包括用于光纤可调滤光器的数字控制器的光纤系统和相关的方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN01821942.X

申请日:

2001.12.07

公开号:

CN1486549A

公开日:

2004.03.31

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情:

未缴年费专利权终止IPC(主分类):H04B 10/08申请日:20011207授权公告日:20070117终止日期:20121207|||授权|||实质审查的生效|||公开

IPC分类号:

H04B10/08; G01B9/02

主分类号:

H04B10/08; G01B9/02

申请人:

哈里公司;

发明人:

戴维·W·哈尔; 海特什·R·梅赫塔

地址:

美国费罗里达

优先权:

2000.12.14 US 09/736,982

专利代理机构:

中国国际贸易促进委员会专利商标事务所

代理人:

付建军

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内容摘要

一种光纤系统包括传输具有波长峰值的光信号的光导纤维,耦合到光导纤维并用于检测当前光电平(例如,光子功率电平)的光检测器,以及从光检测器向上游耦合到光导纤维的可调滤光器。该系统进一步包括连接到光检测器和可调滤光器的控制器,用于在一个波长序列内步进可调滤光器,同时分析相应的光电平,并用于基于小于在前的光电平的当前光电平颠倒可调滤光器的步进方向,以找到至少一个光信号的波长峰值。在找到光信号的波长峰值时减小采样速率,从而减小控制器的功耗。

