高精度低功耗数字光衰减器设计与实现

C8051F320在的数字可调光衰减器设计中的应用【摘要】为了在光通信中实现光信号的衰减，采用微处理器C8051F320和AGILTRON公司的MEMS型EVOA元器件，实现了一种结构简单，低成本的可调光衰减器。

本可调光衰减器由EVOA控制电路、液晶显示电路、USB接口电路和UART接口电路组成。

通过实验测量和批量应用于生产，表明本可调衰减器工作可靠，有良好的精度。

【关键词】C8051F320；MEMS；EVOA0 概述光衰减器（OA）是光通信中最基本的器件之一，其的主要功能是用来减低或控制光信号，即用于光通讯系统中指标测量，短距通信系统的信号衰减。

光衰减器可分为固定光衰减器（FOA）和可调光衰减器（VOA）。

固定衰减器成本低廉，但是使用不方便，灵活性差。

随着WDM技术近几年的快速发展和应用，光衰减器，特别是可调光衰减器（VOA）在EDFA增益均衡、DWMD网络光功率控制、光通讯线路、系统评估以及各种实验中等方面起到越来越重要的作用。

虽然目前国内外可调光衰减器种类较多，但是大多价格较贵，本文介绍一种造价低廉，高精度，稳定性较好的光衰减器设计方案。

关键元器件选用AGILTRON公司的MM系列MEMS可变衰减器，MM系列VOA是基于微电机械结构，驱动简单，可直接利用电压驱动，同时具有良好的光电特性，满足Telcordia 1209和1221标准。

在微控制器的控制下即可实现不同的驱动电压从而实现光信号的衰减控制。

MM系列VOA的特性如下表：波长范围为C和L波段，其衰减范围可达30dB左右，插入损耗小于0.5dB，基本上满足常规实验和测试要求。

表1 电气参数表1 系统框图本系统以具有51核的微控制器C8051F320为核心，通过数模转化DAC来控制EVOA实现光信号的衰减，输出显示部分为液晶模块，输入部分为四轻触按键，同时与上位机通讯接口采用USB和RS232两种接口。

2 硬件设计本衰减器由两部分构成：微控制器（MCU）电路和衰减器（VOA）控制电路。

高精度连续动态激光能量衰减装置设计及其标定方法
设计一个高精度连续动态激光能量衰减装置需要考虑以下几个关键因素：
1. 激光能量调节系统：该系统需要能够精确调节激光能量的大小。

一种常见的方式是采用可变光阑或可变功率器件（如可调谐滤波器或可调渐变反射镜）来改变激光的功率输出。

2. 衰减器件：为了实现精确的能量衰减，可以采用多种衰减器件，如可变反射率镜片、可调光衰减器或可调光纤衰减器。

这些器件可以根据需要改变激光能量的百分比。

3. 光功率测量系统：为了标定装置的精度，需要使用高精度的光功率测量仪器来测量实际的激光能量。

可以采用光功率计或相机测量法，对激光能量进行实时监测和控制。

标定方法：
1. 确定参考值：首先需要确定一个准确的参考能量值，可以使用一个已知精度的光功率测量仪来测量激光的能量输出，并作为一个参考值进行标定。

2. 进行校准：根据参考值和实际测量值之间的差异，对衰减装置进行校准。

可以通过调节衰减装置的参数，如衰减器件的反射率或衰减深度，逐步逼近参考值。

3. 精度测试：在完成校准后，使用光功率测量仪测量多个已知
激光能量值，并与标准值进行对比。

根据实际测量值和标准值之间的差异计算误差，并评估装置的精度。

4. 修正和调整：根据测试结果，对装置进行修正和调整，直到满足所需的精度要求。

总结：设计和标定一个高精度连续动态激光能量衰减装置需要综合考虑激光能量调节系统、衰减器件和光功率测量系统，并通过校准和精度测试来达到所需的精度要求。

一种高性能可编程光衰减器的设计方法
贺永亮;杨永跃;张家奎
【期刊名称】《国外电子测量技术》
【年(卷),期】2005(24)5
【摘要】本文介绍了一种高性能可编程光衰减器的设计方法。

首先分析了光衰减器的光学原理,然后详细介绍了其电机定位系统。

结合主要的技术指标,分析其实现方法以及产生误差的原因。

最后给出了测试方法和测试结果。

【总页数】4页(P21-23)
【关键词】光衰减器;设计方法;可编程;性能;光学原理;定位系统;详细介绍;技术指标;测试方法
【作者】贺永亮;杨永跃;张家奎
【作者单位】合肥工业大学;中国电子科技集团公司第四十一研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN253;TP391.41
【相关文献】
1.PC机电源过电压、过电流保护IC TSM111、单片式开关调压控制器IC
LX1660/1661、高性能可编程ADC芯片AD73360、65Msps四路发射信号处理器AD6622、200kHz/1A降压高压开关调压器ADP3050、一种新型的12V/15V 四路开关芯片MAX4591/4592/453、可变电压衰减器 [J],
2.高精度可编程光衰减器的设计 [J], 余志强;辛耀平;黄涌;罗璧函;张洪波;李小军
3.一种高性能可编程衰减器设计 [J], 吴畏
4.可编程光衰减器的新设计方法 [J], Schmi.,S;张兰秀
5.可编程光衰减器的设计方法 [J],
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新型数字控制射频衰减器的设计摘要：该文介绍了通过cpld和单片机向结合对射频衰减器进行数字控制的设计。

