光接收機電路的製作方法
2023-10-21 00:41:27 3
專利名稱：光接收機電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一個光接收機電路，特別是涉及一個用於CATV應用的光接收機電路。
在現有技術中存在幾個熟知的用於電信號衰減的衰減器。US-A-5,448,207公開了一個衰減器電路，其具有很小的插入損耗以及對於元件參數的波動還具有很寬的容許誤差。一個在多個衰減器級中具有最大衰減因數的衰減器級用型衰減器級來形成，而一個在多個衰減器級中具有最小的衰減因數的衰減器級用T型衰減器來形成。以這種方式，其大衰減因數的精確性趨於變化的那種衰減器級用型衰減器級來形成，因此精確性變得很高；此外，具有小衰減因數的衰減器級用T型衰減器級來形成，因此插入損耗可以被降低。這個電路是所謂的特性阻抗網絡。這意指這個衰減電路的輸入和輸出阻抗是恆定的，與衰減設置無關，並且所述輸入和輸出阻抗等於源阻抗和負載阻抗以便具有良好的匹配函數。
US-A-5,563,557公開了一個衰減器裝置，包括一個具有開關的單位步進(unit step)衰減器，一個並聯連接到該開關的衰減電阻以及兩個終端電阻。三個電流源電路被提供，其具有三個傳輸門和三個電流源FET以用於控制開關FET的門電流。即使需要不同的衰減率，信號傳輸損耗和布局區域也可以被最小化。這個電路也是特性阻抗網絡。如上所述，這意指這個衰減電路的輸入和輸出阻抗是恆定的。US-A-5,563,557涉及了信號發射源、電路的頻率特性和電路的衰減率。
JP-A-10-173464公開了一個用於在通過狀態和衰減狀態中最小化相移的步進衰減器。這個衰減器由電阻、一個MOSFET和一個相位補償電路組成，該相位補償電路包括對應於輸入終端、輸出終端和控制終端的電阻，這些電阻和FET形成一個衰減開關設置電路。在傳遞操作和衰減操作時的傳遞相位之間的移位量經由一個控制信號被最小化，該控制信號被施加到衰減開關設置電路的控制終端和相位補償電路的控制終端。
JP-A-07-249954提供了一個步進衰減器，其插入損耗和電路規模被減小並且對於能夠分步地把衰減因數改變到所需值的步進衰減器的IC集成來說具有良好性能。用於傳遞/中斷輸入信號的多個FET開關被連接在輸入終端和輸出終端之間，並且將具有可選衰減值的固定衰減器與這些開關並聯安排。這類電路被級聯地連接，相應的FET開關被選擇性地開/關以便獲得所需的衰減值。因為與傳統衰減器相比可減少開關總數和信號傳遞開關的數目，所以這個步進衰減器可以在較小的晶片區域上被實現並且具有較小的插入損耗。
JP-A-07-087024公開了一個光接收機，當被接收光的功率很高時，其用於通過抑制光接收機中的品質降低(deterioration)(例如接收機的輸出失真)來擴展光接收機的動態範圍。一個步進衰減器被添加到第一級放大器的前級並且一個可變衰減器被添加到後級。在被接收光的功率很小時通過減少步進衰減器的衰減來衰減第一級放大器的輸入電平，而在被接收光的功率很高時則通過增加步進衰減器的衰減來衰減該輸入電平，從而抑制了作為級放大器產生的失真。
還設想了JP-A-10-173464、JP-A-07-249954和JP-A-07-087024以用於固定的輸入和輸出阻抗。
在傳統的CATV系統(公用天線電視系統)中，系統從被連接到前端的天線單元接收信息信號，該前端把電信號轉換成光信號並且經由發射機把光信號通過玻璃纖維光纜發送到主集線器。主集線器從前端接收光信號並且把它發射到次集線器，次集線器把光信號轉換成射頻信號。射頻信號經由同軸電纜被發射到消費者。這類系統的問題是，在光接收機中使用的通常使用的增益控制電路使信息信號失真。因此，已經做出了一些研究以減少光接收機中的這類失真。