权利要求书

1: 一种光纤系统,包括: 传输至少一个具有波长峰值的光信号的光导纤维; 耦合到光导纤维并用于检测当前光电平的光检测器; 从光检测器向上游耦合到光导纤维的可调滤光器;以及 连接到光检测器和可调滤光器的控制器,用于在一个波长序列 内步进可调滤光器,同时分析相应的光电平,并用于基于小于一个在 前的光电平的当前光电平颠倒可调滤光器的步进方向,以找到至少一 个光信号的波长峰值。
2: 根据权利要求1所述的光纤系统,其特征在于,控制器可以 包括样本比较电路,用于比较当前光电平与在前的光电平。
3: 根据权利要求2所述的光纤系统,其特征在于,样本比较电 路包括一个第一比较器,用于比较当前光电平与阈值,其特征在于, 如果当前光电平小于阈值,则控制器不颠倒可调滤光器的步进方向。
4: 根据权利要求3所述的光纤系统,其特征在于,样本比较电 路进一步包括一个第二比较器,用于比较当前光电平与在前的光电 平。
5: 根据权利要求4所述的光纤系统,其特征在于,光检测器生 成表示当前光电平的模拟光电平信号。
6: 根据权利要求5所述的光纤系统,其特征在于,样本比较电 路进一步包括模拟-数字(A/D)转换器,用于将模拟光电平信号转换 为数字光电平信号,以供第一和第二个比较器使用。
7: 根据权利要求6所述的光纤系统,其特征在于,控制器进一 步包括: 总线控制器,用于基于样本比较电路的输出生成位置信息信 号;以及 数字-模拟(D/A)转换电路,用于将位置信息信号转换为控制 电压,供可调滤光器使用。
8: 根据权利要求7所述的光纤系统,其特征在于,D/A转换电 路包括一个范围和偏移选择电路,用于选择波长序列的范围和偏移。
9: 根据权利要求2所述的光纤系统,其特征在于,样本比较电 路在找到至少一个光信号的波长峰值时减小采样速率,从而减小控制 器的功耗。
10: 用于光纤可调滤光器的控制器,该控制器包括: 光检测器,用于连接到光导纤维并用于检测具有波长峰值的光 信号的当前光电平;以及 连接到光检测器的控制电路,用于在一个波长序列内步进可调 滤光器,同时分析相应的光电平,并用于基于小于在前的光电平的当 前光电平颠倒可调滤光器的步进方向,以找到光信号的波长峰值。
11: 根据权利要求10所述的控制器,其特征在于,控制电路包括 样本比较电路,用于比较当前光电平与在前的光电平。
12: 根据权利要求11所述的控制器,其特征在于,样本比较电路 包括一个第一比较器,用于比较当前光电平与阈值,其特征在于,如 果当前光电平小于阈值,则控制电路不颠倒可调滤光器的步进方向。
13: 根据权利要求12所述的控制器,其特征在于,样本比较电路 进一步包括一个第二比较器,用于比较当前光电平与在前的光电平。
14: 根据权利要求13所述的控制器,其特征在于,光检测器生成 表示当前光电平的模拟光电平信号。
15: 根据权利要求14所述的控制器,其特征在于,样本比较电路 进一步包括模拟-数字(A/D)转换器,用于将模拟光电平信号转换为 数字光电平信号,以供第一和第二比较器使用。
16: 根据权利要求15所述的控制器,其特征在于,控制电路进一 步包括: 总线控制器,用于基于样本比较电路的输出生成位置信息信 号;以及 数字-模拟(D/A)转换电路,用于将位置信息信号转换为控制 电压,供可调滤光器使用。
17: 根据权利要求16所述的控制器,其特征在于,D/A转换电 路包括一个范围和偏移选择电路,用于选择波长序列的范围和偏移。
18: 根据权利要求11所述的控制器,其特征在于,样本比较电 路在找到光信号的波长峰值时减小采样速率,从而减小控制器的功 耗。
19: 用于光纤可调滤光器的控制器,该控制器包括: 光检测器,用于连接到光导纤维并用于检测具有波长峰值的光 信号的当前光电平;以及 连接到光检测器的控制电路,用于在一个波长序列内步进可调 滤光器,同时分析相应的光电平,并用于基于小于在前的光电平的当 前光电平颠倒可调滤光器的步进方向,以找到光信号的波长峰值,控 制电路包括样本比较电路,用于比较当前光电平与在前的光电平,其 特征在于,样本比较电路在找到光信号的波长峰值时减小采样速率, 从而减小控制器的功耗。
20: 根据权利要求19所述的控制器,其特征在于,样本比较电 路包括一个第一比较器,用于比较当前光电平与阈值,其特征在于, 如果当前光电平小于阈值,则控制电路不颠倒可调滤光器的步进方 向。
21: 根据权利要求20所述的控制器,其特征在于,样本比较电 路进一步包括一个第二比较器,用于比较当前光电平与在前的光电 平。
22: 根据权利要求19所述的控制器,其特征在于,光检测器生成 表示当前光电平的模拟光电平信号。
23: 根据权利要求22所述的控制器,其特征在于,样本比较电路 进一步包括模拟-数字(A/D)转换器,用于将模拟光电平信号转换为 数字光电平信号。
24: 根据权利要求23所述的控制器,其特征在于,控制电路进一 步包括: 总线控制器,用于基于样本比较电路的输出生成位置信息信 号;以及 数字-模拟(D/A)转换电路,用于将位置信息信号转换为控制 电压,供可调滤光器使用。
25: 根据权利要求24所述的控制器,其特征在于,D/A转换电 路包括一个范围和偏移选择电路,用于选择波长序列的范围和偏移。
26: 用于控制光纤可调滤光器的方法,该方法包括: 检测光导纤维中的具有波长峰值的光信号的当前光电平; 在一个波长序列内步进可调滤光器,同时分析相应的光电平; 以及 当当前光电平小于在前的光电平时颠倒可调滤光器的步进方 向,以找到光信号的波长峰值。
27: 根据权利要求26所述的方法进一步包括比较当前光电平与在 前的光电平。
28: 根据权利要求27所述的方法进一步包括比较当前光电平与阈 值,其特征在于,如果当前光电平小于阈值,则不颠倒可调滤光器的 步进方向。
29: 根据权利要求28所述的方法,其特征在于,电流光电平由模 拟光电平信号表示。
30: 根据权利要求29所述的方法进一步包括将模拟光电平信号转 换为数字光电平信号,以便进行比较。
31: 根据权利要求30所述的方法进一步包括: 基于当前光电平与在前的光电平的比较结果生成数字位置信息 信号;以及 将数字位置信息信号转换为控制电压,供可调滤光器使用。
32: 根据权利要求26所述的方法进一步包括选择波长序列的范围 和偏移。
33: 根据权利要求26所述的方法进一步包括在找到光信号的波 长峰值时减小采样速率,从而减小功耗。

说明书


包括用于光纤可调滤光器的 数字控制器的光纤系统和相关的方法

    【发明领域】

    本发明涉及光通信,具体来说,涉及使用可调光纤滤光器的光通信。

    【发明背景】

    通过光在光导纤维上进行信息传输已经在电信系统中广泛地应用。生成光信号,并沿着光导纤维传送,进行检测以重新生成原始的电子信号,并尽可能地没有变化。光导纤维与电子信号处理结合以获得成本较低和质量较高的数字信息传输。

    光纤系统应用可以使用信号的直接的光学处理,而无需转换为电子信号。这通常需要诸如放大器、多路复用/信号分离、分离器、耦合器、滤光器、均衡器之类的光信号处理器,以及适合与光导纤维一起使用的交换机。光导纤维滤光器是这样的光纤系统中的重要部件。已经有人提出了各种不同类型的滤光器,用于选择特定波长的光,连同波长划分多路复用光学系统,以便在光通信系统中使用。

