CN101854212B - 一种双速率光信号接收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双速率光信号接收装置，包括双速率光接收组件、双速率限幅放大电路单元和数据分路单元，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，双速率限幅放大电路单元进一步包括双速率限幅放大器，数据分路单元进一步包括1比2数据扇出器件和低通滤波电路。采用了本发明的技术方案，针对两个不同速率数据通过时分复用而成的光信号的接收电路，通过数据分路器件把接收数据分成两个不同速率的数据通道，从而为双速率的时分复用数据提供易于实现的物理层解决方案。

Description

一种双速率光信号接收装置
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光信号接收装置。
背景技术
光通信设备通常要工作在多种工作速率下，这样就要求光通信物理层电路需要能够工作在多种速率下，给实际的电路设计带来困难。
这种矛盾在万兆以太网无源光网络光线路终端光电模块中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单元设备，在万兆以太网无源光网络光线路终端光收发模块的光接收电路中需要能够接收10.3125Gbps和1.25Gbps两种速率数据通过时分复用而成的光信号。
电气电子工程师学会万兆以太网无源光网络草案(IEEE P802.3avTM/D1.3，2008年4月23日)给出了一些可能的双速率光信号的接收方案：第一种方案是在光路上用1∶2光分路器把光信号分成两路，分别用两种不同速率的光探测器接收并做后续处理。第二种方案是光信号由一个光探测器接收后送给跨阻放大器，在跨阻放大器电路上把电信号分成两路输出，用不同速率的后续电路处理。
对于第一种方案，优点是两路光信号可以用不同速率的后续电路处理，缺点是光分路器会给带来光路上的功率损失，从而降低两个通路的接收灵敏度。加以改进的办法是在分路器的后级加上光放大器，但光路复杂，难以适应模块小型化的要求，进一步提高了系统的成本和复杂度。
对于第二种方案，优点是只需要用一组光探测器和跨阻放大器，缺点是如果是固定带宽的光探测器和跨阻放大器，难以兼顾两个速率信号的接收灵敏度指标最优。加以改进的办法是根据接收信号的速率动态调整光接收组件的带宽，但这需要快速的探测到接收信号的速率才能及时的切换光接收组件的带宽，数据链路层会提前知道从接收信号的速率，但数据链路层引入数据速率的信息会有违通信网络分层的原则，因此只能在光接收组件内建快速的信号速率探测电路来实现速率切换，而且跨阻放大器电路是难点，目前还没有符合要求的商用化器件。
发明内容
本发明的目的在于提出一种双速率光信号接收装置，使用成熟的光电器件，易于实现小型化封装，具有成本优势。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种双速率光信号接收装置，包括双速率光接收组件、双速率限幅放大电路单元和数据分路单元，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，双速率限幅放大电路单元进一步包括双速率限幅放大器，数据分路单元进一步包括1比2数据扇出器件和低通滤波电路，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，用于将接收到的双速率光信号转换为电流信号，并送到双速率跨阻放大器；
双速率跨阻放大器的输出端与双速率限幅放大器的输入端连接，用于将接收到的电流信号转换为差分的电压信号，发送给双速率限幅放大器；
双速率限幅放大器的输出端与1比2数据扇出器件连接，用于对接收到的差分的电压信号进行放大，并发送给1比2数据扇出器件；
1比2数据扇出器件的输出端分别与低通滤波电路和高速数据通路连接，用于把从双速率限幅放大器输出的单路差分的电压信号分成两路差分的电压信号，其中一路差分的电压信号输送到低通滤波电路，另一路差分的电压信号输送到高速数据通路；
低通滤波电路输出端与低速数据通路连接，用于滤除高频噪声，将差分的电压信号输送到低速数据通路。
光探测器是PIN光电二极管或者雪崩光电二极管。
双速率光接收组件与双速率限幅放大电路单元之间通过直流耦合或者交流耦合连接，采用差分方式连接。
双速率限幅放大电路单元与数据分路单元之间通过直流耦合或者交流耦合连接，采用差分方式连接。
