一種復位電流補償式突發性接收光功率監控機的製作方法

2024-04-01 03:49:05 1

專利名稱：一種復位電流補償式突發性接收光功率監控機的製作方法
技術領域：
本發明涉及光端機領域，特別涉及千兆以上無源光網絡光線路局端用光模塊上的突發性接收光監控機。具體為一種具有復位功能的高精度的突發性接收光功率監控機。
背景技術：
目前在OLT (Optical Line Terminal, OLT光線路局端)光模塊的技術上有兩個問題還在困擾著絕大多模塊設計者，也成為了許多其它模塊廠商無法涉足PON (Passive Optical Network, PON無源光網絡)光模塊領域的主要原因，即突發接收動態範圍與突發接收光功率監控精度，而現在越來越多的系統商對這兩個指標的要求越來越高。其中，突發接收光功率監控精度，某些系統商對此指標要求達到士 ldBm，這在通常的設計中是難以實現的。在OLT光模塊中，接收端採用APD (Avalanche diode雪崩二極體)做光電轉換器 ^R^^C^tin^^iM^^^, EPON OLT (Ethernet passive optical network optical
line terminal乙太網無源光網絡光線路局端)低到900ns，GPON OLT(Gigabit passive optical network optical line terminal吉比特無源光網絡光線路局端)低至300ns。 在目前普遍採用的突發接收光功率監測電路的技術方式，為射頻光功率檢測與高速鏡像電路檢測兩種技術手段。射頻光功率檢測方式是採用解調對數放大器，將接收端的前置放大器輸出的射頻信號進行放大處理，輸出線性的電壓信號，再進行後續的採樣保持階段。但是射頻光功率檢測方式有以下問題需要在使用中進行重點考慮
1、光接收功率輸出動態範圍小。雖然在射頻光功率檢測方式中的解調對數放大器有較大的動態範圍，而在實際使用中，輸入光功率的動態範圍約為20dB，而此20dB輸入光的所對應的解調對數放大器的輸出範圍小於IV，這樣在使用使用中就會對輸入光功率的解析度不高，引起監測不夠準確的問題。2、精度不高。鑑於解調對數放大器本身線性度的問題，在大信號與小信號放大區出現拐點現象，這樣在實際使用中基於其自身的輸出範圍偏小而又存在拐點的問題，就會出現小信號時監測精度不高。3、增加功耗。因為解決對數放大器自身的工作電流就有20多mA，這樣就會增加整個光模塊的功耗。高速鏡像電路檢測方式是採用專用鏡像晶片或單高速對管鏡像電路方式，將APD 產生的光電流進行比例鏡像獲得鏡像電流，再對此電流進行採樣保持輸出。但是此電路的問題在於考慮到輸入光的功率範圍及輸入的最小光功率<^8dBm，這樣採樣電阻不可能很大，在接收小光功率時輸出的電壓過小；同時在實際使用中，基於突發時間的現實問題， 此處的RC時間常數不能過大，不然會引起因為採樣電平建立時間過長而無法實現大動態範圍內完成對小接收光功率的真實採樣，這樣此採樣電阻與保持電容會更小。由上，在小光功率段的採樣解析度必然會下降，引起了採樣精度不高。
此外，射頻功率檢測電路輸出的電平或高速鏡像電路產生的採樣電平中具有一定幅度的噪聲，當此電平較小時，噪聲將對後續的監測精度產生非常明顯的，造成監測結果不夠理想。如圖1所示為目前的突發性接收光功率監控機的原理圖，圖2是目前突發性接收光功率監控時序圖。如圖1所示，目前的接突發性接收光功率監控機包括接收光組件、主快速鏡像電路、採樣保持電路和微控制單元等主要單元組成，接收光組件輸出的信號經主快速鏡像電路後進入採樣保持電路和微控制單元。對一些系統廠商將此精度提高到士 ldBm，簡單使用上面的技術方案就難以滿足如此高精度的要求。