    纤维法布里-珀罗(FFP)就是这样的一种滤光器。C.Fabry和A.Perot在1897(Ann.Chem.Phys.,12:459-501)描述了法布里-珀罗FP干涉仪,该干涉仪在滤光器的各种应用场合广泛地使用。FP干涉仪的基本结构和操作在当前技术已为人们所熟知,并在许多物理学和光学文献中进行了描述。此干涉仪包括在两个通常反射性非常强、低损耗、部分透射镜之间形成地光学空腔谐振器。通常使用透镜来照准发散的光束,以便通过FP干涉仪进行处理。

    法布里-珀罗滤光器包括固定波长的FFP和可调波长的FFP。改变空腔谐振器中的光导纤维端之间的距离或者伸展空腔谐振器中的光导纤维可以调节波长。调节可以通过FFP的受控制的温度变化(温度调节)或者通过改变套圈元件的相对位置来实现,而不会由诸如压电传感器之类的电动机械传动器破坏对准。这样的滤光器的响应通常随诸如温度、压力或者滤光器的老化之类的环境条件变化而变化。可变电压和热波动(漂移),以及电动机械传动器和FFP光学系统的非线性,可能需要在可调滤光器用作光信道分析器时对其不断地进行校准。

    滤光器的控制器调整滤光器以最大限度地降低选择的激光波长上的信号损失,同时减弱具有不同的波长的那些激光。一个示例是授予Miller等人的美国专利No.5,838,437中说明的控制器。传统的控制器使用模拟RF技术,这些技术对用电池操作的遥控器有比较大的功率要求。典型的控制器,例如,可以具有有限的功能集,并使用大约6瓦特。电池寿命比较短,并需要手动控制来操作滤光器。因此,需要一种能够支持高级的功能集并以低得多的功率操作以延长电池寿命的数字控制器。

    【发明内容】

    鉴于上述背景,本发明的目标是提供一种在光学系统中使用的数字控制器,该数字控制器能以相对小的功率操作以延长电池寿命。

    本发明的此目标和其他目标,特点和优点由一种光纤系统提供,该光纤系统包括传输至少一个具有波长峰值的光信号的光导纤维,耦合到光导纤维并用于检测当前光电平(例如,光子功率电平)的光检测器,以及从光检测器向上游耦合到光导纤维的可调滤光器。该系统优选情况下进一步包括连接到光检测器和可调滤光器的控制器,用于在一个波长序列内步进可调滤光器,同时分析相应的光电平。该控制器优选情况下基于小于以前的光电平的当前光电平颠倒可调滤光器的步进方向,以找到光信号的波长峰值。

    该控制器可以包括样本比较电路,用于比较当前光电平与以前的光电平。样本比较电路优选情况下在找到至少一个光信号的波长峰值时减小采样速率,从而减小控制器的功耗。样本比较电路可以包括一个第一比较器,用于比较当前光电平与阈值,以及第二个比较器,用于比较当前光电平与以前的光电平。如果当前光电平小于阈值,则控制器不颠倒可调滤光器的步进方向。

    光检测器可以生成表示当前光电平的模拟光电平信号,样本比较电路可以包括模拟-数字(A/D)转换器,用于将模拟光电平信号转换为数字光电平信号,以供第一和第二个比较器使用。控制器还可以包括总线控制器,用于基于样本比较电路的输出生成位置信息信号,还可以包括数字-模拟(D/A)转换电路,用于将位置信息信号转换为控制电压,供可调滤光器使用。D/A转换电路可以包括一个范围和偏移选择电路,用于选择波长序列的范围和偏移。

    本发明的目标、特点和优点由一种控制光纤可调滤光器的方法提供,该方法包括检测光导纤维中的光信号的当前光电平,在一个波长序列内步进可调滤光器,同时分析相应的光电平,当当前光电平小于以前的光电平时颠倒可调滤光器的步进方向。这就能够找到光信号的波长峰值。该方法可以包括比较当前光电平与以前的光电平,以及比较当前光电平与阈值。此外,如果当前光电平小于阈值,则不颠倒可调滤光器的步进方向。

    当前光电平可以由模拟光电平信号表示,并且该方法还可以包括将模拟光电平信号转换为数字光电平信号,以便进行比较。此外,该方法还可以包括基于当前光电平与以前的光电平的比较结果生成数字位置信息信号,并将数字位置信息信号转换为控制电压,供可调滤光器使用。此外,优选情况下,在找到光信号的波长峰值时减小采样速率,从而减小功耗。

    该系统、控制器和方法优选情况下涉及将模拟输入信号转换为数字信号,以便进行处理,生成模拟控制电压,以供可调滤光器使用。包括减小的采样速率的数字处理可以比传统的模拟系统减小功耗大约150/1。

