CN102427388B - 一种复位电流补偿式突发性接收光功率监控机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种复位电流补偿式突发性接收光功率监控机，包括接收光组件、主快速镜像电路、采样保持电路和微控制单元，所述的接收光组件将接收到的光信号转换成光电流，经主快速镜像电路产生的镜像电流由所述采样保持电路采样输出到所述的微控制单元进行处理；还包括快速复位电流补偿电路，所述的快速复位电流补偿电路对主快速镜像电路的镜像电流进行补偿。本发明的通过在现有的突发性接收光功率监控机中增加快速复位电流补偿电路，对接收光组件将接收到的光信号转换成的差分电压信号进行补偿后，可以满足一些系统厂商将精度提高到±1dBm的要求。
Description
技术领域
本发明涉及光端机领域，特别涉及千兆以上无源光网络光线路局端用光模块上的突发性接收光监控机。具体为一种具有复位功能的高精度的突发性接收光功率监控机。
背景技术
目前在OLT（Optical Line Terminal, OLT 光线路局端）光模块的技术上有两个问题还在困扰着绝大多模块设计者，也成为了许多其它模块厂商无法涉足PON（Passive Optical Network, PON 无源光网络）光模块领域的主要原因，即突发接收动态范围与突发接收光功率监控精度，而现在越来越多的系统商对这两个指标的要求越来越高。其中，突发接收光功率监控精度，某些系统商对此指标要求达到±1dBm，这在通常的设计中是难以实现的。
在OLT光模块中，接收端采用APD(Avalanche diode 雪崩二极管)做光电转换器件，突发接收光信号的最小包长，EPON OLT(Ethernet passive optical network optical line terminal 以太网无源光网络光线路局端)低到900ns，GPON OLT(Gigabit passive optical network optical line terminal 吉比特无源光网络光线路局端)低至300ns。在目前普遍采用的突发接收光功率监测电路的技术方式，为射频光功率检测与高速镜像电路检测两种技术手段。
射频光功率检测方式是采用解调对数放大器，将接收端的前置放大器输出的射频信号进行放大处理，输出线性的电压信号，再进行后续的采样保持阶段。但是射频光功率检测方式有以下问题需要在使用中进行重点考虑：
1、光接收功率输出动态范围小。虽然在射频光功率检测方式中的解调对数放大器有较大的动态范围，而在实际使用中，输入光功率的动态范围约为20dB，而此20dB输入光的所对应的解调对数放大器的输出范围小于1V，这样在使用使用中就会对输入光功率的分辨率不高，引起监测不够准确的问题。
2、精度不高。鉴于解调对数放大器本身线性度的问题，在大信号与小信号放大区出现拐点现象，这样在实际使用中基于其自身的输出范围偏小而又存在拐点的问题，就会出现小信号时监测精度不高。
3、增加功耗。因为解决对数放大器自身的工作电流就有20多mA，这样就会增加整个光模块的功耗。
高速镜像电路检测方式是采用专用镜像芯片或单高速对管镜像电路方式，将APD产生的光电流进行比例镜像获得镜像电流，再对此电流进行采样保持输出。但是此电路的问题在于：考虑到输入光的功率范围及输入的最小光功率<-28dBm，这样采样电阻不可能很大，在接收小光功率时输出的电压过小；同时在实际使用中，基于突发时间的现实问题，此处的RC时间常数不能过大，不然会引起因为采样电平建立时间过长而无法实现大动态范围内完成对小接收光功率的真实采样，这样此采样电阻与保持电容会更小。由上，在小光功率段的采样分辨率必然会下降，引起了采样精度不高。
此外，射频功率检测电路输出的电平或高速镜像电路产生的采样电平中具有一定幅度的噪声，当此电平较小时，噪声将对后续的监测精度产生非常明显的，造成监测结果不够理想。
如图1所示为目前的突发性接收光功率监控机的原理图，图2是目前突发性接收光功率监控时序图。如图1所示，目前的接突发性接收光功率监控机包括接收光组件、主快速镜像电路、采样保持电路和微控制单元等主要单元组成，接收光组件输出的信号经主快速镜像电路后进入采样保持电路和微控制单元。
对一些系统厂商将此精度提高到±1dBm，简单使用上面的技术方案就难以满足如此高精度的要求。
发明内容
本发明的目的是公开一种复位电流补偿式突发性接收光功率监控机。