發明內容
本發明的目的是公開一種復位電流補償式突發性接收光功率監控機。本發明的技術方案是一種復位電流補償式突發性接收光功率監控機，包括接收光組件、主快速鏡像電路、採樣保持電路和微控制單元，所述的接收光組件將接收到的光信號轉換成光電流，經主快速鏡像電路產生的鏡像電流由所述採樣保持電路採樣輸出到所述的微控制單元進行處理；還包括快速復位電流補償電路，所述的快速復位電流補償電路對主快速鏡像電路的鏡像電流進行補償。進一步的，上述的復位電流補償式突發性接收光功率監控機中所述的快速復位電流補償電路包括由第一三極體和第二三極體組成的快速鏡像對管、第一鏡像比例電阻， 第二鏡像比例電阻，第一電流補償電阻，第二電流補償電阻，瞬態電壓抑制器，由一個復位信號控制的快速模擬開關；
所述的第一三極體和第二三極體基極相連，發射極分別通過第一鏡像比例電阻和第二鏡像比例電阻接所述的雪崩二極體的工作電壓，所述的第二三極體的集電極通過第一電流補償電阻接所述的瞬態電壓抑制器的陰極，所述的瞬態電壓抑制器的陽極通過所述的第二電流補償電阻接地，所述的快速模擬開關並接在第二電流補償電阻兩端，所述的第一三極體的集電極接所述的接收光組件的雪崩二極體輸入端。進一步的，上述的復位電流補償式突發性接收光功率監控機中所述的復位信號是外部復位信號或者由外部觸發信號通過復位信號產生器產生的內部復位信號。進一步的，上述的復位電流補償式突發性接收光功率監控機中所述的復位信號產生器包括或非邏輯門，所述的或非邏輯門的一路輸入端與外部觸發信號相連，另一路輸入端所接的信號為為所述的外部觸發信經過延遲器延時以後的信號，其輸出端所產生的信號為內部復位信號。進一步的，上述的復位電流補償式突發性接收光功率監控機中所述的採樣保持電路是在採樣觸發信號的觸發下進行採樣的，所述的採樣觸發信號為外部直接提供的外部觸發信號或者由外部觸發信號通過採樣觸發信號生成電路產生。進一步的，上述的復位電流補償式突發性接收光功率監控機中所述的採樣觸發信號生成電路包括邏輯門，電平長度提取環節；所述與邏輯門一個輸入端與所述電平長度提取環節輸出端相連接，另一輸入端連接外部觸發信號；所述電平長度提取環節輸入端接收光信號的快速告警指示信號；所述與邏輯門輸出端的信號為採樣觸發信號。
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進一步的，上述的復位電流補償式突發性接收光功率監控機中所述的接收光組件包括雪崩二極體和跨阻放大器；跨阻放大器的輸入端接所述雪崩二極體的陽極，所述雪崩二極體的陰極輸入為所述的光電流。進一步的，上述的復位電流補償式突發性接收光功率監控機中所述採樣保持電路，為高關採樣，低開保持電路。本發明的通過在現有的突發性接收光功率監控機中增加快速復位電流補償電路， 對接收光組件將接收到的光信號轉換成的差分電壓信號進行補償後，可以滿足一些系統廠商將精度提高到士 IdBm的要求。下面結合具體實施例對本發明作較為詳細的描述。


圖1為目前的突發性接收光功率監控機原理圖。
圖2為圖1目前突發性接收光功率監控時序圖。
圖3為本發明實施例1原理框圖。
圖4為實施例1突發性接收光功率監控時序圖。
圖5為本發明實施例2原理框圖。
圖6為實施例2突發性接收光功率監控時序圖。
圖7為快速復位電流補償電路原理圖。
