專利名稱：一種用于apd突發(fā)入射光強(qiáng)度探測電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及雪崩光電二極管APD接收電路，尤其涉及適用突發(fā)光通訊 下一種用于APD突發(fā)入射光強(qiáng)度探測電路。
背景技術(shù)：
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，業(yè)務(wù)種類的增多，人們對通訊的容量要求日益增 加。提高骨干網(wǎng)容量的方式是每根光纖傳輸更多的波長即波分復(fù)用(WDM);或 每個波長傳輸更大的容量，可通過提高波特率來實現(xiàn)。對于接入網(wǎng)的容量擴(kuò) 增，PON網(wǎng)絡(luò)目前是一個首選的方案。P0N網(wǎng)絡(luò)由局端的光線路終端0LT、光網(wǎng) 絡(luò)用戶單元ONU及連接這些節(jié)點的ODN構(gòu)成，在信號下行傳輸方向，OLT通過 廣播的方式傳遞下行信息給各個ONU;在信號上行傳輸方向，OLT通過TDMA方 式接收來自各個ONU的上行信息。為了提高線路傳輸效率，OLT必須能有效接 收ONU發(fā)送的上行突發(fā)信息，并對線路狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。表征ONU端發(fā)射狀態(tài)的 一個主要指標(biāo)是OLT端光接收信號強(qiáng)度RSSI。在FTTx的應(yīng)用中，0LT端的光接 收器多用雪崩光電二極管APD，在接收連續(xù)光信號情況下，APD光電流的監(jiān)測通 常采用高壓電流鏡，此時對電流鏡的反應(yīng)速度沒有要求。若使用雪崩光電二極 管APD接收突發(fā)光信號時，特別是接收光信號的持續(xù)時間低至0.3uS時，采用 高電壓電流鏡已不能滿足速度要求，因此目前的GPON OLT光收發(fā)模塊中，采用 射頻功率測量芯片來間接測量光接收信號強(qiáng)度RSSI，如圖1所示，VH是APD的 偏置電壓，經(jīng)APD保護(hù)電路后加載于雪崩光電二極管APD上，APD將接收的上行突發(fā)光信號轉(zhuǎn)換成電流信號，經(jīng)TIA放大并轉(zhuǎn)換成電壓差分信號對輸出，差 分信號中的一路經(jīng)接收復(fù)位電路后接限幅放大器，輸出放大后的差分對信號
RD+/RD-;另一路差分信號則經(jīng)射頻功率探測電路，該電路業(yè)內(nèi)現(xiàn)通常采用 Maxim芯片AD8317，將輸入信號衰減后取對數(shù)，繼而通過信號強(qiáng)度標(biāo)度處理， 使輸出的電信號與APD的接收的入射光強(qiáng)度關(guān)聯(lián)對應(yīng)起來。該種APD突發(fā)入射
光強(qiáng)度探測電路有如下幾種缺點
1、 光接收器輸出動態(tài)范圍小作為射頻功率探測電路的Maxira芯片AD83
17本身的動態(tài)范圍可達(dá)60dB左右，而TIA的低誤碼率(如lx10—1G)的入射光 的動態(tài)范圍只有20dB左右，因此Maxim芯片AD8317輸出幅度不足它的滿刻度 輸出的1/3，實際應(yīng)用中如果用3. 3V的電壓，Maxim芯片AD8317的輸出電壓 小于IV。
2、 精度受限除了動態(tài)范圍小對精度有影響外，TIA輸出的非單調(diào)性會對 精度產(chǎn)生較大影響。APD的入射光功率大到一定程度后，TIA輸出的電信號會有 拐點，因此影響了功率的判別。
3、功耗大射頻功率探測電路芯片AD8317—般都有20—30mA的電流消耗。
發(fā)明內(nèi)容
為克服以上缺點，本實用新型提供功耗小，測量范圍寬的一種用于APD突 發(fā)入射光強(qiáng)度探測電路。