本發明的一個目的是提供一個光接收機電路，其已經在互調失真方面被改善並且提供恆定的輸出信號電平。
為了達到這個目的，根據本發明的光接收機電路包括一個把光功率轉換成電功率的光轉換器電路；檢測電功率特徵值的傳感器電路；具有可變衰減的衰減器電路，所述衰減由傳感器電路輸出的電功率的特徵值來控制以便獲得光接收機電路的恆定的輸出信號電平；以及一個輸出電路。無失真的自動增益控制電路可以通過感測光輸入信號電平和把衰減器電路切換到傳感器電路的輸出而被實現。這個光接收機電路具有充分減少的互調失真並且因此特別適用於CATV光接收機。
根據本發明的一個優選實施例，光轉換器電路包括一個光電二級管。這已經被證明是把光功率轉換成電功率的最佳的可能方式。
根據本發明的又一個優選實施例，傳感器電路包括一個被連接到光轉換器電路的電阻網絡，以便導出作為光轉換器電路輸出的電功率的特徵值的控制電壓VCONTR。這樣一個連接到光轉換器電路的電阻網絡是導出作為電功率輸出的特徵值的控制電壓VCONTR的可靠並且簡易的裝置。
根據本發明的又一個優選實施例，衰減器電路是一個步進衰減器電路，它包括多個可以被選擇性地切換到活動狀態的衰減器級。通過選擇性地逐一或成組地把各個衰減器級切換到活動狀態，可以用最小數量的衰減器級有利地獲得多種衰減值。
根據本發明的又一個優選實施例，傳感器電路包括一個模數轉換器，它把控制電壓VCONTR轉換成控制衰減器電路的衰減器級的數位訊號。通過用模數轉換器的輸入來感測光輸入信號電平和通過經由模數轉換器的輸出來開關衰減器電路，一個無失真的自動增益控制電路可以有利地被實現。
根據本發明的又一個優選實施例，每個相應的衰減器級都具有不同的衰減值。通過選擇性地逐一或成組地把具有相應的不同衰減值的各個衰減器級切換到活動狀態，在使用最小數量的衰減器級的同時，衰減值的範圍可以有利地被進一步擴展。
根據本發明的又一個優選實施例，衰減器級是包括一個電阻和與該電阻串聯的一個半導體開關的T型衰減器級。藉助於T型衰減器級，插入損耗可以被有利地降低。
根據本發明的又一個優選實施例，衰減器級是包括兩個電阻和與所述兩個電阻串聯的一個半導體開關的T型衰減器級，其中一個電阻被另一個半導體開關橋接。這有利地允許同一個衰減級的衰減因數的變化。
根據本發明的又一個優選實施例，電容被提供來分隔衰減器級的各輸入端，並且還有一個輸入電容用於把所述衰減器級的輸入端耦合到光接收機電路的輸出，以及一個輸出電容用於把衰減器電路的輸出耦合到輸出電路。
根據本發明的又一個優選實施例，半導體開關是MOSFET，其可以由例如模數轉換器的輸出來有利地控制並且對於在晶片上集成這方面還具有優點。
根據本發明的又一個優選實施例，輸出電路包括一個匹配網絡、一個放大級和一個輸出變壓器，它們有利地使光接收機電路完整。
表徵本發明的這些和不同的其它優點和特徵在附加的權利要求書中被闡明。然而，為了更透徹地理解本發明、它的優點、和通過利用它所達成的目的，對於附圖和說明本發明的優選實施例的隨後描述做出參考。
在附圖中
圖1示出一個現時的CATV系統；圖2示出光接收機單元的一個框圖；圖3示出根據本發明的衰減器電路的一個電路圖；和圖4示出作為光輸入功率的一個函數的二階失真(d2)的一個圖表。
圖1示出現時的CATV系統的一個框圖。系統從天線單元2和/或網絡主幹4接收信息信號。天線單元2和/或網絡主幹4被連接到前端12。前端12把所有的信號轉換成光信號並且經由玻璃纖維光纜(即所謂的光纖幹線14)把光信號發送到主集線器6、8和10。主集線器6、8或10從前端12接收光信號並且經由次環18(即所謂的光纖環)把光信號發射到次集線器16、20。
