CN101651497A

CN101651497A - 光接收机增益控制方法和的光接收装置

Info

Publication number: CN101651497A
Application number: CN200810118184A
Authority: CN
Inventors: 李泽彬; 冯志山
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2008-08-13
Filing date: 2008-08-13
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2028-08-13
Also published as: CN101651497B

Abstract

本发明提供了一种光接收机增益控制方法和的光接收装置，所述装置及方法属于网络通信领域，该装置包括：顺序串接的偏置电源、R1、光电探测器、TIA 1，光电探测器将光信号转换成电流信号，TIA 1将所述电流信号转换成电压信号并输出放大的电压信号，所述光接收装置还包括控制电路，控制电路包括：检测电路，耦接于TIA 1的输出，将TIA 1输出的电压信号进行检测并输出与TIA 1输出的电压信号成比例的电流信号；TIA 2，将检测电路输出的电流信号转换成电压信号；跨导放大器，将TIA 2转换得到的电压信号转换成电流信号，跨导放大器转换成的电流信号的变化使R1输出端的电压改变。该方法具有快速响应的优点。

Description

光接收机增益控制方法和的光接收装置

技术领域

本发明涉及网络通信领域，尤其涉及一种光接收机增益控制方法和的光接收装置。

背景技术

无源光网络(Passive Optical Network，PON)技术是一种点对多点的光纤传输和接入技术，下行采用广播方式、上行采用时分多址方式，可以灵活地组成树型、星型、总线型等拓朴结构，在光分支点不需要节点设备，只需要安装一个简单的光分支器即可。

在PON系统中，光线路终端设备(Optical Line Terminal，OLT)到光网络单元(Optical Network Unit，ONU)的传输方法为下行方向，采用时分复用(TimeDivision Multiplex，TDM)方式，即OLT连续的将信息通过广播方式发送给每个ONU，每个ONU选择属于自己的数据进行接收。ONU到OLT的传输为上行方向，采用时分多址(Time Division Multiple Access，TDMA)方式，即上行数据发送是突发的，不同的ONU占用不同的上行时隙，多个ONU通过时分复用的方式共享上行链路。但是由于每个ONU达到OLT的距离均不相同，所以信号通过信道的损耗也不一样，那么OLT接收到的信号的强弱也不相同，由于接收到的信号的强弱不同，导致后续处理电路的接收门限需要在不同的数据包之间进行重新建立。

为了解决上述技术问题，现有技术提供了一种接收机装置，如图1所示，图1中的各个电路的具体结构图如图2所示。该装置包括：雪崩光电二极管(Avalanche Photoelectric Diode，APD)APD102、跨阻放大器(TransimpedenceAmp，TIA)104，可变增益放大器106、峰值检测电路110、误差放大器112、控制电路116、APD偏置电压控制电路118、限流电路120、输出接口108、参考电压114和初始电压122，各器件的连接关系及工作原理为，APD102接收光信号并将所述光信号转换成电流信号，跨阻放大器104将转换后的电流信号放大后传送给可变增益放大器106，可变增益放大器106将放大后的电流信号再次放大后传送给输出接口108和峰值检测电路110的输入端，输出接口108与后续处理电路连接(图1中未画出)，峰值检测电路110的输出端与误差放大器112的一个输入端连接，误差放大器112另一输入端与参考电压114阳极连接，参考电压114的阴极接地；误差放大器112放大峰值检测电路110的输出和参考电压114之间的差，并由误差放大器112的输出端输出；控制电路116根据误差放大器112的输出产生控制信号V_A和V_M，其中控制电路116包括第一控制电路1161和第二控制电路1162，其中第一控制电路1161产生V_A用于控制可变增益放大器106的可变增益，第二控制电路1162产生V_M用于控制APD偏置电压控制电路118产生的APD102偏置电压。APD偏置电压控制电路118通过限流电路120与APD102连接，限流电路120用于控制通过APD102的电流，初始电压122的阴极接地，阳极与APD偏置电压控制电路118和限流电路120连接。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术存在如下问题：