為實現(xiàn)以上發(fā)明目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案 一種用于APD突發(fā) 入射光強(qiáng)度探測電路，包括 一輸入端接反向偏置電壓VH的APD保護(hù)電路、一 APD雪崩光電二極管、 一前置跨導(dǎo)放大器TIA、 一接收復(fù)位電路和一限幅放大 器，還包括一PNP電流鏡像電路，該電路包括第一 PNP三極管和第二 PNP三極管，兩三極管的基極相對接，兩發(fā)射極與所述APD保護(hù)電路輸出端連接，所 述第二PNP三極管的集電極分三路連接第一路連接一恒流源，該恒流源的另 一端接地，第二路連接其基極，第三路連接所述APD雪崩光電二極管的陰極；
所述第一 PNP三極管的集電極連接一 TVS瞬態(tài)電壓抑制二極管的陰極，該瞬態(tài)
電壓抑制二極管的陽極端連接一接地的電流采樣電阻以及一采樣保持電路及量 化處理電路。
所述第一 PNP三極管和第二 PNP三極管的發(fā)射極還分別串聯(lián)第一電阻和第 二電阻用于調(diào)節(jié)兩發(fā)射極的電流比。
所述采樣保持電路及量化處理電路，包括與所述瞬態(tài)電壓抑制二極管的
陽極端連接的一模擬開關(guān)，該開關(guān)由一觸發(fā)信號RSSI—TRIG控制開合，所述模 擬開關(guān)的另一端與一用于模擬信號采樣保持電容非接地端和一由運算放大器構(gòu) 成的電壓跟隨器的正輸入端連接，電壓跟隨器的輸出端與其負(fù)輸入端和一微控 制器MCU的ADC端口連接，由ADC完成從電壓模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)化。
上述結(jié)構(gòu)中采用TVS瞬態(tài)電壓抑制二極管將高壓電平移位，使加在第一 PN P三極管上的電壓極大降低；用納秒級的TVS瞬態(tài)電壓抑制二極管，電平移位 后，可以很方便地利用高速低壓PNP電流鏡像電路進(jìn)行電流測量，為了進(jìn)一步 提高三極管反應(yīng)速度，給第二PNP三極管加了一個偏置電流，這個偏置電流降 低了第二PNP三極管的發(fā)射結(jié)動態(tài)電阻，降低了瞬態(tài)響應(yīng)的時間常數(shù)，進(jìn)而提 高響應(yīng)速度。通過直接探測APD光電流，不僅能快速測量APD突發(fā)入射光強(qiáng)度 探測電路，也擴(kuò)展了測量的動范圍及提高了測量精度。另外，由于第一PNP三 極管在全工作溫度范圍內(nèi)工作電壓最大為20V左右，該種耐壓型第一PNP三極 管的選擇范圍得以擴(kuò)大，由于第一、第二PNP三極管和TVS瞬態(tài)電壓抑制二極 管均是高速的，所以便能實現(xiàn)高速光接收信號強(qiáng)度RSSI測量。

圖1表示現(xiàn)有技術(shù)的用于APD突發(fā)入射光強(qiáng)度探測電路。
圖2是本實用新型的用于APD突發(fā)入射光強(qiáng)度探測電路實施框圖。
圖3表示圖2所示采樣保持電路及量化處理電路原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述本實用新型最佳實施例。
如圖2所示用于APD突發(fā)入射光強(qiáng)度探測電路，包括 一輸入端接反向偏 置電壓VH的APD保護(hù)電路、APD雪崩光電二極管、 一前置跨導(dǎo)放大器TIA、 一接收復(fù)位電路和一限幅放大器，還包括一PNP電流鏡像電路108，該電路包 括第一PNP三極管102和第二PNP三極管103，兩三極管的基極相對接，兩 發(fā)射極與所述APD保護(hù)電路輸出端連接，所述第二 PNP三極管103的集電極分 三路連接第一路連接"叵流源106 ，該恒流源的另一端接地，第二路連接其 基極，第三路連接所述APD雪崩光電二極管的陰極，APD將接收的上行突發(fā)光 信3轉(zhuǎn)換成電流信號，經(jīng)TIA放大并轉(zhuǎn)換成電壓差分信號對輸出，差分信號中 的一路經(jīng)接收復(fù)位電路后接限幅放大器，輸出放大后的差分對信號RD+/RD-; 第一 PNP三極管102的集電極連接一 TVS瞬態(tài)電壓抑制二極管104的陰極，該 瞬態(tài)電壓抑制二極管104的陽極端連接一接地的電流采樣電阻105以及一采樣 保持電路及量化處理電路107。
