CN101848033B - 一种双速率接收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双速率接收装置，适用于光电模块中，包括双速率光接收组件、通道切换电路、低速限幅放大器数据通路和高速限幅放大器数据通路，双速率光接收组件进一步包括光探测器和双速率跨阻放大器，通道切换电路进一步包括第一可控制开关、第二可控制开关、第三可控制开关和第四可控制开关，低速限幅放大器数据通路进一步包括低速限幅放大器，高速限幅放大器数据通路进一步包括高速限幅放大器。采用了本发明的技术方案，使得光接收组件工作在最适合速率下的同时，能够选择对应工作速率的限幅放大器数据通路，从而实现高灵敏度。

Description

一种双速率接收装置
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种双速率接收装置。
背景技术
光通信设备通常要工作在多种工作速率下，就要求光电模块需要能够工作在多种速率下，从而给实际的电路设计带来困难。为了兼容高速率应用，所以光电模块的器件需要满足高速率宽带宽的要求，但是当高速率和宽带宽的器件工作在低速率下时往往灵敏度指标不令人满意。
这种矛盾在万兆以太网无源光网络光线路终端光电模块的双速率接收机中尤为突出，为了兼容已有的千兆以太网无源光网络光网络单元设备，在万兆以太网无源光网络光线路终端光电模块中需要能够接收10.3125Gbps和1.25Gbps突发光信号。如果接收机工作设计优化在10.3125Gbps的高速速率下，在1.25Gbps的接收灵敏度将劣化，反之则高速率接收机性能将无法保证。
而且接收机工作在突发工作状态下，双速率光接收组件以及后续的信号放大电路需要在小于400ns的时间内实现对突发信号的转换，就这样的工作模式给器件选型带来困难。商用级跨阻放大器和限幅放大器芯片的带宽切换电路都不能满足400ns速率切换的要求。
发明内容
本发明的目的在于提出一种双速率接收装置，使得光接收组件工作在最适合速率下的同时，能够选择对应工作速率的限幅放大器数据通路，从而实现高灵敏度。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种双速率接收装置，适用于光电模块中，包括双速率光接收组件、通道切换电路、低速限幅放大器数据通路和高速限幅放大器数据通路，双速率光接收组件进一步包括光探测器和双速率跨阻放大器，通道切换电路进一步包括第一可控制开关、第二可控制开关、第三可控制开关和第四可控制开关，低速限幅放大器数据通路进一步包括低速限幅放大器，高速限幅放大器数据通路进一步包括高速限幅放大器，其中，
光探测器的输出端与双速率跨阻放大器的输入端连接，用于将接收到的光信号转变成光电流，并送到双速率跨阻放大器；
双速率跨阻放大器的输出端分别与第一可控制开关的输入端、第二可控制开关的输入端、第三可控制开关的输入端和第四可控制开关的输入端连接，用于产生差分数据信号，差分数据信号的数据正端分别与第一可控制开关的输入端和第二可控制开关的输入端连接，差分数据信号的数据负端分别与第三可控制开关的输入端和第四可控制开关的输入端连接；
第一可控制开关的输出端与低速限幅放大器的数据正输入端连接；
第二可控制开关的输出端与高速限幅放大器的数据正输入端连接；
第三可控制开关的输出端与低速限幅放大器的数据负输入端连接；
第四可控制开关的输出端与高速限幅放大器的数据负输入端连接；低速限幅放大器的输出端和高速限幅放大器的输出端分别与系统主机连接，用于将各自接收到的差分数据信号放大后分别送到系统主机；
第一可控制开关的控制端、第二可控制开关的控制端、第三可控制开关的控制端和第四可控制开关的控制端与系统主机分别连接，用于从系统主机获取速率选择控制信号，控制第一可控制开关、第二可控制开关、第三可控制开关和第四可控制开关的闭合或断开。
低速限幅放大器数据通路还包括低通滤波电路，第一可控制开关的输出端与低通滤波电路的数据正输入端连接，第三可控制开关的输出端与低通滤波电路的数据正输入端连接；
低通滤波电路的输出端与低速限幅放大器的输入端连接，用于滤除双速率跨阻放大器的高频噪声。
