摘要: 本文提出了一种在激光发射机温度控制电路中提高控制精度、降低功耗、增加集成度的有效方法，给出了波长的热电温度控制原理及测试结果。
关键词: 密集波分复用；波长稳定；热电温度控制
引言
近年来，dwdm(密集波分复用)技术不断发展，为了尽可能地传输更多的信道，要求光源峰值波长的间隔尽可能小，提高各信道光发射机的工作波长稳定性是极其必要的。而且，dwdm系统一般采用40×10g、 80×10g甚至更高的信道复用形式，系统中每个子架用到的光发射机越来越多，电路集成度以及散热问题也成为了激光器设计的关键。因此，在dwdm系统激光发射机温度控制电路中提高控制精度、降低功耗、增加集成度成为设计的核心。
本文提出了一种采用 adi公司的adn8830芯片进行激光器管芯温度控制的方法，它具有波长控制精度高、电路体积小的优点并且由于其功耗低，大大降低了系统功耗，缓解了系统的散热问题。
热电温度控制原理
在dwdm系统中,对波长稳定性的要求十分严格。例如，对于采用0.8nm信道间隔的dwdm系统，一个0.4nm 的波长变化就能把一个信道移到另一个信道上。在典型的系统中,光源波长稳定是通过控制激光器管芯温度而实现的。通过热电制冷器(tec)，管芯的温度可以被稳定在一个恒定的值上，普通的激光器波长的温度依赖性典型约为0.08nm/℃。
tec控制器按输出的工作模式可以分成线性模式和开关模式。传统wdm的热电温度控制多采用线性模式的tec控制器，虽然具有电流纹波小且容易设计和制造的优点，但功率效率低、波长控制精度不高，电路集成度较低。
本文采用的adn8830芯片是开关模式的单芯片tec控制器，其原理框图如图1所示。它是一个闭环控制系统，通过负温度系数热敏电阻检测附于tec上的激光器管芯温度并将其转换为电压值，与来自于dac的模拟输入温度设置电压进行比较，产生一个误差信号经由pwm(脉宽调制)控制器驱动tec来稳定激光二极管的温度。系统的反馈环路通过高稳定性，低噪声的pid(比例积分控制)补偿网络构成，通过调整pid参数可以改变系统响应特性。
图1 adn8830单片tec控制器原理图
adn8830单芯片tec控制器的主要优点：(1)控制精度高。采用高精度误差放大器作为输入级，它具有自校正、自稳零、低漂移的特性，最大漂移电压低于250mv，在典型应用中，使目标温度误差低于±0.01℃。(2)系统功耗低。在线性模式控制器中，一般采用推挽电路作为输出级，其功率效率低；开关模式控制器采用mosfet开关管，导通时电阻很小，大大降低了系统功耗。(3)集成度高。它采用5mm×5mm lfcsp封装，所有的控制器件都集成到一颗芯片里。
性能测试结果分析
采用电吸收调制激光器、vsc7937调制驱动器和adn8830 tec温度控制器构成光发射机，进行了高低温测试。
采用advantest q8326波长计，在环境温度为室温(26℃)、高温(52.1℃)、低温(-20℃)条件下，对光发射模块波长稳定性进行测试。
温度实验测试结果见表1所示。
测试结果表明，在环境温度变化的过程中，模块发射的光波长基本稳定不变，得到很好的锁定。实验证明该控制方式具有很好的波长稳定能力。
优化设计
光发射模块在无调制信号时，用tek csa8000示波器对发射机光信号进行测试，测试结果如图2所示，发现光信号中有很多噪声，这势必影响光发射机的眼图质量。分析光发射机印制板设计发现，由于采用开关模式温度控制方法，激光器的偏置电流很容易受到adn8830脉宽调制信号的干扰。