圖8為復位信號生成電路原理圖。
圖9是觸發信號生成電路原理圖。
具體實施例方式實施例1的原理圖如圖3所示，本實施例是一種復位電流補償式突發性接收光功
率監控機，和目前的突發性接收光功率監控機不同，本實施例的復位電流補償式突發性接
收光功率監控機包括接收光組件、主快速鏡像電路、採樣保持電路和微控制單元，接收光組
件將接收到的光信號轉換成光電流，經主快速鏡像電路產生的鏡像電流由所述採樣保持電
路採樣輸出到所述的微控制單元進行處理；不同的是本實施例中還包括快速復位電流補償
電路，本快速復位電流補償電路對接收光組件將接收到的光信號轉換成的鏡像電流進行補 m
te ο本實施例中快速復位電流補償電路如圖5所示，包括由第一三極體Ql和第二三極體Q2組成的快速鏡像對管、第一鏡像比例電阻R1，第二鏡像比例電阻R2，第一電流補償電阻R3，第二電流補償電阻R4，瞬態電壓抑制器D1，由復位信號控制的快速模擬開關Kl ；
第一三極體Ql和第二三極體Q2基極相連，發射極分別通過第一鏡像比例電阻Rl和第二鏡像比例電阻R2接雪崩二極體D2的工作電壓，第二三極體Q2的集電極通過第一電流補償電阻R3接瞬態電壓抑制器Dl的陰極，瞬態電壓抑制器Dl的陽極通過第二電流補償電阻 R4接地，快速模擬開關Kl並接在第二電流補償電阻R4兩端，第一三極體Ql的集電極接所述的接收光組件的雪崩二極體輸入端。本實施例中，採樣觸發信號由外部觸發信號通過採樣觸發信號生成電路產生。採樣觸發信號生成電路如圖7所示包括邏輯門，電平長度提取環節；邏輯門一個輸入端與電
5平長度提取環節輸出端相連接，另一輸入端連接外部觸發信號；電平長度提取環節輸入端接收光信號的快速告警指示信號；所述與邏輯門輸出端的信號為採樣觸發信號。本實施例中，復位信號是觸發信號利用復位信號產生器產生的內部復位信號。復位信號產生器如圖6所示，包括或非邏輯門，所述的或非邏輯門的一路輸入端與外部觸發信號相連，另一路輸入端所接的信號為為所述的外部觸發信經過延遲器延時以後的信號， 其輸出端所產生的信號為內部復位信號。本實施例中採樣保持電路，為高關採樣，低開保持電路。本實施例可以滿足本專利中所提出的新的突發性接收光功率監控時序如圖4所
7J\ ο實施例2，如圖5所示，本實施例與實施例1的區別是採用外部觸發信號作為採樣觸發信號，並使用外部的復位信號進行控制。其突發性接收光功率監控時序如圖6所示。對於目前應用突發的時序在EPON OLT中，最小突發包長約為900ns，GPON OLT 中，最小突發包長約為400ns，又因為兩種OLT光模塊中所使用光組件中RC時間常數問題， 使得在處理每個突發包時，都要在包頭部分花費一定的時間來建立對應的採樣電平，這樣可用於採樣觸發信號的位置更加靠後，採樣時間長度將更少；即便如此，還是會出現因為 RC時間問題，造成前一個突發包對後一個突發包的採樣電平建立的影響。特別是在時序要求更加嚴格的GPON OLT中，包頭將花費至少300ns的時間，採樣觸發信號的延時時間為30ns，採樣觸發信號的時間長度最小為300ns，這使得目前設計的實現變得困難，對採樣電平的精度造成很大的影響。在局端OLT時進行時序設計時，餘量變得很小，採樣觸發信號前移或後移都有可能造成採樣精度的下降。如果局端OLT發出一個採樣觸發信號能且僅能覆蓋整個目標突發包，這樣就有足夠的時間來完成目標突發包的電平採樣，則可以大大提高突發性接收光功率監測的精度。實施例1的時序是針對的時序的缺點而設計，意在解決採樣時間過短及reset信號的問題。