CN102104431B - 一种光收发模块中的双速率接收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光收发模块中的双速率接收装置，适用于光收发模块中，包括双速率光接收组件、双速率限幅放大电路单元、第一速率限幅放大器数据通路和第二速率限幅放大器数据通路，双速率限幅放大电路单元输出的信号分别输入第一速率限幅放大器数据通路和第二速率限幅放大器数据通路，得到不同速率的数据输出到系统主机。采用了本发明的技术方案，系统主机能够选择从对应工作速率的限幅放大器数据通路接收数据，对高、低速率光数据信号均具有较高的接收灵敏度，可以以较低的成本实现对由两个不同速率数据通过时分复用形成的光信号的接收。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种在光收发模块中应用的低成本双速率接收装置。
背景技术
在万兆以太网无源光网络光线路终端光收发模块的双速率接收机中，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收发模块中需要能够接收10.3125G和1.25G突发光信号。如果接收机工作设计优化在10.3125G的高速速率下，在1.25G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。
为了保证接收机在高、低两种速率下工作时均具有较高的接收灵敏度，同时在突发工作状态下，满足双速率光接收组件及后续放大电路在小于400ns的时间内完成对突发信号的转换，必须对接收电路进行优化设计。
图1目前业界已知的一种解决方案，该方案采用双速率光接收组件实现对由高、低速率数据通过时分复用形成的光信号的接收，再通过双速率限幅放大电路单元放大后，由高速率、高带宽的扇出缓冲器分为高、低速率数据通路输出。该方案使得接收机在高、低工作速率下均具有可以满足一定要求的接收灵敏度，同时满足在400ns内完成对突发光信号转换的要求。但是由于高速率、高带宽扇出缓冲器相对低速率信号带宽过宽，会引入不必要的高频噪声和串扰，降低低速率信号的接收灵敏度；同时由于目前10G以上速率的扇出缓冲器在光收发模块中应用并不广泛，价格昂贵，给光收发模块成本控制带来较大困难。
发明内容
本发明的目的在于提出一种低成本的光收发模块中的双速率接收装置，使得光接收组件工作在最适合速率下的同时，系统主机能够选择从对应工作速率的限幅放大器数据通路接收数据，从而实现对高、低速率光数据信号均具有较高的接收灵敏度。
为达此目的，本发明提供一种光收发模块中的双速率接收装置，包括：包含光探测器和双速率跨阻放大器的双速率光接收组件；包含双速率限幅放大器的双速率限幅放大电路单元；包含第一速率限幅放大器的第一速率限幅放大器数据通路；和包含第二速率限幅放大器的第二速率限幅放大器数据通路。该光探测器的输出端与该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；该双速率跨阻放大器的数据输出端与该双速率限幅放大电路单元的数据输入端连接；该双速率限幅放大电路单元的数据输出端分别与该第一速率限幅放大器的数据输入端、该第二速率限幅放大器的数据输入端相连接；该第一速率限幅放大器的输出端和该第二速率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,系统主机选择接收第一速率数据和第二速率数据。
该双速率限幅放大电路单元的数据输出端分别与该第一速率限幅放大器的数据输入端、该第二速率限幅放大器的数据输入端相连接的具体方法为：该双速率限幅放大器的差分数据正输出端与该第一速率限幅放大器的差分数据正输入端相连接；该双速率限幅放大器的差分数据负输出端与该第二速率限幅放大器差分数据负输入端相连接；该第一速率限幅放大器差分数据负输入端与第一输入阻抗匹配网络相连接，用以匹配第一速率限幅放大器差分数据负输入端的输入阻抗；该第二速率限幅放大器差分数据正输入端与第二输入阻抗匹配网络相连接，用以匹配第二速率限幅放大器差分数据正输入端的输入阻抗。
该双速率限幅放大电路单元还包括第一交流耦合电容和第二交流耦合电容，该双速率跨阻放大器输出的差分数据信号的数据正端与该第一交流耦合电容的输入端连接，用于隔离双速率跨阻放大器与双速率限幅放大器的数据正端直流工作电平；该双速率跨阻放大器输出的差分数据信号的数据负端与该第二交流耦合电容的输入端连接，用于隔离双速率跨阻放大器与双速率限幅放大器的数据负端直流工作电平。
该双速率限幅放大电路单元还包括低通滤波电路，该第一交流耦合电容输出端与该低通滤波电路的数据正输入端连接，该第二交流耦合电容输出端与该低通滤波电路的数据负输入端连接；该低通滤波电路的输出端与该双速率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。
该光收发模块中的双速率接收装置还包括偏置电压电路，该偏置电压电路的输出端与该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。
该光探测器可以是PIN光电二极管，该偏置电压电路是PIN光电二极管偏置电路。该光探测器也可以是雪崩光电二极管，该偏置电压电路是雪崩光电二极管偏置电压电路。
