本發(fā)明實(shí)施例涉及光通信技術(shù)，尤其涉及到一種光接收電路和一種光接收電路中防止邏輯異常的方法。

背景技術(shù)：

IGBT驅(qū)動(dòng)芯片由發(fā)光二極管和光電二極管組成的信號傳輸系統(tǒng)。一般來說，發(fā)光二極管和集成光電二極管的接收電路被封裝在一起。由于集成的光電二極管接收的光信號非常微弱，因此，在現(xiàn)有的光信號接收技術(shù)中，光信號接收電路常常出現(xiàn)邏輯誤判，而導(dǎo)致信號失真。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例的目的在于，提供一種光接收電路以及一種防止電路邏輯異常的方法，以解決傳統(tǒng)的光信號接收電路中因電路邏輯誤判而導(dǎo)致信號失真的問題。

一方面，本發(fā)明提供了一種光接收電路，包括：

光信號接收模塊；

一級放大電路，該一級放大電路之輸入端連接于所述光信號接收模塊，用于將所述光信號接收模塊所產(chǎn)生的電流信號轉(zhuǎn)換為第一電壓信號；

二級放大電路，該二級放大電路之輸入端連接于所述一級放大電路之輸出端，用于依據(jù)所述第一電壓信號產(chǎn)生第二電壓信號及基準(zhǔn)電壓信號；及

比較輸出電路，該比較輸出電路之輸入端連接于所述二級放大電路至輸出端，用于依據(jù)所述第二電壓信號及所述基準(zhǔn)電壓信號輸出相應(yīng)的數(shù)字邏輯信號；

其中，所述二級放大電路包括兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，其中一個(gè)輸入端連接有恒流偏置電路，以使所述二級放大電路的兩個(gè)輸出端之電壓差恒大于一個(gè)預(yù)設(shè)值。

一方面，本發(fā)明提供了一種防止邏輯異常的方法，應(yīng)用于光接收電路中，該方法包括以下步驟：

光信號接收步驟，接收光信號并將接收的光信號轉(zhuǎn)換為電流信號；

電流-電壓轉(zhuǎn)換步驟，將電流信號放大并轉(zhuǎn)換為第一電壓信號；

電壓放大步驟，依據(jù)所述第一電壓信號產(chǎn)生第二電壓信號及基準(zhǔn)電壓信號；及

比較輸出步驟，比較所述第二電壓信號和所述基準(zhǔn)電壓信號，根據(jù)比較結(jié)果輸出相應(yīng)的數(shù)字邏輯信號；

其中，所述電壓放大步驟通過一個(gè)二級放大電路實(shí)現(xiàn)，該二級放大電路包括一個(gè)第二放大器，該第二放大器包括兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，其中一個(gè)輸入端連接有一個(gè)恒流偏置電路，該恒流偏置電路使得所述第二電壓信號和基準(zhǔn)電壓信號之電壓差恒大于一個(gè)預(yù)設(shè)值。

本發(fā)明實(shí)施例之光接收電路及防止電路邏輯異常的方法，其通過在二級放大電路的其中一個(gè)輸入端連接一個(gè)恒流偏置電路，使得二級放大電路的兩個(gè)輸出端之電壓差(可等同于或可轉(zhuǎn)換于比較輸出電路的兩個(gè)輸入端之電壓差)恒大于一個(gè)預(yù)設(shè)值，使得比較輸出電路對其兩個(gè)輸入端之間的電壓差得以始終確認(rèn)識別，從而保證了比較輸出電路始終輸出正確的數(shù)字邏輯信號。

為了能更進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征以及技術(shù)內(nèi)容，請參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說明與附圖，然而附圖僅提供參考與說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例之光接收電路的功能模塊圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例之光接收電路的電路示意圖。

圖3為圖2所示之光接收電路中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的的波形示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例之光接收電路中光電二極管的等效電路示意圖。

圖5為本發(fā)明另一實(shí)施例之光接收電路的電路示意圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例之防止電路邏輯異常的信號處理流程圖。

主要元件符號說明

光接收電路 100

光信號接收模塊 10

一級放大電路 20

二級放大電路 30

比較輸出電路 40

光電二極管 D1

第一放大器 OP1

第二放大器 OP2

比較器 CMP

第一電阻 R1

第二電阻 R2_1

第三電阻 R2_2

第四電阻 R3_1

第五電阻 R3_2

第六電阻 R4_1

第七電阻 R4_2

恒流偏置電路 IB

具體實(shí)施例

為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明所采取的技術(shù)手段及其效果，以下結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例及其附圖進(jìn)行詳細(xì)描述。