通过现有技术的技术方案可以看出，在现有技术的接收机装置在对输出信号控制时，需要通过峰值检测电路检测输出信号的峰值，而在突发模式下，突发包之间的时间间隙比较短，而根据该接收机装置的结构可以知道，接收机的峰值检测电路在短时间内进行复位，时序难以控制，实现难度大，由于要保证电路的稳定性，控制环路的增益不能做得很大，输出信号无法恒定，不能对输出信号进行有效控制。

发明内容

鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明实施方式提供一种光接收机增益控制方法和的光接收装置，所述装置和方法无需对检测电路进行复位的复位电路，从而简化电路，而且满足快速响应的要求，能很好的满足突发接收应用。

本发明的具体实施方式提供一种光接收装置，所述光接收装置包括：顺序串接的偏置电源、电阻R1、光电探测器、第一跨阻放大器TIA 1，所述光电探测器将光信号转换成电流信号，所述第一跨阻放大器TIA 1将所述电流信号转换成电压信号并输出放大的电压信号，所述光接收装置还包括控制电路，所述控制电路包括：第二跨阻放大器TIA 2、跨导放大器；

所述检测电路，耦接于所述第一跨阻放大器TIA 1的输出，将所述第一跨阻放大器TIA 1输出的电压信号进行检测并输出与所述第一跨阻放大器TIA 1输出的电压信号成比例的电流信号；

所述第二跨阻放大器TIA 2，将所述检测电路输出的电流信号转换成电压信号；

所述跨导放大器，将所述第二跨阻放大器转换得到的电压信号转换成电流信号，所述跨导放大器转换成的电流信号的变化使电阻R1输出端的电压改变。

本发明的具体实施方式提供一种光接收机增益控制的方法，光接收机包括顺序串接的偏置电源、电阻R1、光电探测器、第一跨阻放大器TIA 1，所述方法包括：

对所述第一跨阻放大器输出的信号进行检测得到与所述第一跨阻放大器TIA 1输出的信号成比例的电流信号；

将所述电流信号通过第二跨阻放大器TIA 2转换成电压信号；将所述第二跨阻放大器TIA 2转换成的电压信号通过跨导放大器转换成电流信号，将所述跨导放大器转换成的电流信号反馈到所述电阻R1和所述光电探测器之间的连接端子以控制所述光电探测器的偏置电压。

由上述所提供的技术方案可以看出，本发明实施例的技术方案。

附图说明

图1为现有技术提供的一种接收机装置的结构图。

图2为现有技术提供的接收机装置的各个电路的结构图。

图3为本发明实施例提供的一种光接收装置的结构图。

具体实施方式

本发明实施方式提供了一种光接收装置，在接收装置中，偏置电源、电阻R1、光电探测器、第一跨阻放大器TIA 1顺序串接并输出信号，即偏置电源(或偏置电压产生装置)通过电阻R1将偏置电压加载在光电探测器(如光敏二极管)的偏置电压输入端子、光电探测器将探测到的光信号转换成电流信号，该电流信号通过第一跨阻放大器TIA 1转换成电压信号，，该光接收装置还包括控制电路，该控制电路一端耦接到TIA 1的输出端，另一端耦接到光电探测器的偏置电压输入端子，用于通过对输出信号进行监控处理来控制光电探测器反相偏置电压。该控制电路包括第二跨阻放大器TIA 2和跨导放大器，第二跨阻放大器TIA2将检测电路输出的电流信号转换成电压信号；跨导放大器，将第二跨阻放大器转换得到的电压信号转换成电流信号，这里，跨导放大器转换成的电流信号的变化能够使电阻R1输出端的电压改变。本发明实施例提供的光接收装置的控制电路通过用对输出信号的监控处理来控制电阻R1的电流，电阻R1的电流的变化使电阻R1输出端的电压改变，从而调节光电探测器的偏置电压输入端子的偏置电压，进而控制APD的倍增因子，达到控制输出信号的目的，由于本发明实施例提供的接收装置中的控制电路的检测电路对输出信号进行整流获得与所述第一跨阻放大器TIA 1输出的电压信号成比例的电流信号，并利用第二跨导放大器TIA 2作为检测电路的负载，并经跨导放大器后控制APD的反相偏置电压的，所以无需对检测电路进行复位的复位电路，从而简化电路，而且满足快速响应的要求，能很好的满足突发接收应用。