各单元之间的连接方式可以是：该双速率限幅放大电路单元与该第一速率限幅放大器数据通路之间，该双速率限幅放大电路单元与该第二速率限幅放大器数据通路之间，以及该光收发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。
各单元之间的连接方式还可以是：该双速率光接收组件与该双速率限幅放大电路单元之间，该光收发模块的数据输出与系统主机之间通过差分或者单端连接；该双速率限幅放大电路单元与该第一速率限幅放大器之间通过单端连接；该双速率限幅放大电路单元与该第二速率限幅放大器之间通过单端连接。
该双速率跨阻放大器是10G/1.25G跨阻放大器，该双速率限幅放大器是10G/1.25G限幅放大器，该第一速率限幅放大器是1.25G限幅放大器，该第二速率限幅放大器是10G限幅放大器。
采用了本发明的技术方案，系统主机能够选择从高、低工作速率的限幅放大器数据通路接收数据，方案中选择的双速率限幅放大器、低速和高速限幅放大器都是成熟的器件，价格便宜，实现方便，接收性能优良。
附图说明
图1是现有技术的一种光收发模块中的双速率接收装置的结构示意图；
图2是本发明的光收发模块中的双速率接收装置的结构示意图；
图3是本发明具体实施方式中一种光收发模块中的双速率接收装置的结构示意图；
图4是本发明在万兆以太网无源光网络光线路终端光收发模块中应用的一种结构示意图。
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2是本发明的光收发模块中的双速率接收装置的结构示意图。如图2所示，一种低成本双速率接收装置，位于光收发模块中，包括双速率光接收组件、双速率限幅放大电路单元、低速限幅放大器数据通路和高速限幅放大器数据通路。
双速率光接收组件与双速率限幅放大电路单元之间、双速率限幅放大电路单元与低速限幅放大器数据通路之间、双速率限幅放大电路单元与高速限幅放大器数据通路之间，以及光收发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。双速率光接收组件与双速率限幅放大电路单元之间、光收发模块的数据输出与系统主机之间通过差分或者单端连接。双速率限幅放大电路单元与低速限幅放大器之间通过单端连接。双速率限幅放大电路单元与高速限幅放大器之间通过单端连接。
其中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，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。
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数据输出端与双速率限幅放大电路单元数据输入端连接；
双速率限幅放大器数据输出端分别与低速限幅放大器数据输入端、高速限幅放大器输入端相连接；
双速率限幅放大器差分数据正输出端与低速限幅放大器差分数据正输入端相连接；
双速率限幅放大器差分数据负输出端与高速限幅放大器差分数据负输入端相连接；
低速限幅放大器差分数据负输入端与输入阻抗匹配网络相连接；
高速限幅放大器差分数据正输入端与输入阻抗匹配网络相连接；
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,系统主机可选择接收低速数据或高速数据；
另外双速率限幅放大电路单元还可以包括低通滤波电路，双速率跨阻放大器输出端与低通滤波器输入端相连接，低通滤波电路的输出端与双速率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3是本发明具体实施方式中一种光收发模块中的双速率接收装置的结构示意图。如图3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。
偏置电压电路是雪崩光电二极管偏置电压电路，用于产生雪崩光电二极管所需的偏置电压。
双速率光接收组件是10G/1.25G双速率光接收组件，包括雪崩光电二极管（APD）和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1.25G和10G的速率下。
双速率限幅放大电路单元包括低通滤波电路和双速率限幅放大器，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，双速率限幅放大器差分数据正输入端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双速率限幅放大器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，双速率限幅放大器差分数据负输入端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双速率限幅放大器的数据负端直流工作电平。
双速率限幅放大器是10G/1.25G限幅放大器，低通滤波器3dB带宽设置在7GHz~8.5GHz左右，用于滤除高频噪声。
低速限幅放大器数据通路是1.25G限幅放大器数据通路，包括输入阻抗匹配网络和1.25G限幅放大器。输入阻抗匹配网络由电阻、电容等无源元件构成，用以匹配低速限幅放大器负输入端的输入阻抗。