次集線器或光接收機電路16、20從主集線器接收光信號並且把光信號轉換成射頻信號。射頻信號經由同軸電纜25和射頻放大器22、24(即經由所謂的最後一哩26)被發射到用戶，即房屋28、30、32。這些房屋具有住宅網關和室內的通信網絡。這在包括住宅網關34的房屋28中被原理性地示出。例如，計算機、電話和遊戲機被耦合到住宅網關34以用於室內通信和與外界通信。
圖2示出光接收機電路的一個框圖。光接收機電路(例如光接收機電路20)經由輸入終端36接收光信號。輸入終端36被連接到一個光轉換器電路38。光轉換器電路38經由終端40被連接到一個偏壓並且經由終端42被接地。光轉換器電路38把光信號轉換成電信號。光轉換器電路38包括一個把光信號轉換成電信號的光電二極體。
光轉換器電路38的電信號被發射到衰減器電路44。衰減器電路44衰減光轉換器電路38的電信號以便在它導向匹配網絡46的輸出中提供恆定的信號電平。匹配網絡46把衰減器電路44的輸出匹配到放大器級48。放大器級48包括兩個放大器54、56以便放大用於輸出變壓器50的匹配網絡的輸出信號。輸出變壓器50在它的輸出52中將其輸入的平衡信號轉換成一個失衡信號。匹配網絡46、放大器級48和輸出變壓器50形成輸出電路。
圖3示出衰減器電路44的一個電路圖。由光電二極體表示的光控電流源56被並聯連接到衰減器電路44的兩個輸入終端。負載阻抗108(270Ω)被連接到衰減器電路的輸出終端。為了操作光控電流源56，電阻54被連接在偏壓電源和光控電流源56之間。在光控電流源56的另一端，電阻58被連接在光控電流源56和地之間。電阻58兩端的電壓被測量，該電壓經由電阻60和比較器/電平設置電路62被施加到模數轉換器64。
比較器/電平設置電路62形成用於模數轉換器64的控制電壓VCONTR。VCONTR確定用於衰減電路44的衰減級的模數轉換器64的輸出信號。模數轉換器64的輸出端66被耦合到第一個衰減級的終端68。第一衰減級包括電阻為3000Ω的電阻86和MOSFET 88的串聯。終端68被連接在電阻86和MOSFET 88的漏極之間。MOSFET 88的柵極接點被接地。衰減級被與光控電流源56並聯。
光控電流源56和第一衰減級通過兩個電容110和130被分隔開。模數轉換器64的終端70被耦合到第二衰減級的終端72。第二衰減級包括電阻為1400Ω的電阻90和MOSFET92的串聯。終端72被連接在電阻90和MOSFET92的漏極接點之間。第一和第二衰減級通過電容112和132被分隔開。
第二衰減級被與光控電流源56並聯。MOSFET92的柵極接點被接地。模數轉換器64的終端74被耦合到第三衰減級的終端76。第三衰減級被與光控電流源56並聯。第二和第三衰減級通過電容122和134被分隔開。
第三衰減級包括電阻為500Ω的電阻94、電阻為220Ω的電阻96和MOSFET98的串聯。終端76被連接在電阻96和MOSFET98的漏極接點之間。MOSFET98的柵極接點被接地。又一個MOSFET100被與電阻96並聯。電阻96和MOSFET100通過電容142和144被分隔開。電容142被連接在電阻96和MOSFET98的漏極接點之間。電容144被連接在電阻94和電阻96之間。MOSFET100的柵極接點被接地。模數轉換器64的終端78被耦合到第四衰減級的終端80。