請參考圖1、2，在本實(shí)施例中，光接收電路100包括依順序連接的光信號接收模塊10、一級放大電路20、二級放大電路30及比較輸出電路40。

光信號接收模塊10用于接收外部光源的光信號，并將該光信號并轉(zhuǎn)換為電流信號，以輸出至一級放大電路20。該光信號接收模塊10可以包括光電二極管D1或其他感光元件。

在本實(shí)施例中，光信號接收模塊10為工作在反偏狀態(tài)下的光電二極管D1，該光電二極管D1在沒有光照或微弱光照的情形下，輸出的電流非常微弱，相當(dāng)于處在截止?fàn)顟B(tài)；該光電二極管D1在較強(qiáng)光照的情形下，方向電流迅速增大，相當(dāng)于處在導(dǎo)通狀態(tài)。

需要說明的是，該電流信號需要通過后續(xù)電路進(jìn)行檢測，該后續(xù)電路會(huì)根據(jù)電流大小輸出相應(yīng)的數(shù)字邏輯信號，提供后級讀出電路進(jìn)行處理。

一級放大電路20，該一級放大電路20之輸入端連接于所述光信號接收模塊10，用于將所述光信號接收模塊10所產(chǎn)生的電流信號轉(zhuǎn)換為第一電壓信號。

在本實(shí)施例中，一級放大電路20包括第一放大器OP1、第一電阻R1、第二電阻R2_1及第三電阻R2_2，其中：第一放大器OP1包括第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端及第二輸出端，第一放大器OP1之第一輸入端通過第一電阻R1連接于光信號接收模塊10的一端及通過第二電阻R2_1連接于第一放大器OP1之第一輸出端，第一放大器OP1之第二輸入端通過第三電阻R2_2連接于第一放大器OP1之第二輸出端，第一放大器OP1之第一輸出端及第二輸出端作為一級放大電路20的輸出端連接至二級放大電路30。

在本實(shí)施例中，光電二極管D1屬于集成電路的一個(gè)子模塊，并不是單獨(dú)存在于集成電路外。不同的工藝，光電二極管D1的關(guān)鍵參數(shù)都不一樣，比如光信號傳輸比例、寄生結(jié)電容等等，這些參數(shù)都會(huì)影響到后面接收電路能否正常工作。

第一電阻R1作為輸入電阻，可以用來消除光電二極管D1隨工藝偏差的問題，一般設(shè)置在幾百歐姆到一千歐姆左右。可以滿足各類工藝要求。

第一放大器OP1可以為跨阻放大器(Trans-impedance Amplifier，TIA)，該TIA之同相輸入端為第一放大器OP1之第一輸入端、反相輸入端為第一放大器OP1之第二輸入端、反相輸出端為第一放大器OP1之第一輸出端、同相輸出端為第一放大器OP1之第二輸出端。當(dāng)然，第一放大器OP1也可以采用其他放大元件。

二級放大電路30，該二級放大電路30之輸入端連接于所述一級放大電路20之輸出端，用于依據(jù)所述第一電壓信號產(chǎn)生第二電壓信號及基準(zhǔn)電壓信號。其中，二級放大電路30包括兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，其中一個(gè)輸入端連接有恒流偏置電路IB，以使二級放大電路30的兩個(gè)輸出端之電壓差恒大于一個(gè)預(yù)設(shè)值。

在本實(shí)施例中，二級放大電路30包括第二放大器OP2、第四電阻R3_1、第五電阻R3_2、第六電阻R4_1、第七電阻R4_2及所述恒流偏置電路IB，其中：第二放大器OP2包括第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端及第二輸出端，第二放大器OP2之第一輸入端連接于恒流偏置電路IB、通過第四電阻R3_1連接于第一放大器OP1之第一輸出端及通過第六電阻R4_1連接于第二放大器OP2之第一輸出端，第二放大器OP2之第二輸入端通過所述第五電阻R3_2連接于第一放大器OP1之第二輸出端及通過第七電阻R4_2連接于第二放大器OP2之第二輸出端，第二放大器OP2之第一輸出端及第二輸出端作為二級放大電路30的輸出端連接至比較輸出電路40。