还包括光探测器偏置电压电路，光探测器偏置电压电路的输出端与光探测器的电源输入端连接，用于产生光探测器所需的偏置电压。
光探测器偏置电压电路是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。
双速率光信号是由10.3125G的万兆无源以太网数据和1.25G的千兆无源以太网数据通过时分复用而成的光信号。
采用了本发明的技术方案，针对两个不同速率数据通过时分复用而成光信号的接收电路，通过数据分路器件把接收数据分成两个不同速率的数据通道，从而为双速率的时分复用数据提供易于实现的物理层解决方案。
附图说明
图1是本发明一种双速率光信号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光信号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光信号接收装置的结构示意图。如图1所示，该双速率光信号接收装置是双速率光信号接收电路，包括U1双速率光接收组件、U2双速率限幅放大电路单元和U3数据分路单元，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，双速率限幅放大电路单元进一步包括U21双速率限幅放大器，数据分路单元进一步包括U31 1比2数据扇出器件和U32低通滤波电路。
双速率光接收组件与双速率限幅放大电路单元之间通过直流耦合或者交流耦合连接，采用差分方式连接。
双速率限幅放大电路单元与数据分路单元之间通过直流耦合或者交流耦合连接，采用差分方式连接。
具体连接关系是：
光探测器的输出端与双速率跨阻放大器的输入端连接，将接收到的双速率光信号转换为电流信号，并送到双速率跨阻放大器。
双速率跨阻放大器的输出端与双速率限幅放大器的输入端连接，将接收到的电流信号转换为差分的电压信号，发送给双速率限幅放大器。
双速率限幅放大器的输出端与1比2数据扇出器件连接，对接收到的差分的电压信号进行放大，并发送给1比2数据扇出器件。
1比2数据扇出器件的输出端分别与低通滤波电路和高速数据通路连接，把从双速率限幅放大器输出的单路差分的电压信号分成两路差分的电压信号，其中一路差分的电压信号输送到低通滤波电路，另一路差分的电压信号输送到高速数据通路。
低通滤波电路输出端与低速数据通路连接，滤除高频噪声，将差分的电压信号输送到低速数据通路。
图2是本发明具体实施方式中一种双速率光信号接收装置的结构示意图。如图2所示，该双速率光信号接收装置是10.3125G/1.25G光信号接收电路，包括U0雪崩光电二极管偏置电压电路、U1双速率光接收组件、U2双速率限幅放大电路单元和U3数据分路单元，双速率光接收组件进一步包括U11 10G雪崩二极管和U12 10G跨阻放大器，双速率限幅放大电路单元进一步包括U21 10G限幅放大器，数据分路单元进一步包括U31 1比2数据扇出器件和U32低通滤波电路。
其中，双速率光信号是由10.3125G的万兆无源以太网数据和1.25G的千兆无源以太网数据通过时分复用而成的光信号。
光探测器偏置电压电路还可以是PIN光电二极管偏置电路，光探测器还可以是PIN光电二极管。
具体连接关系是：
雪崩光电二极管偏置电压电路的输出端与10G雪崩二极管的电源输入端连接，产生10G雪崩二极管所需的偏置电压。
10G雪崩二极管的输出端与10G跨阻放大器的输入端连接，将接收到的双速率光信号转换为电流信号，并送到10G跨阻放大器。
10G跨阻放大器的输出端与10G限幅放大器的输入端连接，将接收到的电流信号转换为差分的电压信号，发送给10G限幅放大器。
10G限幅放大器的输出端与1比2数据扇出器件连接，对接收到的差分的电压信号进行放大，并发送给1比2数据扇出器件。
1比2数据扇出器件的输出端分别与低通滤波电路和10.3125G数据通路连接，把从双速率限幅放大器输出的单路差分的电压信号分成两路差分的电压信号，其中一路差分的电压信号输送到低通滤波电路，另一路差分的电压信号输送到10.3125G数据通路。
低通滤波电路输出端与1.25G数据通路连接，滤除高频噪声，将差分的电压信号输送到1.25G数据通路。
下面具体描述该双速率光信号接收装置的工作流程：
双速率光信号是由10.3125G的万兆无源以太网数据和1.25G的千兆无源以太网数据通过时分复用而成的光信号。
U0雪崩光电二极管偏置电压电路产生雪崩光电二极管所需的偏置电压。