第四衰減級被與光控電流源56並聯。第四衰減級包括電阻為325Ω的電阻102和MOSFET104的串聯。終端80被連接在電阻102和MOSFET104的漏極接點之間。MOSFET104的柵極被接地。終端80被連接在電阻102和MOSFET104的漏極接點之間。第三和第四衰減級通過電容124和136被分隔開。MOSFET100的漏極接點被連接到終端80。模數轉換器64的終端82被耦合到第五衰減級的終端84。
第五衰減級包括電阻為130Ω的電阻106和MOSFET109的串聯。第四和第五衰減級通過電容126和138被分隔開。第五衰減級被與光控電流源56並聯。MOSFET109的柵極接點被接地。終端84被連接在電阻106和MOSFET109的漏極接點之間。第五衰減級和負載108通過電容128和140被分隔開。衰減級由模數轉換器64設置，與VCONTR的值無關，因此衰減通過衰減級和負載108之間的電流源部分56的電流分割而被確定。此外，衰減器電路的一個有利的特徵是衰減器電路減少了光接收機的互調失真。
MOSFET 88、92、98、100、104和109是相同的類型。這類MOSFET具有用於5V的門源電壓的高歐姆電阻和用於0V的門源電壓的低歐姆電阻(約10Ω)。對於從2V到2.8V的門源電壓，FET電阻線性地從低歐姆電阻增加到高歐姆電阻。在MOSFET與例如250Ω的電阻串聯連接之後，即在推(push)和挽(pull)端之間，光接收機單元的響應度可以藉助於外部電壓來調整。
使用上述MOSFET形成的衰減器電路示出場效應電晶體可以被用作一個開關。一個電阻可以在光接收機電路中經由開關被連接或斷開連接。在這個模塊中放置幾個電阻值不同的開關使步進衰減器能被構造。使用步長為0.5dB的電衰減，光輸入功率的每0.25dB步就調整衰減器。這意味著隨著光輸入功率增加，電輸出是幅度為0.5dB的鋸齒形信號(理論上)。
MOSFET100的功能比其它MOSFET的功能更加複雜。MOSFET100通過與電阻94(500Ω)(給出附加的2db衰減)並聯的電阻102(325Ω)(給出4db衰減)提供一個6db的衰減。當電阻102(325Ω)沒有被連接時，電阻94(500Ω)和電阻96(220Ω)的串聯提供2dB的衰減。為了獲得500Ω和720Ω之間的差，在MOSFET104被激活的情況下(＝衰減＞4dB)，一個附加的MOSFET100被用來使電阻96(220Ω)短路。
無失真的自動增益控制電路可以通過用模數轉換器6 4的輸入來感測光輸入功率和用模數轉換器64的輸出來開關MOSFETS 88、92、98、100、104、109而被實現。這個電路具有0.5dB的步長和9dB的範圍。
這個電路被連接在光轉換器電路38和輸出電路之間，輸出電路包括匹配網絡46、放大器級48和輸出變壓器50。衰減器電路中的信號被平衡。衰減器電路被連接在推和挽端之間。
圖4以dBc示出作為光輸入功率(以dBm示出)的一個函數的二階失真(d2)的一個圖表。二階失真(d2)由二階失真積來定義，二階失真積是在量度頻率下的射頻信號峰值電平和在測量頻率下的信號峰值電平之間的dB差，它是由在測量頻率下具有它們的二階調製積(f1±f2)的兩個CW信號造成的。
曲線″沒有衰減的d2″隨著上升的光輸入功率而線性地上升。曲線″具有衰減的d2″具有一個形狀，它上升到最大值，而當光輸入功率被進一步增加時，它在到達最大值之後垂直地向下移動。曲線斜率線性地上升直到它再一次到達最大值為止。在到達最大值之後，在光輸入功率進一步增加的情況下曲線再一次垂直地下降到另一個較低值，並且然後曲線再一次上升。所述的衰減的平均值關於光輸入功率形成一條水平線。這條水平線由曲線″具有衰減的d2的平均值″來表示。
