CN100399727C

CN100399727C - 一种光突发模式接收机

Info

Publication number: CN100399727C
Application number: CNB2004100405517A
Authority: CN
Inventors: 邱琪; 余学德; 王学民
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2024-08-27
Also published as: CN1741419A

Abstract

本发明提供了一种光突发模式接收机，它包括光电二极管、跨阻抗前置放大器、快速峰值检波电路、限幅放大器和或非门等部分组成。本发明通过快速峰值检波电路和延时单元的协同工作，使该光突发模式接收机具有：更低的误码率、较高的接收灵敏度、又有大的光功率接收动态范围；在输出端采用特殊的或非门技术，消除了干扰，同时避免了在光突发模式接收机中使用复杂的快速放电电路，提升了光突发模式接收机的性价比；同时利用市场成熟的双极性晶体管大大降低了成本，并易于采用集成电路工艺进行集成或二次集成。

Description

一种光突发模式接收机

技术领域

本发明属于光通信技术领域，特别涉及适用于光突发模式数字信号、不均匀码流(幅度和分组长度的不均匀)的光数字信号的识别和接收的光突发模式接收机。

背景技术

进入21世纪后，光纤通信全面发展并深入到各个运用领域，人们正在着眼于研究下一代光纤通信系统的关键技术和宽带光纤接入网，使得光纤网络既有高速宽带的干线，又有快捷方便的宽带光纤接入到每一个用户。无源光网络(PON，Passive Optical Network)具有业务透明性较好、可适用于任何制式和速率的信号、抗电磁干扰和易于维护等优点，是一门非常有潜力的新兴光纤接入网技术。先后出现了ATM无源光网络(APON)和以太无源光网络(EPON)。无论是APON，还是EPON其物理层光纤传输的核心均是上行光突发模式传输和下行广播传输，尤其以上行光突发模式接收机为其中的重点和难点，它将直接影响网络的速率和带宽利用率。

随着DWDM光传输技术和设备的成熟以及广泛应用，直接在光层实现业务交换的需求越来越大，因此，实现全光的交换被认为是克服电交换速率瓶颈的有效途径。近年来提出的光突发交换(Optical Burst Switching，OBS)和光分组交换(Optical Packet Switching，OPS)技术日益受到人们的关注。OBS和OPS系统光传输层的关键技术仍然为高速光突发模式接收机，它直接关系到网络的速率和带宽利用率。

因此、无论基于接入网的PON的应用需求，还是下一代光网络的交换技术OBS和OPS的需求，以及国内外的发展趋势，研究开发光突发模式接收机都具有极佳的现实意义和应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种光突发模式接收机，与同类的接收机相比，具有更低的误码率、较高的接收灵敏度和大的光功率接收动态范围、成本较低、适合技术和市场的发展要求、并易于集成或二次集成等特点。

为了方便的描述本发明内容，首先作术语定义：

数据段是指光突发数据包存在的时间区域。

间隙段是指光突发数据包之间存在的间隔时间区域。

本发明提供的光突发模式接收机(如图1所示)，它包括：光电二极管1、跨阻抗前置放大器2、快速峰值检波电路3、限幅放大器4；

其特征是它还包括：延时单元6和或非门5，所述的延时单元6是由可以延时电信号的器件组成，所述的可以延时电信号的器件可以采用包括宽带电缆、门电路、光纤延时线等；

所述的快速峰值检波电路3包含一个前置差分放大器A₄和有源检波电路，在快速峰值检波电路3的前置差分放大器A₄输出端经过双极性晶体管T3、T2之后连接到一个由电阻R3和电容C1组成RC并联网络；

光电二极管1的输出端连接到跨阻抗前置放大器2的输入端；跨阻抗前置放大器2的输出端分别连接到延时单元6和快速峰值检波电路3的输入端；延时单元6和快速峰值检波电路3的输出端分别与限幅放大器4的两个输入端连接；限幅放大器4的输出端连接到或非门5的一个输入端；所述的或非门5的另一个输入端与数据段为低电平、间隙段为高电平的脉冲信号V_S连接。