    【附图说明】

    图1是根据本发明的包括可调滤光器和控制器的光纤系统的示意图。

    图2是说明图1中的可调滤光器的步进序列的光信号的波长峰值的示意图。

    图3是图1的光子检测器/转换器的实施例的详图。

    图4是图1的样本比较电路的实施例的详图。

    图5是图1的时间和控制电路的实施例的详图。

    图6是图1的总线控制器的实施例的详图。

    图7是图1的D/A转换电路的实施例的详图。

    【具体实施方式】

    下文将参考附图比较全面地描述本发明,在附图中显示了本发明的优选的实施例。然而,本发明可以以许多不同的方式实施,不应该理解为仅局限于的这里阐述的实施例。相反,提供这些实施例是为了使本说明书比较全面和完整,并向那些精通本技术的人全面地传达本发明的范围。相同的编号表示相同的元素。

    请参看图1,现在将描述光纤系统10。系统10包括光导纤维16,例如,光导纤维束的一个纤维,传输至少一个具有波长峰值的光信号。光检测器18耦合到光导纤维16,用于检测当前光电平(例如,光子功率电平),可调滤光器12从光检测器向上游耦合到光导纤维。

    可调滤光器12可以是纤维法布里-珀罗(FFP)干涉滤光器,该干涉仪在滤光器的各种应用场合广泛地使用。FFP干涉仪的基本结构和操作在当前技术已为人们所熟知,包括在两个通常反射性非常强、低损耗、部分透射镜之间形成的光学空腔谐振器。通常使用透镜来照准发散的光束,以便通过FFP干涉仪进行处理。改变空腔谐振器中的光导纤维端之间的距离或者伸展空腔谐振器中的光导纤维可以调节波长。调节可以通过改变套圈元件(例如,通过诸如压电传感器之类的电动机械传动器)的相对位置来实现。

    这样的滤光器12的响应通常随诸如温度、压力或者滤光器的老化之类的环境条件变化而变化。可变电压和热波动(漂移),以及电动机械传动器和FFP光学系统的非线性,通常需要在对可调滤光器12不断地进行校准。

    系统10进一步包括连接到光检测器18的控制器14。控制器14调整控制器12以最大限度地降低选择的激光波长上的信号损失,同时减弱具有不同的波长的那些激光。控制器14连接到可调滤光器12,用于在一个波长序列内步进可调滤光器,同时分析相应的光电平。控制器14和滤光器12可以在大约0-30伏特和大约4000到17,000量化级别范围内操作。控制器14可以通过比较当前光电平与以前的光电平来找到光信号的所希望的波长峰值。如果当前光电平小于以前的光电平,则控制器将颠倒可调滤光器12的步进方向,直到找到峰值。

    例如,请参看图2,控制器14可以试图找到通过光导纤维16传输的所希望的光信号的波长峰值40。可调滤光器12用来自控制器14的控制电压(例如,0-30伏特)进行控制,光检测器18检测位于峰值40旁边的点A的功率电平。在控制器14提升可调滤光器12之后检测点B的随后的功率电平。点B的功率电平比点A的功率电平高;因此,控制器14判断滤光器12在沿着峰值40的方向向前移动,不会改变步进的方向。

    再一次增大对滤光器12的控制电压,并检测点C的功率电平。这里,点C的功率电平小于点B的以前的功率电平,因此控制器14判断现在滤光器正在向离开峰值40的方向移动。相应地,颠倒滤光器12的步进方向,并再次在点B检测功率电平,该功率电平大于在点C检测到的以前的功率电平。在此模式下,控制器将继续在峰值40左右抖动,直到选择了另一个模式。

    控制器14可以包括样本比较电路20,用于比较当前光电平(例如,图2中的点B处)与以前的光电平(例如,图2中的点A处)。样本比较电路20优选情况下在找到至少一个光信号的波长峰值时减小采样速率,从而减小控制器14的功耗。请参看图4,样本比较电路20可以包括一个第一比较器62,用于比较当前光电平与阈值(例如,阈值寄存器64中的阈值)。样本比较电路还可以包括第二比较器66,用于比较当前光电平与以前的光电平,如上文所讨论的。如下文将要详细讨论的,如果当前光电平小于阈值,则控制器14不颠倒可调滤光器12的步进方向。

    光检测器18生成表示当前光电平的模拟光电平信号,样本比较电路20包括模拟-数字(A/D)转换器60,用于将模拟光电平信号转换为数字光电平信号,以供第一比较器62和第二个比较器66使用。

