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EDFA 核心技术 - 高速瞬态响应控制 (Original)  

2007-07-22 22:04:11|  分类: 光通信 |  标签: |举报 |字号 订阅

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     EDFA 是光通信子系统的核心技术, LD, 增益控制和瞬态响应控制是困扰许多厂商的难题.
绝大部份厂商不具备算法和系统仿真的能力, 靠测试数据来纠正无助于解决问题. 本文介绍一种先进的机制,
     以实现EDFA微秒级的瞬态响应控制.
光路:
RX -> TAP -> Isolator -> WDM+(980nm/440mW PUMP) -> EDFA(2.6m) -> WDM -> Isolator -> TAP -> VOA -> TAP -> GFF -> WDM+(980nm/440mW PUMP) -> EDFA(12.96m) -> WDM -> Isolator -> TAP -> TX
     光路勿需多说, 搞光电的都知道.
     光放大分为两部份: Pre-Amp和 Boost-Amp
     涉及几路控制:
     PD检测 : 输入/输出光功率, VOA出/入光功率, 监控功率
     控制: TEC, PUMP, HEATER
     控制环路通常有十几个输入,十几个输出端. 目前常规的方案是MCU+DSP架构, 控制响应慢. 新技术采用MCU+DSP+FPGA架构,把高速控制部份通过FPGA逻辑来实现, 因为牵涉到整个体系的重设计, 一般厂商不敢轻易开发. 其实, 只要能解决控制算法问题, 剩下的就是人人都会的软硬件实现, 一切将迎刃而解.
     高速控制除对PD和ADC有要求外, 需要有使AGC环路快速收敛的PID控制算法.
     常规AGC控制通过比较阈值, 逐步收敛. 与前馈相结合能有所改善.生活更先进的控制方法如下:
STEP-1: 计算功率误差, PD检测采集的输入输出功率PIN, POUT, 计算阈值GT,ASE和修正参数PCOMP, 得:
         Perr = ((Pout - ASE) - Pin*Gt)/(Pout + Pcomp)

STEP-2: 微分参数 dA = Up*(PumpSlop^2 * Pin^2 / (PumpSlop^2 * Pin^2 + PumpOffset)) / (Pin*PumpSlop)
                  dB = Up*(1-PumpSlop^2 * Pin^2 / (PumpSlop^2 * Pin^2 + PumpOffset))/PumpSlot
                  IPS(t) = (dA*Pin(t)+dB)/(dA*Pin(t-1)+dB)

STEP-3: CALIBRATION值: cA = cA(init) - dA , cB = cB(init) - dB

STEP-4: 积分参数运算: Up = UI(t) + Kp*Perr
                   UI(t) = Ki*Tfbl*(1+abs(UII(t))*Perr + UI(t-1)*IPS(t)
                   UII(t) = UII(t-1)*Scale + Kii*Tfbl*Amp(Perr)
                  
STEP-5: Pnorm = (Pin*cA(init)+cB(init))/PumpSlot+PumpOffset,   CLAMP UI: -Pnorm < UI < Pnorm*Gc

     ADC为10位输入, 功率误差计算逻辑实现上需要3ADD+1MPY+1DIV(运算产生扩位, 需要注意计算截断误差); 微分积分参数运算需要7ADD+11MPY+3DIV;

     如果采用3MSPS采样, 经过十次回归, 瞬态控制就是3微秒.
     逻辑模块: FIFO , RAM , PERR , CAL , INT , DIF , CTRL , 外加各类参数调整, 大约5000CLB的FPGA资源足够.
     在对光器件特性参数熟悉的情况下, 对系统做MATLAB定点仿真, 可以很好对参数进行拟合.
   

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