第一放大器OP1可以為反相比例電壓放大器，該反相比例電壓放大器之同相輸入端為第二放大器OP2之第一輸入端、反相輸入端為第二放大器OP2之第二輸入端、反相輸出端為第二放大器OP2之第一輸出端、同相輸出端為第二放大器OP2之第二輸出端。當(dāng)然，第二放大器OP2也可以采用其他放大元件。

比較輸出電路40，該比較輸出電路40之輸入端連接于所述二級放大電路30之輸出端，用于依據(jù)所述第二電壓信號及所述基準(zhǔn)電壓信號輸出相應(yīng)的數(shù)字邏輯信號。

比較輸出電路40包括至少一個(gè)比較器CMP，其中：比較器CMP包括第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端及第二輸出端，比較器CMP之第一輸入端連接于第二放大器OP2之第一輸出端，比較器CMP連接于第二放大器OP2之第二輸出端，比較器CMP之第一輸出端及第二輸出端作為光接收電路100的輸出端，用于輸出相應(yīng)的數(shù)字邏輯信號，提供后級讀出電路進(jìn)行處理。在本實(shí)施例中，二級放大電路30兩個(gè)輸出端之電壓差和比較輸出電路40兩個(gè)輸入端之電壓差相同。在本實(shí)施例中，比較器CMP可以是高速比較器。

在一優(yōu)選實(shí)施例中，恒流偏置電路IB需要滿足以下條件：

R2_1*I_S*(R4_1/R3_1)≥M*I_B*R3_2；

其中，R2_1為所述第二電阻、R3_1為所述第四電阻、R3_2為所述第五電阻、R4_1為所述第六電阻，I_S為光信號接收模塊10產(chǎn)生之電流，I_B為所述恒流偏置電路IB提供之電流，M為大于或等于2之實(shí)數(shù)。該優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)一步保障了比較輸出電路CMP兩個(gè)輸入端之電壓差，從而避免比較器CMP的邏輯誤判。

在一優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)光信號接收模塊10采用光電二極管D1時(shí)，請參考圖4，其為光電二極管D1的等效電路圖。Is是等效電流，Rs是等效串聯(lián)電阻，由接觸電阻、未耗盡層材料的體電阻所組成。Cd是結(jié)電容。Rs、Cd的大小同光電二極管的尺寸、結(jié)構(gòu)和偏壓相關(guān)。偏壓越大，Rs、Cd越小。Rd是硅光電二極管的并聯(lián)電阻，由硅光電二極管耗盡層電阻和漏電阻所構(gòu)成，與管子尺寸有關(guān)。結(jié)面積越小，Rd越小。

由于一級放大電路20正常工作需要外接一個(gè)RC(Resistance-Capacitance)串聯(lián)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)來穩(wěn)定其工作狀態(tài)，但是額外的RC電路需要占芯片面積。為解決該問題，本優(yōu)選實(shí)施例將光電二極管D1之陽極接地，陰極通過第一電阻R1連接于第一放大器OP1之第一輸入端，將光電二極管D1光耦的寄生結(jié)電容Cd和第一電阻R1來形成一個(gè)RC串聯(lián)電路，提供一個(gè)零點(diǎn)來補(bǔ)償環(huán)路穩(wěn)定性。

在一較優(yōu)實(shí)施例中，第一電阻至第七電阻中的一個(gè)或多個(gè)為可變電阻。

為了使得本發(fā)明實(shí)施例更加清晰明白，以圖2為參考，下面對本發(fā)明實(shí)施例之具體電路工作原理進(jìn)行詳細(xì)分析。在分析中，所涉及電路元件包括光電二極管D1、第一放大器OP1、第二放大器OP2、比較器CMP、第一電阻至第七電阻(R1、R2_1、R2_2、R3_1、R3_3、R4_1、R4_2)、恒流偏置電路IB。其中，R2_2，R3_1＝R3_3，R4_1＝R4_2。IPD為光電二極管D1產(chǎn)生的電流信號(光電流)。

當(dāng)IPD＝0，偏置電流I_B＝0時(shí)，則：VINP1＝VINN1，VPD＝VR1，VINP1近似等于光電二極管D1的反偏電壓，假設(shè)VPD＝VR1的直流偏置電壓為Va；VPD_A＝VR2，假設(shè)VPD_A＝VR2的直流偏置電壓為Vb。

當(dāng)IPD＝Is(Is為光電二極管最大光電流)，VINP1＝VINN1，會(huì)流經(jīng)第二電阻R2_1到地，故：VPD＝Va+R2_1*Is。