    控制器14还可以包括总线控制器26,用于基于样本比较电路20的输出生成位置信息信号,还可以包括数字-模拟(D/A)转换电路24,用于将位置信息信号转换为控制电压,供可调滤光器12和时间和控制电路22使用。D/A转换电路24可以包括一个范围和偏移选择电路90,用于选择波长序列的范围和偏移,D/A转换器92,用于考虑到选择的波长序列的范围和偏移将位置信息信号转换为控制电压。范围和偏移选择电路90可以包括thevenin电压电路和用于改变扫描范围的寄存器的库。

    控制器14还可以包括各种电压馈送电路和振荡器,如,插件级1MHz晶体振荡器28、插件级30v和-10v电源30,模拟3.3v滤光器32和36,以及数字3.3v滤光器,精通本技术的人能理解这一点,如图1所说明的。

    用于控制光纤可调滤光器12的方法包括检测光导纤维16中的光信号的当前光电平,在一个波长序列内步进可调滤光器,同时分析相应的光电平,当当前光电平小于以前的光电平时颠倒可调滤光器的步进方向,以找到光信号的波长峰值。该方法可以包括比较当前光电平与以前的光电平,以及比较当前光电平与阈值。如上文所讨论的,这些比较可以由样本比较电路20的比较器62和66执行。再强调一遍,如果当前光电平小于阈值,则不颠倒可调滤光器12的步进方向。

    该方法可以包括将模拟光电平信号转换为数字光电平信号,以便进行比较。此外,该方法还可以包括基于当前光电平与以前的光电平的比较结果生成数字位置信息信号,并将数字位置信息信号转换为控制电压,供可调滤光器12使用。此外,优选情况下,在找到光信号的波长峰值时减小采样速率,从而减小功耗。

    系统10、控制器14和方法优选情况下涉及将模拟输入信号转换为数字信号,以便进行处理,生成模拟控制电压,以供可调滤光器12使用。包括减小的采样速率的数字处理可以比传统的模拟系统减小功耗大约150/1,关于这一点,下文将比较详细地进行描述。例如,本控制器14可以要求大约40毫瓦的功率,而传统的控制器却要求大约6瓦的功率。

    数字控制器14观察光导纤维束的一个纤维16所传输的功率,并基于当前功率,有时还基于以前的读取的相对功率执行多个功能。请参看图3,单光纤16将其功率传递到二极管52的反偏结。传输给二极管52的功率的级别与二极管的反向电流(0.8安培/瓦特)成正比例。反向二极管电流从具有从其输出到其[-]输入的反馈路径的运算放大器(Op Amp)50的反转,或者输入节点流出,以使进入[-]输入节点的电流的总和为零。

    此Op Amp 50的非反转或者[+]输入连接到一个电阻分压器R7/R8,该电阻分压器提供了一个小的正偏移,该小的正偏移应该大于在Op Amp 50上发生的任何可能的负偏移,以确保正确操作。此Op Amp 50的输出产生一个正电压,当跨反馈阻抗应用该正电压时,在Op Amp的[-]输入中产生一个电流,该电流正好匹配二极管52中的电流。此Op Amp 50的输出产生的电压与穿过光驱动的二极管52的电流的大小成正比例。这就提供了功率到电流到电压的转换序列。

    Op Amp 50的输出应用于A/D转换器60的输入(图4)。A/D转换器60将模拟电压转换为数字逻辑能够处理的二进制数据。由比较器66对A/D转换器60提供的二进制信息进行操作,并锁定,然后传递到能够使用该二进制数据执行多种不同操作的时间和控制电路22。总线控制器22能够执行下列功能:

    IDLE-关闭大多数系统的时钟,但仍保持可调滤光器12的恒定滤光器控制电压。

    LOCATION & POWER-报告提供到可调滤光器12的滤光器控制电压的数字表达式和该位置的功率。

    GOTO-将滤光器控制电压更改为指定的按比例的二进制幅度。

    PEAK HOLD-将可调滤光器12的调节维持在峰值。通常与指定位置的GOTO一起使用,滤光器控制器14寻找较高的功率电平,最后达到峰值,然后在调节时保持峰值,即使峰值可能会漂移。

    OPTICAL SPECTRUM ANALYSIS(OSA)-从最小值到最大值扫描滤光器控制电压,同时在COM_BUS上施加电源,以供外部计算机使用。此外,在检测峰值(位置和功率)时提供一个指示。

