專利名稱：用于光突發(fā)接收機(jī)中的判決電平快速檢測(cè)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電子技術(shù)和光纖通信技術(shù)領(lǐng)域。特別涉及無源光網(wǎng)絡(luò)中光突發(fā)接收機(jī)中信號(hào)的快速判決電平檢測(cè)技術(shù)。
背景技術(shù)：
在無源光網(wǎng)絡(luò)的光突發(fā)接收中，各個(gè)發(fā)送單元發(fā)送的的光信號(hào)經(jīng)過的光纖長度不同，且各發(fā)送單元的性能也不一，進(jìn)入接收單元的光包的幅度和相位相差很大。所以，不能采取固定門限的光接收機(jī)，而必須使用動(dòng)態(tài)門限的光接收機(jī)，以適應(yīng)對(duì)各種幅度不同光信號(hào)的接收。因此，快速的進(jìn)行判決電平的檢測(cè)就成為了突發(fā)模式接收機(jī)中的關(guān)鍵技術(shù)。
目前比較成熟的快速電平檢測(cè)技術(shù)是基于直流耦合的原理，即在跨導(dǎo)放大器(TIA)和作為主放大器之間限幅放大器(LA)之間采取直流耦合。這樣可以避免由于線路中存在交流的耦合電容在突發(fā)包到來時(shí)的充放電效應(yīng)引起的接收機(jī)電路不穩(wěn)定工作。但是，由于直流耦合將會(huì)給跨導(dǎo)放大器和主放大器設(shè)計(jì)的復(fù)雜性大大加大，特別是直流工作點(diǎn)漂移的控制難度將大大加大，一般須將跨導(dǎo)放大器與主放大器集成在一起才能實(shí)現(xiàn)兩者之間的直流耦合。另一方面，為了避免PIN輸出的微弱電信受到噪聲的干擾，跨導(dǎo)放大器一般是與PIN管混合封裝在一起成PIN-TIA器件，而若再將功耗較大的限幅放大器集成在一起，對(duì)光電接收器的封裝難度將大大提高，從而限制了光模塊核心器件成本的下降。
本發(fā)明將提出一種基于交流耦合的突發(fā)信號(hào)判決電平檢測(cè)技術(shù)。它可以快速地檢測(cè)出由PIN-TIA交流耦合輸出信號(hào)的電平波動(dòng)。這些波動(dòng)由光突發(fā)信號(hào)的強(qiáng)弱和突發(fā)信號(hào)通過交流耦合電容引起的充電效應(yīng)兩方面組成。通過判決電平的高速檢測(cè)，這兩方面的效應(yīng)對(duì)光接收機(jī)性能的影響基本可以消除。同時(shí)，它可以大大降低突發(fā)光接收機(jī)中的跨導(dǎo)放大器和限幅放大器的設(shè)計(jì)要求，由于兩者間是交流耦合的，它們可以分別設(shè)計(jì)，甚至可以由不同廠家分別生產(chǎn)。同時(shí)，功耗較大的限幅放大器也無需置于光電二極管的同軸封裝中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可快速檢測(cè)并消除由輸入突發(fā)信號(hào)的強(qiáng)弱和所述突發(fā)信號(hào)通過交流耦合電容引起的充放電交應(yīng)對(duì)后級(jí)限幅放大器產(chǎn)生影響的判決電平快速檢測(cè)電路.