本发明的技术方案是：一种复位电流补偿式突发性接收光功率监控机，包括接收光组件、主快速镜像电路、采样保持电路和微控制单元，所述的接收光组件将接收到的光信号转换成光电流，经主快速镜像电路产生的镜像电流由所述采样保持电路采样输出到所述的微控制单元进行处理；还包括快速复位电流补偿电路，所述的快速复位电流补偿电路对主快速镜像电路的镜像电流进行补偿。
进一步的，上述的复位电流补偿式突发性接收光功率监控机中：所述的快速复位电流补偿电路包括由第一三极管和第二三极管组成的快速镜像对管、第一镜像比例电阻，第二镜像比例电阻，第一电流补偿电阻，第二电流补偿电阻，瞬态电压抑制器，由一个复位信号控制的快速模拟开关；
所述的第一三极管和第二三极管基极相连，发射极分别通过第一镜像比例电阻和第二镜像比例电阻接所述的雪崩二极管的工作电压，所述的第二三极管的集电极通过第一电流补偿电阻接所述的瞬态电压抑制器的阴极，所述的瞬态电压抑制器的阳极通过所述的第二电流补偿电阻接地，所述的快速模拟开关并接在第二电流补偿电阻两端，所述的第一三极管的集电极接所述的接收光组件的雪崩二极管输入端。
进一步的，上述的复位电流补偿式突发性接收光功率监控机中：所述的复位信号是外部复位信号或者由外部触发信号通过复位信号产生器产生的内部复位信号。
进一步的，上述的复位电流补偿式突发性接收光功率监控机中：所述的复位信号产生器包括或非逻辑门，所述的或非逻辑门的一路输入端与外部触发信号相连，另一路输入端所接的信号为为所述的外部触发信经过延迟器延时以后的信号，其输出端所产生的信号为内部复位信号。
进一步的，上述的复位电流补偿式突发性接收光功率监控机中：所述的采样保持电路是在采样触发信号的触发下进行采样的，所述的采样触发信号为外部直接提供的外部触发信号或者由外部触发信号通过采样触发信号生成电路产生。
进一步的，上述的复位电流补偿式突发性接收光功率监控机中：所述的采样触发信号生成电路包括逻辑门，电平长度提取环节；所述与逻辑门一个输入端与所述电平长度提取环节输出端相连接，另一输入端连接外部触发信号；所述电平长度提取环节输入端接收光信号的快速告警指示信号；所述与逻辑门输出端的信号为采样触发信号。
进一步的，上述的复位电流补偿式突发性接收光功率监控机中：所述的接收光组件包括雪崩二极管和跨阻放大器；跨阻放大器的输入端接所述雪崩二极管的阳极，所述雪崩二极管的阴极输入为所述的光电流。
进一步的，上述的复位电流补偿式突发性接收光功率监控机中：所述采样保持电路，为高关采样，低开保持电路。
本发明的通过在现有的突发性接收光功率监控机中增加快速复位电流补偿电路，对接收光组件将接收到的光信号转换成的差分电压信号进行补偿后，可以满足一些系统厂商将精度提高到±1dBm的要求。
下面结合具体实施例对本发明作较为详细的描述。
附图说明
图1为目前的突发性接收光功率监控机原理图。
图2为图1目前突发性接收光功率监控时序图。
图3为本发明实施例1原理框图。
图4为实施例1突发性接收光功率监控时序图。
图5为本发明实施例2原理框图。
图6为实施例2突发性接收光功率监控时序图。
图7为快速复位电流补偿电路原理图。
图8为复位信号生成电路原理图。
图9是触发信号生成电路原理图。
具体实施方式
实施例1的原理图如图3所示，本实施例是一种复位电流补偿式突发性接收光功率监控机，和目前的突发性接收光功率监控机不同，本实施例的复位电流补偿式突发性接收光功率监控机包括接收光组件、主快速镜像电路、采样保持电路和微控制单元，接收光组件将接收到的光信号转换成光电流，经主快速镜像电路产生的镜像电流由所述采样保持电路采样输出到所述的微控制单元进行处理；不同的是本实施例中还包括快速复位电流补偿电路，本快速复位电流补偿电路对接收光组件将接收到的光信号转换成的镜像电流进行补偿。
本实施例中快速复位电流补偿电路如图5所示，包括由第一三极管Q1和第二三极管Q2组成的快速镜像对管、第一镜像比例电阻R1，第二镜像比例电阻R2，第一电流补偿电阻R3，第二电流补偿电阻R4，瞬态电压抑制器D1，由复位信号控制的快速模拟开关K1；
第一三极管Q1和第二三极管Q2基极相连，发射极分别通过第一镜像比例电阻R1和第二镜像比例电阻R2接雪崩二极管D2的工作电压，第二三极管Q2的集电极通过第一电流补偿电阻R3接瞬态电压抑制器D1的阴极，瞬态电压抑制器D1的阳极通过第二电流补偿电阻R4接地，快速模拟开关K1并接在第二电流补偿电阻R4两端，第一三极管Q1的集电极接所述的接收光组件的雪崩二极管输入端。