本发明的实质是：本发明提供的光突发模式接收机，通过快速峰值检波电路和延时单元的协同工作，使该光突发模式接收机具有：更低的误码率、较高的接收灵敏度、又有大的光接收动态范围；在输出端采用特殊的或非门技术，消除了干扰，同时避免了在光突发模式接收机中使用复杂的快速放电电路，提升了光突发模式接收机的性价比；同时利用市场成熟的双极性晶体管大大降低了成本，并易于采用集成电路工艺进行集成或二次集成。

本发明的工作原理是：

本发明提供的光突发模式接收机，包括：光电二极管、跨阻抗前置放大器、快速峰值检波电路、延时单元、限幅放大器和或非门等部分组成；其特征在于：光电二极管与跨阻抗前置放大器连接，光电流经前置放大器转化为电压信号后分成两路，一路经快速峰值检波后，经电阻分压取其一半作为判决电平，输入到限幅放大器的第一级差分放大器的一个输入端；而前置放大器的另一路输出信号经过延时单元输入到限幅放大器的第一级差分放大器另一个输入端。快速峰值检波电路包含一个前置差分放大器和有源检波电路，在检波电路的前置差分放大器输出端接一个RC并联网络，有效地提高了充电速度，而且将检波输出端连接到其前置差分放大器的反相端，构成一个负反馈环路，提高了电路的稳定性。限幅放大器由两个差分放大器组成，经限幅放大器两级差分放大器放大后，脉冲信号整形成规则的数字信号。在限幅放大器的输出端连接一个或非门，其目的是消除在接收光突发信号的间隙段，限幅放大器输出的尖峰信号的干扰。该信号是由于限幅放大器的输入端信号在间隙段已经归零，而由快速峰值检波电路得到的判决电平输入则是在缓慢归零(放电过程)，此时在限幅放大器的输出端将产生一个尖峰脉冲，这样很容易产生误码，为此将限幅放大器输出信号与脉冲信号(在数据段为低电平，在间隙段为高电平)进行或非逻辑运算，从而消除了光突发信号间隙段由放电带来的误码。

利用本发明提供的光突发模式接收机，与同类接收机对比具有以下优点：

(1)由于快速接峰值检波电路得到的判决电平的建立时间与接收光脉冲信号幅度成正比，因此与传统的前馈式光突发接收机相比，增加了一个延时单元，以抵消判决电平建立时间过长造成的影响，保证每一比特的正确接收；

(2)在快速接峰值检波电路的前置差分放大器输出端接一个RC并联网络，有效地提高了充电速度，而且将检波输出端连接到其前置差分放大器的反相端，构成一个负反馈环路，提高了电路的稳定性；

(3)在接收光突发信号的间隙段，限幅放大器的输入端信号在间隙段已经归零，而由快速峰值检波电路得到的判决电平输入则是在缓慢归零(放电过程)，此时在限幅放大器的输出端将产生一个尖峰脉冲，这对于后面的信号处理来说会造成误判，本发明在限幅放大器输出端连接一个或非门，将限幅放大器输出信号与脉冲信号(在数据段为低电平，在间隙段为高电平)进行或非逻辑运算，从而消除了分组信号间隙由放电带来的误码，同时也避免了在突发模式接收机中使用复杂的快速放电电路，提升了突发模式光接收机的性价比；

(4)本发明利用市场成熟的双极性晶体管大大降低了成本，并易于采用集成电路工艺进行集成或二次集成。

附图说明

图1是本发明光突发模式接收机电路结构框图。

其中1光电二极管，2跨阻抗前置放大器，3快速峰值检波电路，4限幅放大器，5或非门，6延时单元；

图2是本发明具体实施电路原理图。

其中1光电二极管，2跨阻抗前置放大器电路，3快速峰值检波电路，4限幅放大器电路，5或非门电路，6延时单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图2是当前发明的一个具体实施例子，其中1为光电二极管，R1到R25为电阻，T1到T21为双极性晶体管，C1到C3为电容，I₁到I₇为电流源，V_CC1，V_CC2，V_B分别为电源电压，延时单元6由电缆组成。