高速限幅放大器数据通路是10G限幅放大器数据通路，包括输入阻抗匹配网络和10G限幅放大器。输入阻抗匹配网络由电阻、电容等无源元件构成，用以匹配高速限幅放大器正输入端的输入阻抗。
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雪崩光电二极管相连，为雪崩光电二极管提供偏置电压。
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10G/1.25G跨阻放大器中。
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。
10G/1.25G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，10G/1.25G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。
低通滤波电路正输入端与C1第一交流耦合电容连接，低通滤波电路负输入端与C2第二交流耦合电容连接，低通滤波电路输出端与10G/1.25G限幅放大器输入端相连接。其中低通滤波电路的输出端通过差分直流耦合方式与10G/1.25G限幅放大器相连接，滤除高频噪声。
10G/1.25G跨阻放大器产生的差分数据信号经过低通滤波电路后由10G/1.25G限幅放大器进行预放大。
10G/1.25G限幅放大器放大后的差分数据信号以单端方式分别送到低速限幅放大器数据通路和高速限幅放大器数据通路。其中10G/1.25G限幅放大器输出的差分数据信号的数据正端与低速限幅放大器正输入端相连接，低速限幅放大器负输入端与输入阻抗匹配网络相连接， 10G/1.25G限幅放大器输出的差分数据信号的数据负端与高速限幅放大器负输入端相连接,高速限幅放大器正输入端与输入阻抗匹配网络相连接。
低速限幅放大器和高速限幅放大器将10G/1.25G限幅放大器放大后的单端数据信号再次放大后转变为两路差分数据信号送到系统主机。
当主机需要从由高、低速率数据通过时分复用形成的光信号中接收低速率数据时，主机可选择从低速限幅放大器数据通路接收低速率数据，反之，主机可选择从高速限幅放大器数据通路接收高速率数据。
图4是本发明在万兆以太网无源光网络光线路终端(10G EPON OLT)光收发模块中应用的一种结构示意图。如图4所示，在该双速率接收装置中，光探测器是雪崩光电二极管，偏置电压电路是雪崩光电二极管偏置电压电路。雪崩光电二极管偏置电压电路的输出端与雪崩光探测器的输入端连接，能够产生雪崩光探测器所需的偏置电压。
双速率光接收组件是10G/1.25G双速率光接收组件，包括雪崩光电二极管（APD）和MO2138跨阻放大器，MO2138跨阻放大器为MindSpeed公司生产的10G/1.25G双速率跨阻抗放大器，其特征是可以工作在1.25G和10G的速率下。
双速率限幅放大电路单元包括低通滤波电路和MO2142限幅放大器，还包括C1第一交流耦合电容和C2第二交流耦合电容。MO2142限幅放大器为MindSpeed公司生产的10G/1.25G双速率限幅放大器，其特征是可以工作在1.25G和10G的速率下。
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，双速率限幅放大器差分数据正输入端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双速率限幅放大器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，双速率限幅放大器差分数据负输入端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双速率限幅放大器的数据负端直流工作电平。
低通滤波电路3dB带宽设置在7GHz~8.5GHz左右，用于滤除高频噪声。
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 50欧姆输入阻抗匹配网络和 SY88903V限幅放大器。 50欧姆输入阻抗匹配网络由电阻、电容等无源元件构成，用以匹配 SY88903V限幅放大器负输入端的输入阻抗。 SY88903V限幅放大器是MICREL公司生产的低速限幅放大器，其特征是可以工作在1.25G速率下。
低速限幅放大器通路还包括第三交流耦合电容C3， SY88903V限幅放大器与MO2142放大器之间通过单端交流耦合方式连接。C3第三交流耦合电容用于隔离MO2142限幅放大器与 SY88903限幅放大器的数据正端直流工作电平。
高速限幅放大器数据通路是10G限幅放大器数据通路，包括50欧姆输入阻抗匹配网络和ONET8501P限幅放大器。50欧姆输入阻抗匹配网络由电阻、电容等无源元件构成，用以匹配ONET8501P限幅放大器正输入端的输入阻抗。ONET8501P限幅放大器是德州仪器公司生产的高速限幅放大器，其特征是可以工作在10G速率下。
高速限幅放大器通路还包括第四交流耦合电容C4，ONET8501P限幅放大器与MO2142放大器之间通过单端交流耦合方式连接。C4第四交流耦合电容用于隔离MO2142限幅放大器与ONET8501P限幅放大器的数据负端直流工作电平。