本發(fā)明的特征在于突發(fā)信號(hào)上下沿的包絡(luò)檢波電路、緩沖器、串聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)和放電回路，其中1.突發(fā)信號(hào)上邊沿包絡(luò)檢測(cè)電路，由二極管D1以及和該二極管D1串聯(lián)的阻容并聯(lián)電路構(gòu)成，所述的電阻用R2、電容用C2表示，所述二極管D1的正極和由交流耦合電容C1、后級(jí)限幅放大器的等效電阻R1串聯(lián)構(gòu)成的阻容串聯(lián)電路輸出端相連，該交流耦合電容C1的另一端接前級(jí)跨導(dǎo)放大器輸出的輸入突發(fā)信號(hào)；2.突發(fā)信號(hào)下邊沿包絡(luò)檢測(cè)電路，由二極管D2以及和該二極管D2正極相串聯(lián)的另一個(gè)阻容并聯(lián)電路構(gòu)成，所述的電阻用R3、電容用C3表示，所述二極管D2的負(fù)極也與所述阻容串聯(lián)電路輸出端相連；在所述的突發(fā)信號(hào)上下沿的包絡(luò)檢測(cè)電路中，所述電阻R2和R3、電容C3各有一端在相互連接后接地；3.緩沖器B1，該緩沖器B1的輸入端與所述突發(fā)信號(hào)上邊沿包絡(luò)檢測(cè)電路的輸出端即電阻R2、電容C2的另一個(gè)相并聯(lián)的端相連；4.緩沖器B2，該緩沖器B2的輸入端與所述突發(fā)信號(hào)下邊沿包絡(luò)檢測(cè)電路的輸出端即電阻R3、電容C3的另一個(gè)相并聯(lián)的端相連；5.串聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)，由電阻R4、R5串聯(lián)構(gòu)成，電阻R4的輸入端與所述緩沖器B1的輸出端相連，電阻R5的輸入端與所述緩沖器B2的輸出端相連，電阻R4、R5的串聯(lián)點(diǎn)則向后級(jí)限幅放大器判決電平輸入端輸出所述輸入突發(fā)信號(hào)的上、下邊沿包絡(luò)電壓的判決電平平均值；6.放電回路，該回路的兩個(gè)輸入端分別與所述緩沖器B1和緩沖器B2的輸入端相連，而第三個(gè)輸入端接控制信號(hào)。
本發(fā)明提出的一種基于交流耦合的突發(fā)信號(hào)判決電平快速檢測(cè)電路.它可以快速地檢測(cè)出由PIN-TIA交流耦合輸出信號(hào)的電平波動(dòng).這些波動(dòng)由光突發(fā)信號(hào)的強(qiáng)弱和突發(fā)信號(hào)通過交流耦合電容引起的充電效應(yīng)兩方面組成.通過判決電平的高速檢測(cè)，這兩方面的效應(yīng)對(duì)光接收機(jī)性能的影響基本消除.同時(shí)，它可以大大降低突發(fā)光接收機(jī)中的跨導(dǎo)放大器和限幅放大器的設(shè)計(jì)要求，由于兩者間是交流耦合的，它們可以分別設(shè)計(jì)，甚至可以由不同廠家分別生產(chǎn).同時(shí)，功耗較大的限幅放大器也無需置于光電二極管的同軸封裝中.


圖1為自適應(yīng)突發(fā)模式光接收機(jī)原理示意圖。
圖2交流耦合的光線路端(OLT)突發(fā)模式光接收組件用的判決電平快速檢測(cè)電路原理圖。
圖3.輸入突發(fā)信號(hào)經(jīng)過耦合電容前后的示意圖a耦合前；b耦合后。
圖4.本發(fā)明所述判決電平快速檢測(cè)電路中輸入突發(fā)信號(hào)的包絡(luò)上下沿和判決電平示意圖c包絡(luò)上邊沿，d包絡(luò)下邊沿，e判決電平。
圖5.實(shí)際得到的突發(fā)式光接收組件的輸入、輸出信號(hào)示意圖a突發(fā)接收組件輸出，b輸入突發(fā)信號(hào)。
具體實(shí)施例方式
突發(fā)模式光接收機(jī)的原理圖如圖1。光電檢測(cè)器PIN-TIA將光電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。輸出電壓信號(hào)通過交流耦合電容一路送至限幅放大器LA的輸入端，另一路進(jìn)入本發(fā)明提出的快速判決電平檢測(cè)電路，它的輸出作為判決電平輸入限幅放大器LA進(jìn)行突發(fā)數(shù)據(jù)信號(hào)的判決。其中PIN-TIA均為普通商用產(chǎn)品的改進(jìn)版本，它為了適應(yīng)接收突發(fā)信號(hào)的要求，去掉了響應(yīng)較慢的自動(dòng)增益控制電路部分和直流消偏反饋電路，而限幅放大器也為商用產(chǎn)品?？