    DEFAULT-此模式将用户指定的项目设置到它们的默认值。此模式是一个瞬态模式,后面将自动过渡到IDLE模式。

    POWER OFF-此模式逐渐地将滤光器控制电压步进到0V。此模式用于减少FFP滤光器中普通存在的滞后。POWER OFF模式的地址是0010二进制。

    SET RA-此模式将电阻器库RA设置到一个特定值。SET RA模式地址是0100二进制。

    Set RB-此模式将电阻器库RB设置到一个特定值。SET RB模式地址是0101二进制。

    SET N-此模式用于设置由1MHz晶体振荡器驱动的N分频计数器。它允许对于与要求的响应时间一致的最低功率修改系统频率。SET N模式地址是1010二进制。

    SET THRESHOLD-此模式用于存储A/D转换器60输出的最小值,低于该最小值的峰值将被忽略。SET THRESHOLD模式地址是1011二进制。

    XFER PA & RB-此模式用于平稳地转移RA和RB代码,以便输出范围控制从电流设置切换到具有最少干扰的新设置。XFERRA&RB模式地址是1100二进制。

    表格1:模式表模式    地址    模式名称0    0000    IDLE1    0001    DEFAULT2    0010    POWER OFF3    0011    OSA4    0100    SET RA5    0101    SET RB6    0110    GOTO7    0111    LOCATION & POWER8    1000    PEAK HOLD9    1001    UNUSED10    1010    SET N11    1011    SET THRESHOLD12    1100    TRANSFER RA & RB13    1101    UNUSED14    1110    UNUSED15    1111    UNUSED

    系统10在任何时刻只能在一个模式下运转。模式状态的确认通过观察STATUS(3:0)提供。COM_BUS的位(3:0)传输模式识别。如果需要的话,位(17:4)还传输幅度。在Power On Reset(POR)之后,控制器14处于Idle模式。

    滤光器控制器通过COM_BUS(17:0)上的位3:0接受模式指令。为平稳地与主机计算机连接,应该遵循信号交换例程。

    为启动一个命令指令(改为指定模式),需要确认REQ_BUS(请求总线)输入。当当前操作完成之后,REL_BUS(释放总线)输出过渡到1状态。这向主机计算机表示,COM_BUS现在可用于输入到滤光器控制器14。此时,主机计算机在COM_BUS上放置相应的级别,然后确认滤光器控制器14的STROBE输入。滤光器控制器14检查以确定指令是否被接受,如果被接受,在ACK2(确认2)上发出1状态,通知主机计算机,序列要么完成,要么被接受并在进行中。除ACK2确认之外,在STATUS(3:0)总线上对内部MODE进行编码和呈现,以便可选地保证请求的模式实际被设置。协议要求主机计算机撤消断言到滤光器控制器14的REQ_BUS和STROBE输入。

    有一个类似的握手协议用于接收来自总线控制器26的FIFO地输出数据。一个这样的操作是OPTICAL SPECTRUM ANALYSIS(OSA)模式。滤光器控制器14从0步进到16383,并向FIFO写入每4个功率读取。在一个完整的OSA扫描中有4095个写入。FIFO检测它具有数据并将RTS(请求发送)输出提高到1状态。主机计算机在其闲暇时通过断言CTS(清除发送)输入确认此请求。然后,滤光器将DATA_READY输出提高到1状态。主机计算机将此解释为COM_BUS上的数据有效的通知。主机计算机接受COM_BUS上的数据并将滤光器控制器14的ACK(确认)输入提高到1状态,表示主机计算机已经接受COM_BUS上的数据,并且不再需要作为有效数据来维护。所有握手信号,除了RTS的可能的例外之外(如果数据仍在FIFO中,RTS仍较高),返回到它们的安静状态。在OSA扫描期间,一个内部寄存器中最多存储32个检测的峰值的位置。随着从FIFO读取数据,这些峰值位置被写入到FIFO,直到寄存器被清空。如果在OSA期间检测32以上的峰值,那么,峰值33和33以上的那些峰值位置被忽略。

    再次请参看图3,光子检测器/转换器18接收单光纤16输出。此模块18将每单位时间的光子能量转换为与光子功率成比例的电压。将光子功率转换为电流的相应的常数是每瓦特0.8安培。电流到电压转换常数是每安培1,210,000伏特(我们预期从2.4v的块产生输出的2.5微安培的最大电流)。

    一个小的正偏移应用于Op Amp 50的+输入。这是为了防止负偏移欺骗Op Amp 50试图驱动其0以下的输出。最佳信号摆幅将从0到正(3.3V)电源。此范围的大约10mV丢失以获得输入偏移保护。

    光子检测器/转换器的输出信号V_in应用于样本比较电路中的12位A/D转换器60的输入。A/D转换器60的输入范围为0到2.4V(2.4V是内部参考)。12位量化级别大约是5.9mV(或0.00061微安培的光子感应电流)。