通道切换电路还包括第一交流耦合电容和第二交流耦合电容，双速率跨阻放大器输出的差分数据信号的数据正端与第一交流耦合电容的输入端连接，第一可控制开关的输入端和第二可控制开关的输入端连接在一起与第一交流耦合电容的输出端连接，用于隔离双速率跨阻放大器与高速限幅放大器数据通路和低速限幅放大器数据通路的数据正端直流工作电平；
双速率跨阻放大器输出的差分数据信号的数据负端与第二交流耦合电容的输入端连接，第三可控制开关的输入端和第四可控制开关的输入端连接在一起与第二交流耦合电容的输出端连接，用于隔离双速率跨阻放大器与高速限幅放大器数据通路和低速限幅放大器数据通路的数据负端直流工作电平。
还包括偏置电压电路，偏置电压电路的输出端与光探测器的输入端连接，用于产生光探测器所需的偏置电压。
光探测器是PIN光电二极管或者雪崩光电二极管。
偏置电压电路是PIN光电二极管偏置电压电路或者雪崩光电二极管偏置电压电路。
上述技术方案中，通过适当的技术修改，双速率光接收组件与通道切换电路之间、通道切换电路与低速限幅放大器数据通路之间、通道切换电路与高速限幅放大器数据通路之间，以及光电模块的数据输出与系统主机之间通过直流耦合或者交流耦合连接，连接采用差分方式连接。
作为上述技术方案在万兆以太网无源光网络的双速率接收机中的应用，双速率跨阻放大器是10G/1.25G跨阻放大器，低速限幅放大器是1.25G限幅放大器，高速限幅放大器是10G限幅放大器。
采用了本发明的技术方案，在速率选择控制信号控制下，进行不同的限幅放大器数据通路切换，选择的低速和高速限幅放大器是成熟的器件，价格便宜，实现方便，接收性能优良。
附图说明
图1是本发明一种双速率接收装置的结构示意图。
图2是本发明具体实施方式中一种双速率接收装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
图1是本发明一种双速率接收装置的结构示意图。如图1所示，一种双速率接收装置，位于光电模块中，包括U1双速率光接收组件、U2通道切换电路、U3低速限幅放大器数据通路和U4高速限幅放大器数据通路。
双速率光接收组件与通道切换电路之间、通道切换电路与低速限幅放大器数据通路之间、通道切换电路与高速限幅放大器数据通路之间，以及光电模块的数据输出与系统主机之间通过直流耦合或者交流耦合连接，连接采用差分方式连接。
其中双速率光接收组件进一步包括U11光探测器和U12双速率跨阻放大器，通道切换电路进一步包括K1第一可控制开关、K2第二可控制开关、K3第三可控制开关和K4第四可控制开关，低速限幅放大器数据通路进一步包括U32低速限幅放大器，高速限幅放大器数据通路进一步包括U41高速限幅放大器。
具体连接关系如下：
光探测器是PIN光电二极管或者雪崩光电二极管，光探测器的输出端与双速率跨阻放大器的输入端连接，光探测器将接收到的光信号转变成光电流，并送到双速率跨阻放大器。
双速率跨阻放大器的输出端分别与第一可控制开关的输入端、第二可控制开关的输入端、第三可控制开关的输入端和第四可控制开关的输入端连接，双速率跨阻放大器产生差分数据信号，差分数据信号的数据正端分别与第一可控制开关的输入端和第二可控制开关的输入端连接，差分数据信号的数据负端分别与第三可控制开关的输入端和第四可控制开关的输入端连接。
第一可控制开关的输出端与低速限幅放大器的数据正输入端连接。
第二可控制开关的输出端与高速限幅放大器的数据正输入端连接。
第三可控制开关的输出端与低速限幅放大器的数据负输入端连接。
第四可控制开关的输出端与高速限幅放大器的数据负输入端连接。
低速限幅放大器的输出端和高速限幅放大器的输出端分别与系统主机连接，低速限幅放大器和高速限幅放大器将各自接收到的差分数据信号放大后分别送到系统主机。
第一可控制开关的控制端、第二可控制开关的控制端、第三可控制开关的控制端和第四可控制开关的控制端与系统主机分别连接，第一可控制开关、第二可控制开关、第三可控制开关和第四可控制开关从系统主机获取速率选择控制信号，控制第一可控制开关、第二可控制开关、第三可控制开关和第四可控制开关的闭合或断开。
另外低速限幅放大器数据通路还可以包括U31低通滤波电路，第一可控制开关的输出端与低通滤波电路的数据正输入端连接，第三可控制开关的输出端与低通滤波电路的数据负输入端连接，低通滤波电路的输出端与低速限幅放大器的输入端连接，低通滤波电路可以滤除双速率跨阻放大器的高频噪声，以提高接收电路灵敏度。