为了更好的说明本发明具体实施方式提供的装置，现结合具体实施例和附图来进一步说明。

实施例1：本实施例1提供一种光接收装置，该装置如图3所示，光电探测器偏置电源31、电阻R1、光电探测器33、第一跨阻放大器TIA 1顺序串接并输出信号，控制电路35根据对输出信号的处理来控制光电探测器的反相偏置电压。在控制电路35中，检测电路(358)包括电阻R2和与电阻R2耦接的乘法器352，电阻R2一端耦接于第一跨阻放大器TIA 1的输出，电阻R2另一端与乘法器352的第一管脚相连，乘法器352的第三管脚与参考电源353相连。检测电路(358)将所述第一跨阻放大器TIA 1输出的电压信号进行检测并输出与所述第一跨阻放大器TIA 1输出的电压信号成比例的电流信号。乘法器352的第二管脚与第二跨阻放大器TIA 2相连，输出与所述第一跨阻放大器TIA 1输出的电压信号成比例的电流信号。其中，TIA 2输出端与三极管Q1(跨导放大器)的基极相连。光接收装置还包括比例镜像电流源356。比例镜像电流源356的包括三个端子，分别与三极管Q1集电极、光电探测器33的阴极、乘法器352的乘法器的增益输入端子相连。具体的，三极管Q1集电极通过比例镜像电流源356的电阻R3与Q2发射极相连；三极管Q1的发射级接地。三极管Q2集电极与光电探测器33的阴极相连，三极管Q2基极与电源357相连，三极管Q3集电极与三极管Q2的基极相连，三极管Q3基极与三极管Q2的发射极相连，三极管Q3发射极通过的电阻R7与乘法器352的第四管脚(乘法器的增益输入端子)相连。

上述光电探测器33优选APD，具有较高灵敏度。上述控制电路35中的各电阻如电阻R1、R3、R4等在实际情况中可以选择使用。

在本发明的另一实施例中，如图3所示，上述光接收装置应用于突发模式光接收，即提供了一种突发模式光接收机，包括上述光接收装置，其中上述光接收装置的第一跨阻放大器TIA 1的输出耦接限幅放大器LA的输入，限幅放大器LA的输出耦接突发模式时钟数据恢复电路BCDR，限幅放大器LA对第一跨阻放大器TIA 1输出的电压进行限幅放大，其输出的信号由突发模式时钟数据恢复电路BCDR进行突发模式时钟数据恢复处理以得到数据。限幅放大器LA和突发模式时钟数据恢复电路BCDR的具体实现可参见现有方式，在此不再赘述。

下面结合实施例1提供的装置来说明本发明提供的接收机的工作原理，假设APD接收的光信号为可变的光信号，假设光信号的强度由弱到强时，该装置的工作原理为，APD将接收到的光信号转换成电流信号，并传送给TIA 1，TIA1将电流信号转换成电压信号并放大，放大后的电压信号输出给后续处理电路进行后续处理，放大后的电压信号还反馈给控制电路，并经过R3输入乘法器352，乘法器352将输出信号与参考电压的进行比较后，将比较后的误差信号和比例镜像电流源356中的镜像电流(三极管Q3的集电极的电流)进行乘积运算，该比较后的误差信号为输出信号与参考电压的差值，这里三极管Q3实为乘法器352的跨导，乘法器352输出电流信号给TIA 2，TIA 2将电流信号转换成电压信号并放大后输出给三极管Q1(这里，三极管Q1为跨导放大器)的基极，由于此时APD接收的光信号比较弱，所以经过TIA 2放大后的电压信号还无法导通三极管Q1，这时相当于控制电路没有工作，此时APD的偏置电压最大，倍增因子也最大，装置的接收灵敏度也最高。当APD接收的光信号比较强时，经过TIA 2放大后的电压信号能够导通三极管Q1，此时流过R1和Q2的电流将增加，R1的电压也将增加，导致APD上的偏置电压降低，从而降低了APD的倍增因子，进而调整装置的增益。由于控制环路采用跨阻放大器TIA 2作为乘法器352的负载，响应时间快；由于乘法器352、Q1、Q2、Q3组成一个正反馈，使得环路的增益无穷大，所以能使TIA 1的输出信号幅度恒定。由于该控制电路响应时间快的特点，所以该装置在突发模式下，也能使TIA 1的输出信号恒定不变。