請參考圖3，IPD是從0到Is的跳變電流信號，VPD在Va和Va+R2_1*Is之間變化。tr表示光電流的上升延遲，tf表示光電流的下降延遲，因此得出：

VPD_A＝Vb-[Va+R2_1*Is*(R4_1/R3_1)]；

VR2＝Vb-[Va+R2_2*0*(R4_2/R3_2)]＝Vb；

當(dāng)Is＝0時(shí)，VPD_A＝VR2＝Vb；

當(dāng)Is不等零時(shí)，VPD_A-VR2＝-R2_1*Is*(R4_1/R3_1)。

對于比較器CMP來說，當(dāng)Is＝0時(shí)，其無法判斷出正確的邏輯狀態(tài)。因?yàn)镮s＝0時(shí)，比較器CMP的兩個(gè)輸入端的電壓相等，比較器CMP無法正常工作。為了解決這一問題，在第二放大器OP2的反相輸入端接入一個(gè)恒流偏置電路IB，確保比較器CMP的兩個(gè)輸入端之電壓差。

加入該恒流偏置電路IB之后：

當(dāng)Is＝0時(shí)，VR2會(huì)比VPD_A低一個(gè)I_B*R3_2的電壓值：VPD_A＝Vb，VR2＝Vb-IB*R3_2?？芍容^器CMP的兩個(gè)輸入端之間具有I_B*R3_2的電壓差，這個(gè)電壓差一般設(shè)置在50mV左右，而且可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整I_B大小或者是第五電阻R3_2的大小。這種級別的壓差，一般的比較器都能夠正常識別，很容易移植。

當(dāng)Is不等于零時(shí)，有：

VPD_A＝Vb-[Va+R2_1*Is*(R4_1/R3_1)]；

VR2＝Vb-I_B*R3_2-[Va+R2_2*0*(R4_2/R3_2)]；

VPD_A-VR2＝I_B*R3_2-R2_1*Is*(R4_1/R3_1)；

可知，比較器CMP的兩個(gè)輸入端之間的電壓差仍有一定可能性為零，導(dǎo)致比較器CMP的邏輯誤判，為此，恒流偏置電路IB輸出的電流I_B還需要滿足以下條件：

R2_1*Is*(R4_1/R3_1)≥M*I_B*R3_2；

Is為光電二極管光電流，I_B為恒流源偏置電路IB提供之電流信號，M為實(shí)數(shù)，本實(shí)施例優(yōu)選M＝2，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)性能。

綜上，本發(fā)明實(shí)施例能夠避免傳統(tǒng)電路中容易出現(xiàn)的邏輯誤判，而且本發(fā)明實(shí)施例中所有的電阻和恒流偏置電路均可以通過不同的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，比如熔絲調(diào)節(jié)，數(shù)字編程調(diào)節(jié)等等，用來滿足各種工藝的不同需求，移植性性非常高。

在另一個(gè)實(shí)施例中，如圖5所示，與圖2之電路不同之處在于，恒流偏置電路IB采用一端接地的方式。

圖6位本發(fā)明實(shí)施例之防止電路邏輯異常的信號處理流程圖。

光信號接收步驟S10，接收光信號并將接收的光信號轉(zhuǎn)換為電流信號。

電流-電壓轉(zhuǎn)換步驟S20，將電流信號放大并轉(zhuǎn)換為第一電壓信號。步驟S10通過一個(gè)光電二極管實(shí)現(xiàn)，步驟S20通過一個(gè)一級放大電路實(shí)現(xiàn)，該光電二極管的陽極接地、陰極通過一個(gè)電阻連接所述一級放大電路，以便所述光電二極管之寄生結(jié)電容和所述電阻形成一RC電路。

電壓放大步驟S30，依據(jù)所述第一電壓信號產(chǎn)生第二電壓信號及基準(zhǔn)電壓信號。步驟S30通過一個(gè)二級放大電路實(shí)現(xiàn)，該二級放大電路包括一個(gè)第二放大器，該第二放大器包括兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，其中一個(gè)輸入端連接有一個(gè)恒流偏置電路，該恒流偏置電路使得所述第二電壓信號和基準(zhǔn)電壓信號之電壓差恒大于一個(gè)預(yù)設(shè)值。

比較輸出步驟S40，比較所述第二電壓信號和所述基準(zhǔn)電壓信號，根據(jù)比較結(jié)果輸出相應(yīng)的數(shù)字邏輯信號。

以上所述，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)構(gòu)思作出其他各種相應(yīng)的改變和變形，而所有這些改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。