U1双速率光接收组件可以在1.25Gbps和10.3125Gbps的速率下工作，U2双速率限幅放大电路单元可以在1.25Gbps和10.3125Gbps的速率下工作，U3是数据分路单元。
U1双速率光接收组件与U2双速率限幅放大电路单元之间，U2双速率限幅放大电路单元与U3数据分路单元之间通过交流耦合电容连接，且均为差分方式。
U1双速率光接收组件由U11 10G雪崩光电二极管(APD)和U1210G跨阻放大器构成，U12跨阻放大器的高频截止带宽大约在7G到10GHz。U11 10G雪崩光电二极管(APD)将10.3125G/1.25光信号转换为电流信号，U12 10G跨阻放大器将电流信号转换为差分的电压信号。
U2双速率限幅放大电路单元是由U21 10G限幅放大器以及输入交流耦合电容和输出交流耦合电容构成，U21限幅放大器的高频截止带宽大约在7G到10GHz。U21 10G限幅放大器将U12 10G跨阻放大器输出的小幅度电压信号放大成符合一定幅度要求的电压信号。
U3数据分路单元是由U31 1比2数据扇出器件和U32低通滤波电路构成，U311比2数据扇出器件把从双速率限幅放大器输出的单路的差分的电压信号分成两路差分的电压信号，一路差分的电压信号经过U32低通滤波电路后送到1.25G数据通路，另一路信号直接送到10.3125G数据通路。U32低通滤波器可以滤除高频噪声，提高低速数据通路的接收电路灵敏度。需要强调的是U21双速率限幅放大器的电信号输出幅度须满足U31 1比2数据扇出器件输入幅度要求，否则U31 1比2数据扇出器件无法正常工作。
U32低通滤波器3dB带宽设置在大约800MHz到1GHz，能够滤除高频噪声，提高1.25G数据通路的接收灵敏度
一种双速率光信号接收装置有1.25G和10.3125G两路数据通路的两对差分数据通过交流耦合电容输出数据。
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 (7)

1.一种双速率光信号接收装置，其特征在于，包括双速率光接收组件、双速率限幅放大电路单元和数据分路单元，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，双速率限幅放大电路单元进一步包括双速率限幅放大器，数据分路单元进一步包括1比2数据扇出器件和低通滤波电路，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，用于将接收到的双速率光信号转换为电流信号，并送到双速率跨阻放大器；
双速率跨阻放大器的输出端与双速率限幅放大器的输入端连接，用于将接收到的电流信号转换为差分的电压信号，发送给双速率限幅放大器；
双速率限幅放大器的输出端与1比2数据扇出器件连接，用于对接收到的差分的电压信号进行放大，并发送给1比2数据扇出器件；
1比2数据扇出器件的输出端分别与低通滤波电路和高速数据通路连接，用于把从双速率限幅放大器输出的单路差分的电压信号分成两路差分的电压信号，其中一路差分的电压信号输送到低通滤波电路，另一路差分的电压信号输送到高速数据通路；
低通滤波电路输出端与低速数据通路连接，用于滤除高频噪声，将差分的电压信号输送到低速数据通路。
2.根据权利要求1所述的一种双速率光信号接收装置，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。
3.根据权利要求1所述的一种双速率光信号接收装置，其特征在于，双速率光接收组件与双速率限幅放大电路单元之间通过直流耦合或者交流耦合连接，采用差分方式连接。
4.根据权利要求1所述的一种双速率光信号接收装置，其特征在于，双速率限幅放大电路单元与数据分路单元之间通过直流耦合或者交流耦合连接，采用差分方式连接。
5.根据权利要求1所述的一种双速率光信号接收装置，其特征在于，还包括光探测器偏置电压电路，光探测器偏置电压电路的输出端与光探测器的电源输入端连接，用于产生光探测器所需的偏置电压。
6.根据权利要求5所述的一种双速率光信号接收装置，其特征在于，光探测器偏置电压电路是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所述的一种双速率光信号接收装置，其特征在于，双速率光信号是由10.3125G的万兆无源以太网数据和1.25G的千兆无源以太网数据通过时分复用而成的光信号。
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