采用这种方式设计的数字控制衰减器，具有保护功能、线路简单、操作方便等特点。

且可根据用户的要求修改逻辑和保护功能，应用于其他发射机激励电平自动控制系统。

关键词：tbh522发射机数字控制射频衰减器 cpld 430单片机 pin二极管1、引言tbh522发射机是北京北广科技有限公司生产的150千瓦短波广播发射机，其高频系统由频率合成器、高频衰减器、宽带放大器、高前级、高末级、屏级网络、vhf滤波器、平衡转换器和天馈系统构成。

该高频衰减器有0—20db衰减控制量，功能有有人工控制或自动控制，其主要作用是发射机在进行细调时，高频衰减器输出一个大小合适的激励信号使机器不过荷，自动调谐系统又能正确判断调谐状态。

细调完成后进行激励电平设置时，高频衰减器再次调整输出激励电平，使得激励信号经宽放和高前级放大，让高末级获得合适输入电平，高末级处于弱过压状态，输出达到额定功率。

此高频衰减器为全分离元件电路、没有保护功能、调整困难、可靠性较差。

我们在做自动化设计改造时，发现该衰减器在发射机工作的频段内取样线性度较差,衰减器衰减控制能力弱。

发射机自动调谐系统在进行细调时，衰减器输出的激励信号在有些频段合适，有些频段衰减器输出的激励信号过小或过大。

激励电平过大时高末屏流、帘栅流过大，机器出现过荷。

当高前调谐激励过小时，进入高末调谐时，高末帘栅流也过小，这样取自高末帘栅电流用来控制高末激励电平的直流电压过低，甚至为零。

于是到激励电平调整时，高频衰减器的衰减量会突然为零，使激励信号过大，机器出现过荷。

从而导致自动调谐系统调谐失败或导致各频段的输出功率不一致。

为保证自动调谐的稳定性，我们从新设计了一种电路较简单、调整方便具有保护功能的数字控制射频衰减器。

2、设计方案总体思路：采用cpld（高级门阵列可编程控制器）和单片机相结合做逻辑控制和数字控制，从3m到26m以100k为一步将最佳的状态存入单片机作为自动控制依据。

数字光衰减器
数字光衰减器通常由一个或多个可变光衰减器(VOA)组成,每个VOA 都由一个驱动电路和一个光学衰减元件构成。

驱动电路接收数字控制信号,并将其转化为电压或电流,进而控制光学衰减元件中的衰减量。

光学衰减元件的工作原理可以基于不同的物理机制,例如:
1. 电致双折射效应:利用电场改变材料的折射率,从而改变光束在材料中的传播路径,实现光强度的调节。

2. 热光效应:利用电流加热使材料发生热膨胀或折射率变化,从而改变光路,实现光强度的调节。

3. 微机电系统(MEMS):利用MEMS技术制造的可移动微型反射镜或光栅,通过移动来改变光路,实现光强度的调节。

数字光衰减器具有响应速度快、控制精度高、可重复性好等优点,能够实现高达60dB的衰减范围,并且可以通过数字控制实现任意预设衰减值。

它在现代光网络中扮演着重要角色,用于动态调节光信号强度、测试光通路、实现光开关等功能。

可调光衰减器(VOA)是光纤通信系统中的一种重要的光纤动态器件,主要用于密集波分复用(DWDM)系统中信道的功率平衡,实现增益平坦、动态增益平衡及传输功率均衡,具体应用包括:与掺饵光纤放大器(EDFA)组成增益平衡光放大器;与放大自发辐射(ASE)光源组成增益控制器;与可配置光分插复用器(ROADM)组成增益平衡ROADM;与复用/解复用器(M U X /D E M U X )组成增益平衡M U X /D E M U X 。

目前V O A 实现的技术大致可分为MEMS技术、分立微光元件技术、液晶技术、磁光技术以及光波导技术PLC等,M EM S是一种由半导体集成电路工艺生产的微加工机械系统,采用该系统技术制造的VO A由于具有低插入损耗、高衰减范围、响应速度快以及体积小、低成本、低功耗等技术特点,目前已广泛应用于光通信系统中。

M E M S V O A 是基于电压驱动,而且其电压和衰减的关系是非线性的,为了得到精确的衰减量,只有通过查找电压衰减表才能得到相应的驱动电压,这给使用带来了非常大的不便。

为了克服这个缺点,本文设计了一款数字式VOA,通过通用的I2C接口,非常方便的实现对M EM S VO A 衰减量的精准的控制,能达到衰减分辨率0.05dB 和精确度0.02的技术指标。

1 MEMS VOA 原理及其性能常见的ME MS V OA 有反射镜旋转型和位移遮挡型等。

无论采用哪种类型实现光功率的衰减,都是通过光衰减量与M E M S 芯片中机械片的旋转或移动呈一一对应的关系,而芯片中机械片的旋转或移动又与加在上下电极板上的电压呈一一对应关系,因此,衰减量与电压呈一一对应关系。