第一 PNP三極管102和第二 PNP三極管103的發(fā)射極還可以分別串聯(lián)第一 電阻100和第二電阻101用于調(diào)節(jié)兩發(fā)射極的電流比。第一 PNP三極管102和 第二 PNP三極管103構(gòu)成了電流分配電路，將流經(jīng)APD的電流按比例產(chǎn)生一部 分作測量用。如果第一 PNP三極管102和第二 PNP三極管103通過制作工藝生 成固定電流比的PNP電流鏡(Current Mirror)，與第一 PNP三極管102發(fā)射極 相連的電阻IOO、與103發(fā)射極相連的電阻101是不需要的，直接用零電阻代
6替。使反向偏置電壓VH經(jīng)APD保護(hù)電路后直接連在PNP三極管102、 103的發(fā) 射極；如果三極管102、 103是匹配的三極管對(Matched Transistor Pair)，它 們的電流比是l: l的，為了降低功率消耗，須在第一、第二PNP三極管102、 103發(fā)射極上分別接第一、第二電阻100、 101至ATO保護(hù)電路的輸出，如果
第一、第二電阻100、 101的電阻值比<formula>formula see original document page 7</formula>，則流經(jīng)二個三極管102、 10
《oi
3發(fā)射極的電流比近似為<formula>formula see original document page 7</formula>如圖3所示的采樣保持電路及量化處理電路107，包括與瞬態(tài)電壓抑制
二極管的陽極端連接的一模擬開關(guān)200，該開關(guān)由一觸發(fā)信號RSSI—TRIG204 控制開合，所述模擬開關(guān)200的另一端與一用于模擬信號采樣保持電容201的 非接地端和一運算放大器構(gòu)成的電壓跟隨器202的正輸入端連接，它的輸出端 連接一微控制器MCU 203的ADC端口 ，由ADC完成從電壓模擬量到數(shù)字量 的轉(zhuǎn)化。模擬開關(guān)200由一個觸發(fā)信號RSSI—TRIG控制開合，開關(guān)閉合時電容 201處于采樣狀態(tài)，模擬開關(guān)200斷開時模擬信號采樣保持電容201處于保持 狀態(tài)，此時通過器件參數(shù)的選擇使模擬信號采樣保持電容201以很緩慢的速度 放電，以利于較慢的MCU進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換而不損失精度。
TVS瞬態(tài)電壓抑制二極管104將高壓電平移位后，可以很方便地用高速低 壓PNP電流鏡像電路進(jìn)行電流測量，為了進(jìn)一步提高第二 PNP三極管103反應(yīng) 速度，為其加了一個偏置電流，這個偏置電流降低了第二PNP三極管103的發(fā) 射結(jié)動態(tài)電阻，降低了瞬態(tài)響應(yīng)的時間常數(shù)，進(jìn)而提高響應(yīng)速度。使加在第一 PNP三極管102上的電壓極大降低。上述第二PNP三極管103的基極、集電極、APD陰極三端連接，這樣在APD 偏壓lHj路中串聯(lián)了第二PNP三極管103的發(fā)射結(jié)，由于發(fā)射結(jié)的動態(tài)阻抗受到 流經(jīng)它的電流影響，電流越小則阻抗越大，降低了第一、第二PNP二極管IO 2、 103對光電流的響應(yīng)速度，因此在第二PNP三極管103的集電極接一個恒流 源106到地，此恒流源106的選擇應(yīng)適宜，太大則增加功率消耗，太小對第二 PNP三極管103發(fā)射結(jié)動態(tài)電阻的減小不明顯，應(yīng)根據(jù)實際所用器件實驗確定. 