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雪崩光电二极管相连，为雪崩光电二极管提供偏置电压。
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MO2138跨阻放大器中。
MO2138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。
MO2138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，MO2138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。
低通滤波电路正输入端与C1第一交流耦合电容连接，低通滤波电路负输入端与C2第二交流耦合电容连接，低通滤波电路输出端与10G/1.25G限幅放大器输入端相连接。其中低通滤波电路的输出端通过差分直流耦合方式与MO2142限幅放大器相连接，滤除高频噪声。
MO2138跨阻放大器产生的差分数据信号经过低通滤波电路后由MO2142限幅放大器进行预放大。
MO2142限幅放大器放大后的差分数据信号以单端交流耦合方式分别送到低速限幅放大器数据通路和高速限幅放大器数据通路。其中MO2142限幅放大器输出的差分数据信号的数据正端与C3第三交流耦合相连接，C3第三交流耦合电容与 SY88903V限幅放大器正输入端相连接， SY88903V限幅放大器负输入端与 50欧姆输入阻抗匹配网络相连接。MO2142限幅放大器输出的差分数据信号的数据负端与C4第四交流耦合电容相连接，C4第四交流耦合电容与ONET8501P限幅放大器负输入端相连接, ONET8501限幅放大器正输入端与50欧姆输入阻抗匹配网络相连接。
SY88903V限幅放大器和ONET8501P限幅放大器将MO2142限幅放大器放大后的单端数据信号再次放大后转变为两路差分数据信号送到系统主机。
当主机需要从由高、低速率数据通过时分复用形成的光信号中接收低速率数据时，主机可选择从低速限幅放大器数据通路接收低速率数据，反之，主机可选择从高速限幅放大器数据通路接收高速率数据。
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)
1.一种光收发模块中的双速率接收装置，其特征在于，包括：
包含光探测器和双速率跨阻放大器的双速率光接收组件；
包含双速率限幅放大器的双速率限幅放大电路单元；
包含第一速率限幅放大器的第一速率限幅放大器数据通路；和
包含第二速率限幅放大器的第二速率限幅放大器数据通路；
所述光探测器的输出端与所述双速率跨阻放大器的输入端连接；所述双速率跨阻放大器的数据输出端与所述双速率限幅放大电路单元的数据输入端连接；所述双速率限幅放大电路单元的数据输出端分别与所述第一速率限幅放大器的数据输入端、所述第二速率限幅放大器的数据输入端相连接；所述双速率限幅放大电路单元的数据输出端分别与所述第一速率限幅放大器的数据输入端、所述第二速率限幅放大器的数据输入端相连接的具体方法为：所述双速率限幅放大器的差分数据正输出端与所述第一速率限幅放大器的差分数据正输入端相连接；所述双速率限幅放大器的差分数据负输出端与所述第二速率限幅放大器差分数据负输入端相连接；所述第一速率限幅放大器差分数据负输入端与第一输入阻抗匹配网络相连接；所述第二速率限幅放大器差分数据正输入端与第二输入阻抗匹配网络相连接；所述第一速率限幅放大器的输出端和所述第二速率限幅放大器的输出端分别与系统主机连接，系统主机选择接收第一速率数据和第二速率数据。
2.根据权利要求1所述的光收发模块中的双速率接收装置，其特征在于：所述双速率限幅放大电路单元还包括第一交流耦合电容和第二交流耦合电容，所述双速率跨阻放大器输出的差分数据信号的数据正端与所述第一交流耦合电容的输入端连接；所述双速率跨阻放大器输出的差分数据信号的数据负端与所述第二交流耦合电容的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的光收发模块中的双速率接收装置，其特征在于：所述双速率限幅放大电路单元还包括低通滤波电路，所述第一交流耦合电容输出端与所述低通滤波电路的数据正输入端连接，所述第二交流耦合电容输出端与所述低通滤波电路的数据负输入端连接；所述低通滤波电路的输出端与所述双速率限幅放大器的输入端连接。
4.根据权利要求1所述的光收发模块中的双速率接收装置，其特征在于：还包括偏置电压电路，所述偏置电压电路的输出端与所述光探测器的输入端连接。
5.根据权利要求4所述的光收发模块中的双速率接收装置，其特征在于：所述光探测器是PIN光电二极管，所述偏置电压电路是PIN光电二极管偏置电路。
6.根据权利要求4所述的光收发模块中的双速率接收装置，其特征在于：所述光探测器是雪崩光电二极管，所述偏置电压电路是雪崩光电二极管偏置电压电路。
7.根据权利要求1所述的光收发模块中的双速率接收装置，其特征在于：所述双速率跨阻放大器是10G/1.25G跨阻放大器，所述双速率限幅放大器是10G/1.25G限幅放大器，所述第一速率限幅放大器是1.25G限幅放大器，所述第二速率限幅放大器是10G限幅放大器。
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