可选的，实施例1所述的装置中的控制电路35还可以包括限流单元354，可以对流过三极管Q2的电流进行限制，进而保护了雪崩光电二极管APD。在本发明的一个实施例中，限流单元354包括：第四电阻R4和第五电阻R5，R4、R5串接后与三极管Q1的集电极相连，三极管Q1的发射极通过R5接地。该限流单元中的R4、R5的位置互换。

可选的，控制电路35还可以包括线性限流单元355，用于限制TIA 2的输出电压，即可以在TIA 2的输出电压幅度过大时，降低TIA 2的输出电压。在本发明的一个实施中，线性限流单元355包括：第六电阻R6和二极管D1，R6与二极管D1串接，二极管D1的负极连接在TIA 2与乘法器352之间，R6的另一端与三极管Q1的发射极相连。线性限流单元355中的R6和二极管D1的位置可以互换。下面进一步描述限流单元355的工作原理，假设此时TIA 2输出电压很高，则流入R5的电流增大，线性限流单元355两端的电压增加，导通二极管D1，此时R6和二极管D1就形成一个负反馈，降低TIA 2和Q1组成的放大器的闭环增益，防止流过Q1，Q2的电流过大，APD的偏置电压过低，增益小于1，响应时间恶化，同时保证Q1一直工作于线性状态而不会进入饱和状态，避免了从饱和状态到线性状态的过渡时间，从而适合快速响应的要求。

下面具体描述通过比例镜像电流源356实现对乘法器增益控制的工作原理。

由于Q2、Q3组成了比例镜像电流源，所以流过Q3的最大电流I_cm是流过Q2的最大电流I_c的比例镜像，由于乘法器的输出电流

其中V_T为热电势，那么

其中α是I_cm和I_c的比之，由电阻R2和R7决定。可以得到i_c×V_s＝2αi_mV_T，V_cc-i_cm×R₇-V_BE1＝V_cc-V_BE3-i_c×R₂，可以得到乘法器的跨导增益

所以乘法器352的增益随着APD的增益改变而改变。

在线性区域：

其中R_rf1是TIA 2的跨阻。

在线性区域TIA 1的输出信号满足：

i_{m} = \frac{i_{c} \times R_{2}}{R_{7}} \tanh (\frac{V_{s}}{2 V_{T}}) = \frac{R_{rf 1}}{R_{5}} \times \frac{R_{2}}{R_{7}} \times i_{m} \times \tanh (\frac{V_{s}}{2 V_{T}}),

可以得到：

即TIA 1的输出为一常量。

本实施例1提供的光接收装置，通过控制电路35控制R1的电压，从而达到控制APD倍增因子，由于该控制电路35采用跨阻放大器做负载，环路中采用正反馈机制，所以在突发模式下，也能保持输出信号大小，并能保持输出信号的大小与APD接收的光功率无关，从而保证了输出信号恒定。本实施例1还通过在控制电路中设置限流单元来保护雪崩光电二极管APD，通过在控制电路中设置线性限流单元，增加线性限流单元，可以防止APD的偏置电压过低，增益小于1。同时防止Q1进入饱和状态，避免了从饱和状态到线性状态过渡的时间。大大扩展了接收机的动态工作范围和响应时间，满足突发接收的应用。

本发明具体实施方式还提供一种接收机增益控制的方法，这里的光接收机包括顺序串接的偏置电源(31)、电阻R1、光电探测器(33)、第一跨阻放大器TIA 1，所述方法包括：

将所述电流信号通过第二跨阻放大器TIA 2转换成电压信号；将所述第二跨阻放大器TIA 2转换成的电压信号通过跨导放大器转换成电流信号，将所述跨导放大器转换成的电流信号反馈到所述电阻R1和所述光电探测器(33)之间的连接端子以控制所述光电探测器的偏置电压。