復位信號需要保護時間中給出，對快速復位電流補償電路進行復位，以備接下一突發包進行採樣電平建立，清除前一個突發包的遺留影響。如圖3與圖4所示，外部觸發信號通過採樣觸發生成電路，可以生成與目標突發包同步的採樣觸發信號，且信號時間長度可以調整，以確保最長的有效採樣時間。外部觸發信號通過復位生成電路在保護時間中生成復位信號，用於快速復位電流補償電路對採樣電平進行復位。如圖5與圖6所示，實施例2為經過簡化的復位電流補償式突發性接收光功率監控機及目前應用較為普遍的外部復位與外部觸發時序圖，可以滿足滿足GPON OLT的設計應用。如圖3和圖5所示，當復位信號在保護時間中生成輸入到快速復位電流補償電路， 模擬開關閉合，這時主動鏡像端的電流瞬間增大，對於快速對管的快速鏡像能力，從鏡像端的電流也會瞬間增大。因為在保護時間中，光組件將不會接收到光信號，此時主快速鏡像電路中將遺留前一個突發包時產生的光電流，由於光組件的RC充放電問題，此電流將需要一定的時間才能消失，特別是在前一個突發包是大光，後面一個突發包是小光的情況下，在採樣保持電路的輸出端即可表現小光的採樣電平較正常值大，誤差往往大於1.5dB。為使主快速鏡像電路中的遺留光電流快速消失，需要向光組件中往入一個瞬時的外部大電流，滿足光組件中RC常數對充電電荷的要求，消除主快速鏡像電路的主輸出端對光組件的電荷注入及鏡像輸出端鏡像電流，從而復位採樣保持電路中採樣電阻上的電平。快速復位電流補償電路的復位能力可以通過調節第一補償電阻來實現。在EPON OLT光模塊中，並無外部復位信號，故需要模塊內部自動生成復位信號。如圖6所示，在實施例1的時序下，利用外部觸發信號的上升沿在保護時間中，生產一個可以調整時間寬度的復位信號。在GPON OLT光模塊中，由於有外部保護時間復位信號，所以復位生成電路可以省略。如圖7所示，利用OLT光模塊產生的L0S/SD信號進行信號提取，可以生成一個同步的寬度可以調整的脈寬信號，在外部觸發有效的情況下，輸出作為採樣觸發輸入給採樣保持電路。在GPON OLT光模塊中，因為外部trigger的時延較小，對採樣時間影響不大，所以此部分電路也可以省略。在一般的設計中，都會為主快速鏡像電路提供一個預偏置電路，提供穩定的預偏置電流，以提高主快速鏡像電路的工作速度。一般的預偏置電路是使用三極體做恆流源，可以避免三溫下的預偏置電流的變化，電路結構相對複雜。而本發明中，因為快速復位電流補償電路具有預偏置電流補償功能，對主快速鏡像電路的主輸出端的預偏電路就只需要一個預偏置電阻。在不同溫度下，雪崩二極體工作電壓不同，導致此預偏置電阻產生的預偏置電流也會不同，可是由於快速復位電流補償電路在同樣雪崩二極體工作電壓下產生預偏置電流，可以抵消因為雪崩二極體工作電壓變化而在主快速鏡像電路鏡像輸出端輸出的鏡像預偏置電流的變化。此外，對於採樣保持電路的儲能保持電容，一般設計中，受限於觸發信號時間長度，特別是GPON OLT中，這個電容值較小，只有幾十pF，這對於採樣電平的濾波效果不大， 所以採樣電平的噪聲一般比較大。在本發明中，因為有快速復位電流補償電路的存在，所以此電容值可以增加一個數量級，從而增加採樣電平的的穩定度，提高採樣保持電路的輸出精度。
權利要求
1.一種復位電流補償式突發性接收光功率監控機，包括接收光組件、主快速鏡像電路、 採樣保持電路和微控制單元，所述的接收光組件將接收到的光信號轉換成光電流，經主快速鏡像電路產生的鏡像電流由所述採樣保持電路採樣輸出到所述的微控制單元進行處理； 其特徵在於還包括快速復位電流補償電路，所述的快速復位電流補償電路對主快速鏡像電路的鏡像電流進行補償。