高於0dBm光輸入功率的最大響應值是0.8dBmV。高於0dBm光輸入功率的最大值是1.6dB。衰減曲線″具有衰減的d2″(都在低頻下)的響應和形狀在閥值點上都″實質上相當於″恆定的。實際的衰減值等於沒有增益控制的標準部分的衰減。使用所述的包括步進衰減器的具有光增益控制的光接收機電路，光接收機電路可以被設計成具有例如2dB的光調整範圍。具有較低電容的MOSFET的使用可以改善作為光輸入信號電平的函數的響應曲線的變化。
本專利文獻所覆蓋的本發明的新穎特徵和優點已經在上述描述中被闡述。然而，應當理解本公開內容在許多方面都只是說明性的。在不背離本發明的範圍的前提下，可以在細節上做出改變，特別是與形狀、大小和部件安排有關的改變。當然，本發明的範圍在附加的權利要求書中被定義。
權利要求
1.一種光接收機電路，包括把光功率轉換成電功率的光轉換器電路(38)；檢測電功率的特徵值的傳感器電路；具有可變衰減的衰減器電路(44)，衰減由傳感器電路輸出的電功率的特徵值來控制，以便獲得光接收機電路的恆定的輸出信號電平。
2.權利要求1的光接收機電路，其中，光轉換器電路(38)包括光電二極體。
3.權利要求1的光接收機電路，其中，傳感器電路包括被連接到光轉換器電路(38)的電阻網絡(58、60)，以便導出作為光轉換器電路(38)輸出的電功率的特徵值的控制電壓VCONTR。
4.權利要求1的光接收機電路，其中，衰減器電路(44)是步進衰減器電路，包括多個可以選擇性地被切換到活動狀態的級聯的衰減器級。
5.權利要求4的光接收機電路，其中，傳感器電路包括模數轉換器(64)，該模數轉換器把控制電壓VCONTR轉換成控制衰減器電路(44)的衰減器級的數位訊號。
6.權利要求4的光接收機電路，其中，每個相應的衰減器級都具有不同的衰減值。
7.權利要求1和4到6中任何一個的光接收機電路，其中，衰減器級是包括電阻(86、90、94、96、102、106)和與電阻(86、90、94、96、102、106)串聯的半導體開關的衰減器級。
8.權利要求1和4到6中任何一個的光接收機電路，其中，衰減器級是包括兩個電阻(94、96)和與電阻(94、96)串聯的半導體開關的衰減器級，其中電阻(96)之一被另一個半導體開關橋接。
9.權利要求8或9的光接收機電路，其中，電容(110、112、122、124、126、128)被提供來分隔衰減器級的各個輸入端，此外提供輸入電容，用於把所述的衰減器級的輸入端耦合到光接收機電路的輸出，以及提供輸出電容，用於把衰減器電路的輸出耦合到輸出電路。
10.權利要求7到9中任何一個的光接收機電路，其中，半導體開關是MOSFET(88、92、98、100、104、109)。
全文摘要
一個光接收機電路，包括一個光轉換器電路(38)，該光轉換器電路(38)包括一個光電二極體並用於把光功率轉換成電功率；一個傳感器電路，用於導出作為光轉換器電路(38)輸出的電功率的特徵值的控制電壓VCONTR；和一個具有可變衰減的衰減器電路(44)，衰減由傳感器電路輸出的電功率的特徵值來控制，以便獲得光接收機電路的恆定的輸出信號電平。此外，一個輸出電路被提供並且它包括一個匹配網絡(46)、一個放大級(48)和一個輸出變壓器(50)。
文檔編號H04B10/69GK1666445SQ03816252
公開日2005年9月7日 申請日期2003年7月1日 優先權日2002年7月11日
發明者J·M·茲茨曼恩, F·E·范斯特拉坦 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司