图2是本发明具体实施方式中一种双速率接收装置的结构示意图。如图2所示，在该双速率接收装置中，在光探测器之前还包括偏置电压电路，偏置电压电路的输出端与光探测器的输入端连接，能够产生光探测器所需的偏置电压。
偏置电压电路是PIN光电二极管偏置电压电路或者雪崩光电二极管偏置电压电路，用于产生PIN光电二极管或者雪崩光电二极管所需的偏置电压。
U1双速率光接收组件是10G/1.25G双速率光接收组件，包括U11雪崩光电二极管(APD)和U12 10G/1.25G跨阻放大器，10G/1.25G双速率光接收组件特征是可以工作在1.25Gbps和10Gbps的速率下。
U2通道切换电路包括K1第一可控制开关、K2第二可控制开关、K3第三可控制开关和K4第四可控制开关，还包括C1第一交流耦合电容和C2第二交流耦合电容。
双速率跨阻放大器输出的差分数据信号的数据正端与第一交流耦合电容的输入端连接，第一可控制开关的输入端和第二可控制开关的输入端连接在一起与第一交流耦合电容的输出端连接，能够隔离双速率跨阻放大器与高速限幅放大器数据通路和低速限幅放大器数据通路的数据正端直流工作电平；双速率跨阻放大器输出的差分数据信号的数据负端与第二交流耦合电容的输入端连接，第三可控制开关的输入端和第四可控制开关的输入端连接在一起与第二交流耦合电容的输出端连接，能够隔离双速率跨阻放大器与高速限幅放大器数据通路和低速限幅放大器数据通路的数据负端直流工作电平。
为了实现小于400ns的突发数据接收且保证10G速率的数据通路，K1第一可控制开关、K2第二可控制开关、K3第三可控制开关和K4第四可控制开关必须满足高带宽(模拟带宽大于7GHZ)且快速响应(开关闭合打开时间小于400ns)条件。
U2通道切换电路接受系统主机发送的速率选择控制信号的控制，实现10G和1.25G数据通道切换。
U3低速限幅放大器数据通路是1.25G限幅放大器数据通路，包括U31低通滤波电路和U32 1.25G限幅放大器。
U31低通滤波器3dB带宽设置在大约800MhZ～1GHZ，用于滤除高频噪声。
U4高速限幅放大器数据通路时10G限幅放大器数据通路，包括U41 10G限幅放大器。
速率选择控制信号由系统主机产生，用于控制通道切换电路的数据通路切换，接收电路有1.25G和10G数据通路两对差分数据与系统主机相连。
下面具体介绍该双速率接收装置的工作流程：
雪崩光电二极管偏置电压电路与U11雪崩光电二极管相连，为U11雪崩光电二极管提供偏置电压。
U11雪崩光电二极管将接收到的光信号转变成光电流，并将光电流信号送到U12 10G/1.25G跨阻放大器中。
U12 10G/1.25G跨阻放大器将接收到的光电流信号转变为差分的电压信号。
U12 10G/1G跨阻放大器输出的差分数据信号的数据正端(Data+)与C1第一交流耦合电容相连，K1第一可控制开关和K2第二可控制开关的输入端连接在一起组成第1组开关与C1第一交流耦合电容相连，K1第一可控制开关的输出端与U31低通滤波电路的数据正(Data+)输入端连接，K2第二可控制开关的输出端与U41 10G限幅放大器的数据正(Data+)输入端连接。
U12 10G/1G跨阻放大器输出的差分数据信号的数据负端(Data-)与C2第二交流耦合电容相连，K3第三可控制开关和K4第四可控制开关的输入端连接在一起组成第2组开关与C2第二交流耦合电容相连，K3第三可控制开关的输出端与U31低通滤波电路的数据负(Data-)输入端连接，K4第四可控制开关的输出端与U41 10G限幅放大器的数据负(Data-)输入端连接。
K1第一可控制开关、K2第二可控制开关、K3第三可控制开关和K4第四可控制开关的控制端与系统主机相连，接收系统主机发送的速率控制选择信号。
当系统主机产生的速率选择控制信号为高速限放放大器数据通路选通时，K2第二可控制开关和K4第四可控制开关闭合，而K1第一可控制开关和K3第三可控制开关断开，U12双速率跨阻放大器产生的差分数据信号经过U41高速限幅放大器放大后送到系统主机。
当系统主机产生的速率选择控制信号为低速限放放大器数据通路选通时，K1第一可控制开关和K3第三可控制开关闭合，而K2第二可控制开关和K4第四可控制开关断开，U12双速率跨阻放大器产生的差分数据信号经过U31低通滤波器滤波经U32低速限幅放大器放大后送到系统主机，其中U31低通滤波电路的输出端通过差分直流耦合方式与U32低速限幅放大器相连，滤除高频噪声。