2.根據權利要求1所述的復位電流補償式突發性接收光功率監控機，其特徵在於所述的快速復位電流補償電路包括由第一三極體Oil)和第二三極體組成的快速鏡像對管、第一鏡像比例電阻(Rl)，第二鏡像比例電阻(R2)，第一電流補償電阻(R3)，第二電流補償電阻(R4)，瞬態電壓抑制器(Dl)，由復位信號控制的快速模擬開關(Kl)；所述的第一三極體Oil)和第二三極體基極相連，發射極分別通過第一鏡像比例電阻(Rl)和第二鏡像比例電阻(R2)接所述的接收光組件中的雪崩二極體(D2)的工作電壓，所述的第二三極體的集電極通過第一電流補償電阻0 )接所述的瞬態電壓抑制器(Dl)的陰極，所述的瞬態電壓抑制器(Dl)的陽極通過所述的第二電流補償電阻(R4)接地，所述的快速模擬開關(Kl)並接在第二電流補償電阻(R4)兩端，所述的第一三極體Oil) 的集電極接所述的接收光組件的雪崩二極體輸入端。
3.根據權利要求2所述的復位電流補償式突發性接收光功率監控機，其特徵在於所述的復位信號是外部復位信號或者由外部觸發信號通過復位信號產生器產生的內部復位信號。
4.根據權利要求3所述的一種復位電流補償式突發性接收光功率監控機，其特徵在於所述的復位信號產生器包括或非邏輯門，所述的或非邏輯門的一路輸入端與外部觸發信號相連，另一路輸入端所接的信號為為所述的外部觸發信經過延遲器延時以後的信號， 其輸出端所產生的信號為內部復位信號。
5.根據權利要求1所述的一種復位電流補償式突發性接收光功率監控機，其特徵在於所述的採樣保持電路是在採樣觸發信號的觸發下進行採樣的，所述的採樣觸發信號為外部直接提供的外部觸發信號或者由外部觸發信號通過採樣觸發信號生成電路產生。
6.根據權利要求5所述的一種復位電流補償式突發性接收光功率監控機，其特徵在於所述的採樣觸發信號生成電路包括邏輯門，電平長度提取環節；所述與邏輯門一個輸入端與所述電平長度提取環節輸出端相連接，另一輸入端連接外部觸發信號；所述電平長度提取環節輸入端接收光信號的快速告警指示信號；所述與邏輯門輸出端的信號為採樣觸發信號。
7.根據權利要求1所述的一種復位電流補償式突發性接收光功率監控機，其特徵在於所述的接收光組件包括雪崩二極體和跨阻放大器；跨阻放大器的輸入端接所述雪崩二極體的陽極，所述雪崩二極體的陰極輸入為所述的光電流。
8.根據權利要求7所述的一種復位電流補償式突發性接收光功率監控機，其特徵在於所述採樣保持電路，為高關採樣，低開保持電路。
全文摘要
本發明提供了一種復位電流補償式突發性接收光功率監控機，包括接收光組件、主快速鏡像電路、採樣保持電路和微控制單元，所述的接收光組件將接收到的光信號轉換成光電流，經主快速鏡像電路產生的鏡像電流由所述採樣保持電路採樣輸出到所述的微控制單元進行處理；還包括快速復位電流補償電路，所述的快速復位電流補償電路對主快速鏡像電路的鏡像電流進行補償。本發明的通過在現有的突發性接收光功率監控機中增加快速復位電流補償電路，對接收光組件將接收到的光信號轉換成的差分電壓信號進行補償後，可以滿足一些系統廠商將精度提高到±1dBm的要求。
文檔編號H04B10/08GK102427388SQ20111040468
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月8日 優先權日2011年12月8日
發明者王侃, 王彥偉 申請人:深圳市共進電子股份有限公司