为了防止所述第二跨阻放大器TIA 2的输出电压幅度过大，需要对所述第二跨阻放大器TIA 2的输出电压进行控制，具体参见上文所述。

可选的，与所述第一跨阻放大器TIA 1输出的信号成比例的电流信号中的比例可调整，如上文中通过控制乘法器的增益调整输出电流的比例，其中，调整比例的增益与所述跨导放大器转换成的电流信号有关，具体参见上文所述。

本发明具体实施方式提供的方法通过对输出信号进行监控处理后控制APD的反相偏置电压的，所以无需检测电路进行复位，所以能很好的满足突发接收应用。

综上所述，本发明具体实施方式提供的技术方案，具有在突发模式下，也能保持输出信号大小，保护三极管Q1，防止APD的偏置电压过低，扩展了接收机的动态工作范围和提高了接收机响应时间的优点。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1、一种光接收装置，其特征在于，所述光接收装置包括：顺序串接的偏置电源(31)、电阻R1、光电探测器(33)、第一跨阻放大器TIA 1，所述光电探测器(33)将光信号转换成电流信号，所述第一跨阻放大器TIA 1将所述电流信号转换成电压信号并输出放大的电压信号，所述光接收装置还包括控制电路(35)，所述控制电路(35)包括：第二跨阻放大器TIA 2、跨导放大器；

所述检测电路(358)，耦接于所述第一跨阻放大器TIA 1的输出，将所述第一跨阻放大器TIA 1输出的电压信号进行检测并输出与所述第一跨阻放大器TIA 1输出的电压信号成比例的电流信号；

2、根据权利要求1所述的光接收装置，其特征在于，所述检测电路包括：耦接于所述第一跨阻放大器TIA 1的输出的电阻R3和与所述电阻R3耦接的乘法器(352)，

所述乘法器(352)将所述电阻R3输出的信号和参考电压进行比较后，输出与误差信号成比例的电流信号；所述误差信号为所述电阻R3输出的信号与参考电压的差值。

3、根据权利要求2所述的光接收装置，其特征在于，所述光接收机还包括：

比例镜像电流源(356)，包括三个端子，所述三个端子分别耦接于所述跨导放大器的集电极、所述乘法器(352)的增益输入端子、光电探测器(33)的偏置电压输入端子。

4、根据权利要求1所述的光接收装置，其特征在于，所述控制电路还包括限流单元(354)，所述限流单元(354)包括电阻R4和电阻R5；

所述电阻R4和所述电阻R5串接，所述电阻R4的另一端与所述跨导放大器的集电极相连；

所述跨导放大器的发射极通过所述电阻R5接地。

5、根据权利要求1所述的光接收装置，其特征在于，所述控制电路还包括线性限流单元(355)，所述线性限流电路(355)包括电阻R6和二极管D1，所述电阻R6与所述二极管D1串接；

所述二极管D1的阴极与所述第二跨阻放大器TIA 2的输入端相连；

所述电阻R6的另一端与所述跨导放大器的发射极相连。

6、一种突发模式光接收装置，其特征在于，所述突发模式光接收装置包括：如权利要求1至5任一项所述的光接收装置，所述光接收装置还包括：限幅放大器和突发模式时钟数据恢复电路；

所述限幅放大器的输入耦接到所述光接收装置的第一跨阻放大器TIA 1的输出；

所述突发模式时钟数据恢复电路耦接到所述限幅放大器的输出。

7、一种光接收机增益控制的方法，其特征在于，光接收机包括顺序串接的偏置电源(31)、电阻R1、光电探测器(33)、第一跨阻放大器TIA 1，所述方法包括：

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

对所述第二跨阻放大器TIA 2的输出电压进行控制，防止所述第二跨阻放大器TIA 2的输出电压幅度过大。

9、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

所述与所述第一跨阻放大器TIA 1输出的信号成比例的电流信号中的比例可调整，其中，调整比例的增益与所述跨导放大器转换成的电流信号有关。