本发明的具体实施例的电路组成如下：

光电二极管1负端连接到电源V_B，正端分别连接到电阻R14、R15的一端和T6的基极；R15的另一端和T6的射极分别接地；电阻R14另一端分别连接到T6的集电极、R6的一端和T7的基极，R6的另一端连接到V_CC1；T7的集电极连接到V_CC1，T7的射极连分别接到T8的基极和R16的一端，R16的另一端接地；T8的集电极分别连接到T9的基极和R7的一端，R7的另一端接到V_CC1；T8的射极连接到R17和C3并联的一端，R17和C3并联的另一端连接到地；T9的集电极连接到V_CC1，T9的射极分别连接到R18的一端、延时单元6的输入端和T4的基极，R18的另一端接地；T4的集电极与R4的一端连接，R4的另一端连接到V_CC2；T4和T5的射极相连，并连接到I₂的正端，I₂的负端接地；T5的集电极分别连接到T3的基极和R5的一端，R5的另一端连接到V_CC2；T3的集电极连接到V_CC2，T3的射极分别与T2的基极和C2的一端连接，C2的另一端接地；T2的集电极连接到V_CC2，T2的射极与R3和C1并联的一端连接，R3和C1并联的另一端分别连接到T5的基极、以及I₁的正端和T1的基极，I₁的负端接地；T1的集电极连接到V_CC2，T1的射极连接到R1的一端，R1的另一端分别与R2的一端和T12的基极连接，R2的另一端接地；延时单元6的输出端和T10的基极连接，T10的集电极连接到V_CC1，T10的射极分别与R19的一端和T11的基极连接，R19的另一端接地；T11和T12的射极相连，并连接到I₃的正端，I₃的负端接地；T11的集电极与R8连接，R8的另一端接到V_CC1；T12的集电极分别与R9的一端和T13的基极连接，R9的另一端接到V_CC1；T13的集电极连接到V_CC1，T13的射极分别与R20的一端和T14的基极连接，R20的另一端接地；T14和T15的射极相连，并连接到I₄的正端，I₄的负端接地；T14的集电极与R10连接，R10的另一端接到V_CC1；T15的集电极分别与R11的一端和T16的基极连接，R11的另一端接到V_CC1；T15的基极分别连接到R24和R25的一端，R24的另一端连接到V_CC1和R25的另一端连接到地；T16的集电极连接到V_CC1，T16的射极分别与I₅的正端和T17的基极连接，I₅的负端接地；T17的集电极连接到V_CC1，T17的射极分别与I₆的正端和T19的基极连接，I₆的负端接地；T18、T19和T20的射极相连，并连接到I₇的正端，I₇的负端接地；T18和T19集电极相连，并与R12的一端连接，R12的另一端连接到V_CC2；T18的基极与脉冲信号V_S连接(该信号在数据段为低电平，在间隙段为高电平)；T20的基极分别连接到R22和R23的一端，R22的另一端连接到V_CC2和R23的另一端连接到地；T20的集电极分别与R13的一端和T21的基极连接，R13的另一端接到V_CC2；T21的集电极连接到V_CC2，T21的射极与R21的一端连接，R21的另一端接地，并由T21的射极输出信号。

本发明的具体实施例的电路工作原理如下：

光电二极管1将光信号转换成电信号，并输入跨阻抗前置放大器2。

跨阻抗前置放大器2，由晶体管T6、T7、T8和T9组成。跨阻抗Z_T就是反馈电阻R14，R6、R7是增益控制电阻。R15是偏置电阻，R16、R18是负载电阻，C3和R17为电路补偿元器件。