    A/D转换器60具有转换开始(Soc)信号、时钟输入、未知的(V_in)输入、12位输出总线[A(0:11)]和转换结束(Eoc)输出。目前不使用Soc信息。向样本寄存器68和两个幅度比较器62和66提供V_in的A(0:11)数字表达式。样本寄存器68被用启动A/D转换序列的相同信号计时。在A/D转换器60能够改变最后一个A(0:11)信息之前捕获该信息。需要大约十七个主时钟脉冲才能使A/D转换完成和更新A(0:11)总线。一个幅度比较器66比较A(0:11)与其以前的值B(0:11)。第二个幅度比较器62比较A(0:11)与阈值(默认值是511)。如果A(0:11)的幅度小于阈值设置,则不允许对模块输出Up Down Toggle(UDT)进行改变。此阈值限制避免了噪声最低限度中的假峰值被作为有用能量的实际峰值报告。如果阈值被设置为511(数字,111111111二进制),那么,大约12.5%的范围不能用于峰值识别。较低的12.5%的范围中的信息在显示器上显示,但不能用于决策。

    样本寄存器68的输出可以提供到第一幅度比较器66。第一幅度比较器66获得的结果显示出功率在何处增大或者在何处降低。如果功率增大,则滤光器12在沿着峰值的方向向前移动。在PEAK HOLD模式下,这用于在沿着峰值的方向向上爬,在测量到功率降低的最初,它颠倒方向,并重复地在峰值左右抖动,直到指向另一个模式为止,关闭光源,或者关闭滤光器控制器14的电源。

    如果满足所有条件,当UDT信号为逻辑1时,用于允许到滤光器控制电压的信号的方向改变。关于这一点,将参考寄存器和计数器以及寄存器时钟发生器模块进行比较详细的描述。A>B信号意味着,当前功率大于以前的功率。相反,A<B意味着,当前功率小于以前的功率。

    在LOCATION & POWER模式期间,滤光器控制器14使用内部信号(U/D CLK)确定是位置还是功率写入到FIFO中。当在LOCATION&POWER模式下并且U/D_CTJK处于逻辑1状态时,位置被写入到FIFO中。如果在LOCATION & POWER模式下并且U/D_CLK处于逻辑0状态,那么,功率被写入到FIFO中。在位置数据和功率数据被写入到FIFO之后,模式跳转到IDLE模式以节省电池寿命。值得注意的是,来自主机计算机的改为另一个模式的任何指令都将导致FIFO被重置。在接收到模式改变请求时FIFO中存储的所有信息都将丢失,即使模式改变请求是到当前模式。

    总线控制器26是从操作员接收指令的位置,特定的信号发送其他模块,以启动将导致实现指令的操作。时钟速率是在时间和控制电路22中确定的。各种模式和操作的时钟速率在表格D中定义。

    表格D:时钟速率模式操作    时钟速率IDLE最小功率    SOC,COMP_EN & CAPTURE=0    SYS_CLK=0    P_CLK=1MHz    AD_CLK=0    U/D_CLK=0DEFAULT将参数设置到安全值然后模式跳转到IDLE    SOC,COMP_EN & CAPTURE=    P_CLK/192N    SYS_CLK=P_CLK/N    P_CLK=1MHz    AD_CLK=P_CLK/2    U/D_CLK=P_CLK/192NPOWER_OFFU/D计数器倒数到0然后模式跳转到IDLE    SOC,COMP_EN&    CAPTURE=    P_CLK/192N    SYS_CLK=P_CLK/N    P_CLK=1MHz    AD_CLK=P_CLK/2    U/D_CLK=P_CLK/192NOSA执行选择的范围的完全扫描,加载峰值然后跳转到IDLE    SOC,COMP_EN&CAPTURE=    P_CLK/192N    SYS_CLK=P_CLK/N    P_CLK=1MHz    AD_CLK=P_CLK/2    U/D_CLK=P_CLK/192NSET_RA为RA加载耐久性选择寄存器然后跳转到IDLE    SOC,COMP_EN & CAPTURE=    P_CLK/192N    SYS_CLK=P_CLK/N    P_CLK=1MHz    AD_CLK=P_CLK/2    U/D_CLK=P_CLK/192N  SET_RB  为RB加载耐久性选择  寄存器  然后跳转到IDLE    SOC,COMP_EN & CAPTURE=    P_CLK/192N    SYS_CLK=P_CLK/N    P_CLK=1MHz    AD_CLK=P_CLK/2    U/D_CLK=P_CLK/192N  GOTO转到指定的U/D计数,然后跳转到IDLE    SOC,COMP_EN&CAPTURE=    P_CLK/192N    SYS_CLK=P_CLK/N    P_CLK=1MHz    AD_CLK=P_CLK/2    U/D_CLK=P_CLK/192N  LOC&  PWR将当前位置和功率写入到FIFO然后跳转到IDLE    SOC,COMP_EN&CAPTURE=    PCLK/192N    SYS_CLK=P_CLK/N    P_CLK=1MHz    AD_CLK=P_CLK/2    U/D_CLK=P_CLK/192N  PEAK_HO  LD在当前位置附近找到峰值并将滤光器锁定到该峰值    SOC,COMP_EN&    CAPTURE=    P_CLK/1536N    SYS_CLK=P_CLK/N    P_CLK=1MHz    AD_CLK=P_CLK/2    U/D_CLK=PCLK/1536NSET_N将N的值设置到N分频计数器,然后跳转到IDLE    SOC,COMP_EN&CAPTURE=    P_CLK/192N1    SYS_CLK=P_CLK/N1    P_CLK=1MHz    AD_CLK=P_CLK/2    U/D_CLK=P_CLK/192N1SET_THRESHOLD将阈值的值写入到阈值寄存器中然后跳转到IDLE    SOC,COMP_EN&CAPTURE=    P_CLK/192N    SYS_CLK=P_CLK/N    P_CLK=1MHz    AD_CLK=P_CLK/2    U/D_CLK=P_CLK/192NXFER RA&RB使RA&RB寄存器激活,从而使THEVENIN电源改变然后跳转到IDLE    SOC,COMP_EN&CAPTURE=    P_CLK/192N    SYS_CLK=P_CLK/N    P_CLK=1MHz    AD_CLK=P_CLK/2    U/D_CLK=P_CLK/192N