焖俜逯禉z測(cè)電路的作用是使接收模塊能夠在分組信號(hào)到來之后的較短時(shí)間內(nèi)快速建立判決電平，從而實(shí)現(xiàn)不同幅度的分組信號(hào)的判決門限實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制。因此，本發(fā)明僅在現(xiàn)有價(jià)格低廉的商用的連續(xù)工作模塊光收發(fā)模塊上作局部改進(jìn)，就可以使光收發(fā)模塊在突發(fā)模式下工作，這將可以大大降低無源光網(wǎng)絡(luò)中光突發(fā)模塊的成本。
針對(duì)PIN-TIA或APD-TIA交流耦合輸出的突發(fā)信號(hào)的判決電平檢測(cè)電路的示意圖如圖2所示。由于突發(fā)信號(hào)注入由交流耦合電容C1和后級(jí)限幅放器的等效輸入電阻R1構(gòu)成的回路后，將對(duì)電容進(jìn)行沖放電。1.25Gb/s的突發(fā)信號(hào)經(jīng)過耦合電容C1前后的突發(fā)信號(hào)(分別為A點(diǎn)和B點(diǎn))分別如如圖3(a)和(b)所示?？梢钥闯?，由于電容的充放電效應(yīng)，經(jīng)過交流耦合后，突發(fā)信號(hào)的直流分量將發(fā)生波動(dòng)，如果采用固定的判決電平，光收發(fā)模塊將產(chǎn)生非常大的誤碼率。
經(jīng)過交流耦合后的突發(fā)信號(hào)同時(shí)注入兩個(gè)包絡(luò)檢波電路構(gòu)成，它們分別由一個(gè)肖特基零偏二極管(D1或D2)和一個(gè)低通濾波回路(R2與C2及R3與C3)構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)突發(fā)信號(hào)的上下邊的兩個(gè)包絡(luò)檢測(cè)。這兩個(gè)包絡(luò)檢波電路的輸出電壓經(jīng)過緩沖器B1和B2后，經(jīng)過R4，R5構(gòu)成的電阻網(wǎng)絡(luò)，得到兩個(gè)包絡(luò)信號(hào)電壓的平均值，它作為判決電平電壓送到限幅放大器的輸入端。圖4中曲線C和D分別是輸入突發(fā)信號(hào)的上下包絡(luò)電壓，E點(diǎn)是它們的平均值。在突發(fā)包接收完畢后，系統(tǒng)端將給突發(fā)式光收發(fā)模塊輸入一復(fù)位信號(hào)，對(duì)突發(fā)模塊上的電容進(jìn)行放電。所用的緩器是常用射極跟隨器，所用的放電回路是常用的RC回路.
本發(fā)明提出的對(duì)光突發(fā)信號(hào)的接收方案。其特點(diǎn)如下1，基于現(xiàn)有成熟的光電檢測(cè)器和限幅放大器實(shí)現(xiàn)突發(fā)式光收發(fā)模塊。
2，對(duì)經(jīng)過電容耦合的突發(fā)信號(hào)進(jìn)行上下沿包絡(luò)檢波，從而將其中心(判決)電平高速檢測(cè)。
根據(jù)該發(fā)明設(shè)計(jì)的突發(fā)式光接收模塊已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，圖5給出了該光收發(fā)模塊的輸入光信號(hào)和輸出電信號(hào)的示意圖，可見其突發(fā)時(shí)間小于50ns，它能夠在此時(shí)間范圍之內(nèi)恢復(fù)數(shù)據(jù)，滿足通信協(xié)議IEEE 802.3ah的要求。此方案具有簡單易行、裝置成本低等特點(diǎn)，適合于無源光網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.用于自適應(yīng)突發(fā)接收機(jī)中的判決電平快速檢測(cè)電路，其特征在于突發(fā)信號(hào)上下沿的包絡(luò)檢波電路、緩沖器、串聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)和放電回路，其中(1)突發(fā)信號(hào)上邊沿包絡(luò)檢測(cè)電路，由二極管(D1)以及和該二極管(D1)串聯(lián)的阻容并聯(lián)電路構(gòu)成，所述的電阻用(R2)、電容用(C2)表示，所述二極管(D1)的正極和由交流耦合電容(C1)、后級(jí)限幅放大器的等效電阻(R1)串聯(lián)構(gòu)成的阻容串聯(lián)電路輸出端相連，該交流耦合電容