快速峰值检波电路3中的差分放大器A₄在图2中由晶体管差分对管T4、T5和增益控制电阻R4、R5及恒流源I₂组成。射随器T2和电阻R3、电容C1的并联回路起到电平位移作用，同时也加快了充电速度。峰值检波电容C2有两方面的作用：一方面用来保持脉冲信号幅度，另一方面提高了电路的稳定性。差分放大器A₄的增益可以适当增大，这样可以减少参考电平的偏移和峰值检波电容C2的充电时间。优化串联电阻R1、R2的比例，可以部分补偿参考电平偏移。为了尽量降低光突发信号的前几个比特丢失率，要求峰值检波电容C2充电速度尽可能快。另一方面为提高接收机的灵敏度，在光突发信号持续时间内，保持时间要足够长。充电时间由射随器T3提供给电容C2的电流大小决定，也就是T3的BE结信号电压幅度决定。输入光电流越大，充电速度越快。电容C2的放电速度由T2的基极电流决定。

限幅放大器4中的差分放大器A₂由差分对T11、T12和电流源I₃、射随器T10、T13及增益控制电阻R8、R9、偏置电阻R19、R20组成。差分放大器A₃由差分对T14、T15、电流源I₄、I₅、I₆及射随器T16、T17和增益控制电阻R10、R11，基极偏置电阻R24、R25组成。差分放大器A₂的一个输入端接经过由电缆构成的延时单元6的跨阻抗前置放大器1的输出信号，另一个输入端接快速接峰值检波电路3的输出信号。紧接A₂后是差分放大器A₃，其原理及构成与A₂相同，A₃的一个输入端接A₂的输出信号，另一输入端连接一个固定电平。经过限幅放大器两级差分放大后将电压信号放大为等幅的信号输出，方便了下一步信号处理。

为降低由于充电速度不够快，造成光突发信号的前几个比特丢失率，采用了在限幅放大器前加由电缆构成的延时单元6的办法来抵消电容C2充电时的上升时间。

或非门5由差分对T19、T20、电流源I₇和增益控制电阻R12、R13，基极偏置电阻R22、R23和T18及射随器T21组成。由于在接收光突发信号的间隙段，限幅放大器4的输入端信号在间隙段已经归零，而另一个输入端连接的快速接峰值检波电路3的输出的判决电平则是在缓慢归零(放电过程)，此时在限幅放大器4的输出端将产生一个尖峰脉冲，这对于后面的信号处理来说会造成误判，将限幅放大器反相输出信号与脉冲信号V_S(在数据段为低电平，在间隙段为高电平)进行或非逻辑运算，从而消除了光突发信号间隙由放电带来的误码，同时也避免了在突发模式接收机中使用复杂的快速放电电路，提升了突发模式光接收机的性价比。

需要说明的是：上述实施例中的三极管可以采用市场成熟的双极性晶体管，这样就可以大大降低成本，并易于采用集成电路工艺进行集成或二次集成。

本发明实施例提供的光突发模式接收机，在1.25Gb/s速率下，接收灵敏度为-24dBm，最大可接收光功率-4dBm，接收动态范围达到20dB。它可以广泛用于光通信和光纤通信系统中的光突发模式接收机的设计和应用。

Claims

1.一种光突发模式接收机，它包括：光电二极管(1)、跨阻抗前置放大器(2)、快速峰值检波电路(3)、限幅放大器(4)；

其特征是它还包括：延时单元(6)和或非门(5)，所述的延时单元(6)是由可以延时电信号的器件组成，所述的可以延时电信号的器件可以采用包括宽带电缆、门电路或光纤延时线等构成；

所述的快速峰值检波电路(3)包含一个前置差分放大器A₄和有源检波电路，在快速峰值检波电路(3)的前置差分放大器A₄输出端经过双极性晶体管T3、T2之后连接到一个由电阻R3和电容C1组成RC并联网络；