    备注:1.使用N的以前的值。

    PEAK HOLD的时钟速率降低,以降低功率耗损。在IDLE模式下时,对除了总线控制器和时间和控制电路之外的时钟分布被禁止,以最大限度地节省功率。

    请参看图5,时间和控制电路可以利用约翰逊计数器70来产生一组三个不相重叠的时钟。在相对的时钟级上启用解码的输出(时钟相位)以确保不相重叠的特性。对于应用了功率而没有启动POR的情况包括了逻辑陷阱。逻辑陷阱将在约翰逊计数器70中快速将数据流组织为正确的流。时间和控制电路22还产生时钟以供控制器14内使用。时钟信号U/D_Clk在Comp_EN的下降沿上升,在SOC的上升沿下降。

    总线控制器26向D/A转换器92提供位置信息以便转换为控制电压,而控制电压又提供到可调滤光器12的控制输入(图7)此模块26还提供位置信息,以便放置在COM_BUS,并由远程计算机提取。

    在GOTO模式下,数据放置在COM_BUS,并启动REQ_BUS,在收到REL_BUS和STROBE的断言之时,将该数据加载到U/D计数器中。一旦加载到U/D计数器,D/A转换器即可使用该数据来生成表示请求的位置的控制电压。

    PEAK HOLD模式的前面通常有GOTO周期,以将可调滤光器12放在峰值的附近。一旦在PEAK HOLD模式下,控制器14开始改变在U/D计数器中保持的位置,以便检测到的功率增大。如果当前样本的功率比以前的样本低,那么,将通过U/D计数器的U/D输入发出方向的改变。随着位置跨越峰值,下一个样本将表示比最后一个样本低的功率。这将导致发出另一个方向的改变。即使峰值漂移,位置也将不断地在峰值左右抖动。

    Peak-Detect信号表示峰值已经发生。它是这样检测到峰值的存在的:它注意到在增大U/D计数器中的位置号的同时在上升的功率间隔之后,检测到一个下降的功率事件。这是通过查找在U/D输入中的逻辑0到逻辑1的变化来实现的。在U/D计数器递减时峰值的峰值指示器被忽略。

    那些精通本技术的人会想起对本发明进行具有上述描述和关联的附图中存在的好处的各种修改以及其他本发明的其他实施例。因此,很清楚,本发明不仅局限于说明的特定实施例,各种修改和实施例也被视为在所附的权利要求的范围内。

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一种光纤系统包括传输具有波长峰值的光信号的光导纤维,耦合到光导纤维并用于检测当前光电平(例如,光子功率电平)的光检测器,以及从光检测器向上游耦合到光导纤维的可调滤光器。该系统进一步包括连接到光检测器和可调滤光器的控制器,用于在一个波长序列内步进可调滤光器,同时分析相应的光电平,并用于基于小于在前的光电平的当前光电平颠倒可调滤光器的步进方向,以找到至少一个光信号的波长峰值。在找到光信号的波长峰值时减。

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