低耐壓的PNP二極管更易達(dá)到更高的帶寬，在第一PNP二極管102的集電極串 接一個TVS瞬態(tài)電壓抑制二極管104，此時，APD的偏壓主要由二個器件承擔(dān) 第一 PNP 二極管102和TVS瞬態(tài)電壓抑制二極管104，適當(dāng)選擇TVS瞬態(tài)電壓 抑制二極管104，使第一 PNP三極管102在全工作溫度范圍內(nèi)工作電壓最大為2 OV左右，這樣耐卨壓的第一PNP三極管102的選擇范圍得以擴(kuò)大，由于第一、 第二PNP三極管102、 103和TVS瞬態(tài)電壓抑制二極管104均是高速的，所以便 能實現(xiàn)高速光接收信號強(qiáng)度RSSI測量。
權(quán)利要求1、一種用于APD突發(fā)入射光強(qiáng)度探測電路，包括一輸入端接反向偏置電壓VH的APD保護(hù)電路、一APD雪崩光電二極管、一前置跨導(dǎo)放大器TIA、一接收復(fù)位電路和一限幅放大器，其特征在于，還包括一PNP電流鏡像電路(108)，該電路包括第一PNP三極管(102)和第二PNP三極管(103)，兩三極管的基極相對接，兩發(fā)射極與所述APD保護(hù)電路輸出端連接，所述第二PNP三極管(103)的集電極分三路連接第一路連接一恒流源(106)，該恒流源的另一端接地，第二路連接其基極，第三路連接所述APD雪崩光電二極管的陰極；所述第一PNP三極管(102)的集電極連接一TVS瞬態(tài)電壓抑制二極管(104)的陰極，該瞬態(tài)電壓抑制二極管(104)的陽極端連接一接地的電流采樣電阻(105)以及一采樣保持電路及量化處理電路(107)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于APD突發(fā)入射光強(qiáng)度探測電路，其特征 在于，所述第一PNP三極管(102)和第二PNP三極管(103)的發(fā)射極還分 別串聯(lián)第一電阻(100)和第二電阻(101)用于調(diào)節(jié)兩發(fā)射極的電流比。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于APD突發(fā)入射光強(qiáng)度探測電路，其 特征在于，所述采樣保持電路及量化處理電路(107)，包括與所述瞬態(tài) 電壓抑制二極管(104)的陽極端連接的一模擬開關(guān)(200)，該開關(guān)由一觸 發(fā)信號RSSIJRIG (204)控制開合，所述模擬開關(guān)(200)的另一端與一用 于模擬信號采樣保持電容(201)非接地端和一由運算放大器構(gòu)成的電壓跟 隨器202的正輸入端連接，電壓跟隨器(202)的輸出端與其負(fù)輸入端和一 微控制器MCU ( 203)的ADC端口連接，由ADC完成從電壓模擬量到數(shù)字量 的轉(zhuǎn)化。
專利摘要本實用新型提供一種用于APD突發(fā)入射光強(qiáng)度探測電路，包括一輸入端接反向偏置電壓VH的APD保護(hù)電路、一APD雪崩光電二極管、一前置跨導(dǎo)放大器TIA、一接收復(fù)位電路和一限幅放大器，還包括一PNP電流鏡像電路，該電路包括第一PNP三極管和第二PNP三極管，兩三極管的基極相對接，兩發(fā)射極與APD保護(hù)電路輸出端連接，第二PNP三極管的集電極分三路連接第一路連接一恒流源，該恒流源的另一端接地，第二路連接其基極，第三路連接APD雪崩光電二極管的陰極；第一PNP三極管的集電極連接一TVS瞬態(tài)電壓抑制二極管的陰極，該瞬態(tài)電壓抑制二極管的陽極端連接一端接地的電流采樣電阻以及一采樣保持電路及量化處理電路。
文檔編號H04B10/158GK201429467SQ20092013308
公開日2010年3月24日 申請日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者何紅檔 申請人:深圳新飛通光電子技術(shù)有限公司