光电二极管(1)的输出端连接到跨阻抗前置放大器(2)的输入端；跨阻抗前置放大器(2)的输出端分别连接到延时单元(6)和快速峰值检波电路(3)的输入端；延时单元(6)和快速峰值检波电路(3)的输出端分别与限幅放大器(4)的两个输入端连接；限幅放大器(4)的输出端连接到或非门(5)的输入端；所述的或非门(5)的另一个输入端与数据段为低电平、间隙段为高电平的脉冲信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种光突发模式接收机，其特征是它包括：光电二极管(1)负端连接到电源V_B，正端分别连接到电阻R14、R15的一端和T6的基极；R15的另一端和T6的射极分别接地；电阻R14另一端分别连接到T6的集电极、R6的一端和T7的基极，R6的另一端连接到V_CC1；T7的集电极连接到V_CC1，T7的射极连分别接到T8的基极和R16的一端，R16的另一端接地；T8的集电极分别连接到T9的基极和R7的一端，R7的另一端接到V_CC1；T8的射极连接到R17和C3并联的一端，R17和C3并联的另一端连接到地；T9的集电极连接到V_CC1，T9的射极分别连接到R18的一端、延时单元(6)的输入端和T4的基极，R18的另一端接地；T4的集电极与R4的一端连接，R4的另一端连接到V_CC2；T4和T5的射极相连，并连接到I₂的正端，I₂的负端接地；T5的集电极分别连接到T3的基极和R5的一端，R5的另一端连接到V_CC2；T3的集电极连接到V_CC2，T3的射极分别与T2的基极和C2的一端连接，C2的另一端接地；T2的集电极连接到V_CC2，T2的射极与R3和C1并联的一端连接，R3和C1并联的另一端分别连接到T5的基极、以及I₁的正端和T1的基极，I₁的负端接地；T1的集电极连接到V_CC2，T1的射极连接到R1的一端，R1的另一端分别与R2的一端和T12的基极连接，R2的另一端接地；延时单元(6)的输出端和T10的基极连接，T10的集电极连接到V_CC1，T10的射极分别与R19的一端和T11的基极连接，R19的另一端接地；T11和T12的射极相连，并连接到I₃的正端，I₃的负端接地；T11的集电极与R8连接，R8的另一端接到V_CC1；T12的集电极分别与R9的一端和T13的基极连接，R9的另一端接到V_CC1；T13的集电极连接到V_CC1，T13的射极分别与R20的一端和T14的基极连接，R20的另一端接地；T14和T15的射极相连，并连接到I₄的正端，I₄的负端接地；T14的集电极与R10连接，R10的另一端接到V_CC1；T1 5的集电极分别与R11的一端和T16的基极连接，R11的另一端接到V_CC1；T15的基极分别连接到R24和R25的一端，R24的另一端连接到V_CC1和R25的另一端连接到地；T16的集电极连接到V_CC1，T16的射极分别与I₅的正端和T17的基极连接，I₅的负端接地；T17的集电极连接到V_CC1，T17的射极分别与I₆的正端和T19的基极连接，I₆的负端接地；T1 8、T19和T20的射极相连，并连接到I₇的正端，I₇的负端接地；T18和T19集电极相连，并与R12的一端连接，R12的另一端连接到V_CC2；T18的基极与脉冲信号V_s连接，该信号在数据段为低电平，在间隙段为高电平；T20的基极分别连接到R22和R23的一端，R22的另一端连接到V_CC2和R23的另一端连接到地；T20的集电极分别与R13的一端和T21的基极连接，R13的另一端接到V_CC2；T21的集电极连接到V_CC2，T21的射极与R21的一端连接，R21的另一端接地，并由T21的射极输出信号；

其中R1到R25为电阻，T1到T21为双极性晶体管，C1到C3为电容，I₁到I₇为电流源，V_CC1，V_CC2，V_B分别为电源电压；跨阻抗前置放大器(2)由R6、R7、R14到R18，C3，T6到T9组成；快速峰值检波电路(3)由R1到R5、C1到C2、T1到T5、I₁、I₂组成；限幅放大器(4)由R8到R11、R19、R20、R24、R25，T10到T17、I₃到I₆组成；；或非门(5)由R12、R13、R21、R22、R23，T18到T21，I₇组成；延时单元(6)由电缆组成；差分放大器A₂由R8、R9、R19、R20，T10到T13，I₃组成；差分放大器A₃由R10、R11、R24、R25，T14到T17，I₄、I₅、I₆组成；差分放大器A₄由R4、R5、T4、T5、I₂组成。