图1为典型的M E M S V O A 驱动电压与衰减量的关系曲线,从图中可以看出,衰减量与电压是非线性的关系,而每一个V O A 的衰减电压曲线都不完全一致。

为了方便器件的集成和控制,实现精确的衰减控制,增加了控制电路,预先将已测试好的衰减电压曲线数据保存在电路中,通过客户发送的衰减量自动查找对应的衰减的电压,再发送给VO A驱动电路,驱动电路再输出对应的电压给VOA,从而实现衰减,这样便达到了数字式控制的目的。

专利名称：数字型高精度光纤衰减器专利类型：实用新型专利
发明人：杨斌,皋魏,席刚,仝芳轩,周正仙申请号：CN201020695302.2
申请日：20101229
公开号：CN202049258U
公开日：
20111123
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种数字型高精度光纤衰减器，通过在光开关阵列上连接多个光纤衰减器，利用光开关数字控制模块控制光开关阵列连接的光纤衰减器的断开与闭合来控制所要衰减的程度。

解决了目前光纤衰减器分立器件多，成本昂贵、结构不紧凑，稳定性差，性能难控制等问题。

利用本实用新型所述的数字型高精度光纤衰减器，使得多环路光纤衰减器的设计方案可以达到很小的稳定调节间隔，可以实现很大的动态调节范围；在结构和成本上，避免了传统设计需要大量的光纤衰减器和开关，该方案结构简单，只用了一个光开关模块，成本更低，可靠性更高。

申请人：上海华魏光纤传感技术有限公司
地址：201700 上海市青浦区白鹤镇赵中路31弄2号云峰大楼701室B
国籍：CN
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专利名称：一种高精度可编程光纤衰减器专利类型：实用新型专利
发明人：刘继亮
申请号：CN202020836283.4
申请日：20200519
公开号：CN211905790U
公开日：
20201110
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种高精度可编程光纤衰减器，包括壳体，所述壳体的前表面固定安装有液晶显示屏，所述壳体的前表面位于液晶显示屏的下方设置有控制面板，所述壳体的上表面设置有输入接口，所述壳体的上表面位于输入接口的一侧设置有输出接口，所述壳体的上表面位于输入接口与输出接口之间活动安装有防脱防尘帽，所述壳体的后表面活动安装有电池后盖板，所述电池后盖板的表面活动安装有弹力绳。

本实用新型所述的一种高精度可编程光纤衰减器，能够使得防脱防尘帽夹紧输入接口和输出接口，防止在携带过程中脱落而不能起到防尘作用，还能够绷紧固定电池后盖板，防止摔落后电池后盖板及电池摔出壳体。

申请人：深圳市腾天昊宇光通信有限公司
地址：518000 广东省深圳市宝安区松岗街道潭头社区潭头工业城二区22栋301
国籍：CN
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基于OVA-650的数控可变光衰减器设计与研究的开题报告一、研究背景和目的在现代通信系统中，纤维光电子器件广泛应用。

其中，可变光衰减器是一种重要组件，其能够调节光信号的大小以满足不同应用条件的要求。

传统的可变光衰减器通常使用机械结构进行调节，但这种结构存在复杂、易损坏等问题。

随着技术的进步，基于 MEMS 或半导体材料的可变光衰减器逐渐取代了传统的机械可变光衰减器。

本项目将基于 OVA-650 设计一种数控可变光衰减器，旨在开发一种具有可编程性、快速响应和高信号质量的光衰减器，以满足现代光通信系统对高速、高精度、高质量的光衰减器的需求。

这种数控可变光衰减器在光通信、激光器测量、传感器等领域具有广泛的应用前景。

二、研究方法和思路本项目将基于 OVA-650 设计一种数控可变光衰减器。

首先，将分析OVA-650 的特点和原理，了解其在可变光衰减器中的应用。

接着，将设计电路和程序，实现对 OVA-650 的控制和调节。

最后，将对所设计的数控可变光衰减器进行测试和实验，评估其性能和应用效果。

三、拟解决的科学问题1. 如何实现 OVA-650 的精确控制和调节；2. 如何在 OVA-650 的设计中解决传输延迟的问题；3. 如何在数控可变光衰减器的设计中提高调节速度和减小调节误差；4. 如何进一步提高数控可变光衰减器的精度和稳定性。

四、拟采取的科学技术路线与可行性分析本项目将采用以下技术路线：1. 分析 OVA-650 的特点和原理，了解其在可变光衰减器中的应用；2. 设计电路和程序，实现对 OVA-650 的控制和调节；3. 进行光路分析和仿真，解决传输延迟的问题；4. 通过实验和测试，对所设计的数控可变光衰减器进行性能评估。

此技术路线充分考虑到了 OVA-650 的特点，并通过严谨的实验和测试来验证设计方案的正确性和可行性。

五、预期成果本项目预期实现一种具有可编程性、快速响应和高信号质量的数控可变光衰减器，并对其性能和应用效果进行测试和评估。