(C1)的另一端接前級(jí)跨導(dǎo)放大器輸出的輸入突發(fā)信號(hào)；(2)突發(fā)信號(hào)下邊沿包絡(luò)檢測(cè)電路，由二極管(D2)以及和該二極管(D2)正極相串聯(lián)的另一個(gè)阻容并聯(lián)電路構(gòu)成，所述的電阻用(R3)、電容用(C3)表示，所述二極管(D2)的負(fù)極也與所述阻容串聯(lián)電路輸出端相連；在所述的突發(fā)信號(hào)上下沿的包絡(luò)檢測(cè)電路中，所述電阻(R2)(R3)、電容(C2)(C3)各有一端在相互連接后接地；(3)緩沖器(B1)，該緩沖器(B1)的輸入端與所述突發(fā)信號(hào)上邊沿包絡(luò)檢測(cè)電路的輸出端即電阻(R2)、電容(C2)的另一個(gè)相并聯(lián)的端相連；(4)緩沖器(B2)，該緩沖器(B2)的輸入端與所述突發(fā)信號(hào)下邊沿包絡(luò)檢測(cè)電路的輸出端即電阻(R3)、電容(C3)的另一個(gè)相并聯(lián)的端相連；(5)串聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)，由電阻(R4)、(R5)串聯(lián)構(gòu)成，電阻(R4)的輸入端與所述緩沖器(B1)的輸出端相連，電阻(R5)的輸入端與所述緩沖器(B2)的輸出端相連，電阻(R4)、(R5)的串聯(lián)點(diǎn)則向后級(jí)限幅放大器判決電平輸入端輸出所述輸入突發(fā)信號(hào)的上、下邊沿包絡(luò)電壓的判決電平平均值；(6)放電回路，該回路的兩個(gè)輸入端分別與所述緩沖器(B1)和緩沖器(B2)的輸入端相連，而第三個(gè)輸入端接控制信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1，所述的用于自適應(yīng)光突發(fā)接收機(jī)中的判決電平快速檢測(cè)電路其特征在于突發(fā)信號(hào)上下沿的包絡(luò)檢波電路、緩沖器、串聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)和放電回路。所述的緩沖器(B1)和緩沖器(B2)是常用驅(qū)動(dòng)電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自適應(yīng)光突發(fā)接收機(jī)中的判決電平快速檢測(cè)，其特征在于突發(fā)信號(hào)上下沿的包絡(luò)檢波電路、緩沖器、串聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)和放電回路，所述的放電電路是常用的RC放電回路。
全文摘要
用于自適應(yīng)光突發(fā)接收機(jī)中的判決電平快速檢測(cè)電路，屬于光纖通信技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于該電路位于接收跨導(dǎo)放大器輸出端的、由交流耦合電容和后級(jí)限幅放大器等效電阻構(gòu)成的串聯(lián)阻容電路之后、后級(jí)限幅放大器之前，該電路依次由輸入突發(fā)信號(hào)包絡(luò)的上、下邊沿檢測(cè)電路、上下緩沖器及串聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)依次串聯(lián)構(gòu)成，還有一個(gè)放電回路與上、下兩個(gè)緩沖器的輸入端相連，串聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)的中點(diǎn)電壓即為輸往后級(jí)限幅放大器的判決電平值。本發(fā)明可以消除由于突發(fā)信號(hào)強(qiáng)弱以及交流耦合電容產(chǎn)生的判決電平波動(dòng)對(duì)后級(jí)限幅放大器的影響，同時(shí)可大大降低突發(fā)光接收機(jī)中的跨大放大器和后級(jí)限幅放大器的設(shè)計(jì)要求。
文檔編號(hào)H04B10/158GK1741420SQ20051008638
公開日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2005年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月9日
發(fā)明者陳明華, 周瑋, 賈笑冬, 謝世鐘 申請(qǐng)人:清華大學(xué)