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，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，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 (8)

1.一种双速率接收装置，适用于光电模块中，其特征在于，包括双速率光接收组件、通道切换电路、低速限幅放大器数据通路和高速限幅放大器数据通路，双速率光接收组件进一步包括光探测器和双速率跨阻放大器，通道切换电路进一步包括第一可控制开关、第二可控制开关、第三可控制开关和第四可控制开关，低速限幅放大器数据通路进一步包括低速限幅放大器，高速限幅放大器数据通路进一步包括高速限幅放大器，其中，
光探测器的输出端与双速率跨阻放大器的输入端连接，用于将接收到的光信号转变成光电流，并送到双速率跨阻放大器；
双速率跨阻放大器的输出端分别与第一可控制开关的输入端、第二可控制开关的输入端、第三可控制开关的输入端和第四可控制开关的输入端连接，用于产生差分数据信号，差分数据信号的数据正端分别与第一可控制开关的输入端和第二可控制开关的输入端连接，差分数据信号的数据负端分别与第三可控制开关的输入端和第四可控制开关的输入端连接；
第一可控制开关的输出端与低速限幅放大器的数据正输入端连接；
第二可控制开关的输出端与高速限幅放大器的数据正输入端连接；
第三可控制开关的输出端与低速限幅放大器的数据负输入端连接；
第四可控制开关的输出端与高速限幅放大器的数据负输入端连接；
低速限幅放大器的输出端和高速限幅放大器的输出端分别与系统主机连接，用于将各自接收到的差分数据信号放大后分别送到系统主机；
第一可控制开关的控制端、第二可控制开关的控制端、第三可控制开关的控制端和第四可控制开关的控制端与系统主机分别连接，用于从系统主机获取速率选择控制信号，控制第一可控制开关、第二可控制开关、第三可控制开关和第四可控制开关的闭合或断开。
2.根据权利要求1所述的一种双速率接收装置，其特征在于，低速限幅放大器数据通路还包括低通滤波电路，第一可控制开关的输出端与低通滤波电路的数据正输入端连接，第三可控制开关的输出端与低通滤波电路的数据负输入端连接；
低通滤波电路的输出端与低速限幅放大器的输入端连接，用于滤除双速率跨阻放大器的高频噪声。
3.根据权利要求1所述的一种双速率接收装置，其特征在于，通道切换电路还包括第一交流耦合电容和第二交流耦合电容，双速率跨阻放大器输出的差分数据信号的数据正端与第一交流耦合电容的输入端连接，第一可控制开关的输入端和第二可控制开关的输入端连接在一起与第一交流耦合电容的输出端连接，用于隔离双速率跨阻放大器与高速限幅放大器数据通路和低速限幅放大器数据通路的数据正端直流工作电平；
双速率跨阻放大器输出的差分数据信号的数据负端与第二交流耦合电容的输入端连接，第三可控制开关的输入端和第四可控制开关的输入端连接在一起与第二交流耦合电容的输出端连接，用于隔离双速率跨阻放大器与高速限幅放大器数据通路和低速限幅放大器数据通路的数据负端直流工作电平。
4.根据权利要求1所述的一种双速率接收装置，其特征在于，还包括偏置电压电路，偏置电压电路的输出端与光探测器的输入端连接，用于产生光探测器所需的偏置电压。
5.根据权利要求1所述的一种双速率接收装置，其特征在于，光探测器是PIN光电二极管或者雪崩光电二极管。
6.根据权利要求4所述的一种双速率接收装置，其特征在于，偏置电压电路是PIN光电二极管偏置电路或者雪崩光电二极管偏置电压电路。
7.根据权利要求1所述的一种双速率接收装置，其特征在于，双速率光接收组件与通道切换电路之间、通道切换电路与低速限幅放大器数据通路之间、通道切换电路与高速限幅放大器数据通路之间，以及光电模块的数据输出与系统主机之间通过直流耦合或者交流耦合连接，连接采用差分方式连接。
8.根据权利要求1所述的一种双速率接收装置，其特征在于，双速率跨阻放大器是10G/1.25G跨阻放大器，低速限幅放大器是1.25G限幅放大器，高速限幅放大器是10G限幅放大器。
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