模式下運行時的存儲器接口;并通過使用雙端口RAM或其他類型的存儲器作為通用的16位外設接口。圖6顯示了這種配置的詳細信息。

ADC以每5μs一次轉換的最大更新速率運行。在此速率下，微控制器需要5μs才能讀取ADC結果并將其存儲在存儲器中以便進一步處理。它必須在此時間間隔內完成，否則下一個樣本將丟失 - 在使用ADC的中斷例程時尤其耗時。因此，在MicroConverter無法提供非?？斓闹袛嗨俾实膽弥?，應使用DMA模式。在DMA模式下，ADC結果直接寫入外部存儲器。

與任何標準的8051兼容控制器一樣，這個16位接口可用于與運行16位處理器的系統交換數據。雙端口內存有助于防止總線爭用和爭用 - 并提供一個有點獨立的接口系統。由于“房地產”（電路板區域）在大多數光模塊中至關重要，因此采用56引腳CSP封裝的ADC，DAC，閃存和8052 MCU的集成為設計人員提供了緊湊而強大的光通信解決方案系統