本实施例中，采样触发信号由外部触发信号通过采样触发信号生成电路产生。采样触发信号生成电路如图7所示包括逻辑门，电平长度提取环节；逻辑门一个输入端与电平长度提取环节输出端相连接，另一输入端连接外部触发信号；电平长度提取环节输入端接收光信号的快速告警指示信号；所述与逻辑门输出端的信号为采样触发信号。
本实施例中，复位信号是触发信号利用复位信号产生器产生的内部复位信号。复位信号产生器如图6所示，包括或非逻辑门，所述的或非逻辑门的一路输入端与外部触发信号相连，另一路输入端所接的信号为为所述的外部触发信经过延迟器延时以后的信号，其输出端所产生的信号为内部复位信号。本实施例中采样保持电路，为高关采样，低开保持电路。
本实施例可以满足本专利中所提出的新的突发性接收光功率监控时序如图4所示。
实施例2，如图5所示，本实施例与实施例1的区别是采用外部触发信号作为采样触发信号，并使用外部的复位信号进行控制。其突发性接收光功率监控时序如图6所示。
对于目前应用突发的时序：在EPON OLT中，最小突发包长约为900ns，GPON OLT中，最小突发包长约为400ns，又因为两种OLT光模块中所使用光组件中RC时间常数问题，使得在处理每个突发包时，都要在包头部分花费一定的时间来建立对应的采样电平，这样可用于采样触发信号的位置更加靠后，采样时间长度将更少；即便如此，还是会出现因为RC时间问题，造成前一个突发包对后一个突发包的采样电平建立的影响。
特别是在时序要求更加严格的GPON OLT中，包头将花费至少300ns的时间，采样触发信号的延时时间为30ns，采样触发信号的时间长度最小为300ns，这使得目前设计的实现变得困难，对采样电平的精度造成很大的影响。在局端OLT时进行时序设计时，余量变得很小，采样触发信号前移或后移都有可能造成采样精度的下降。如果局端OLT发出一个采样触发信号能且仅能覆盖整个目标突发包，这样就有足够的时间来完成目标突发包的电平采样，则可以大大提高突发性接收光功率监测的精度。
实施例1的时序是针对的时序的缺点而设计，意在解决采样时间过短及reset信号的问题。复位信号需要保护时间中给出，对快速复位电流补偿电路进行复位，以备接下一突发包进行采样电平建立，清除前一个突发包的遗留影响。
如图3与图4所示，外部触发信号通过采样触发生成电路，可以生成与目标突发包同步的采样触发信号，且信号时间长度可以调整，以确保最长的有效采样时间。外部触发信号通过复位生成电路在保护时间中生成复位信号，用于快速复位电流补偿电路对采样电平进行复位。
如图5与图6所示，实施例2为经过简化的复位电流补偿式突发性接收光功率监控机及目前应用较为普遍的外部复位与外部触发时序图，可以满足满足GPON OLT的设计应用。
如图3和图5所示，当复位信号在保护时间中生成输入到快速复位电流补偿电路，模拟开关闭合，这时主动镜像端的电流瞬间增大，对于快速对管的快速镜像能力，从镜像端的电流也会瞬间增大。因为在保护时间中，光组件将不会接收到光信号，此时主快速镜像电路中将遗留前一个突发包时产生的光电流，由于光组件的RC充放电问题，此电流将需要一定的时间才能消失，特别是在前一个突发包是大光，后面一个突发包是小光的情况下，在采样保持电路的输出端即可表现小光的采样电平较正常值大，误差往往大于1.5dB。为使主快速镜像电路中的遗留光电流快速消失，需要向光组件中往入一个瞬时的外部大电流，满足光组件中RC常数对充电电荷的要求，消除主快速镜像电路的主输出端对光组件的电荷注入及镜像输出端镜像电流，从而复位采样保持电路中采样电阻上的电平。快速复位电流补偿电路的复位能力可以通过调节第一补偿电阻来实现。
在EPON OLT光模块中，并无外部复位信号，故需要模块内部自动生成复位信号。如图6所示，在实施例1的时序下，利用外部触发信号的上升沿在保护时间中，生产一个可以调整时间宽度的复位信号。在GPON OLT光模块中，由于有外部保护时间复位信号，所以复位生成电路可以省略。
如图7所示，利用OLT光模块产生的LOS/SD信号进行信号提取，可以生成一个同步的宽度可以调整的脉宽信号，在外部触发有效的情况下，输出作为采样触发输入给采样保持电路。在GPON OLT光模块中，因为外部trigger的时延较小，对采样时间影响不大，所以此部分电路也可以省略。
在一般的设计中，都会为主快速镜像电路提供一个预偏置电路，提供稳定的预偏置电流，以提高主快速镜像电路的工作速度。一般的预偏置电路是使用三极管做恒流源，可以避免三温下的预偏置电流的变化，电路结构相对复杂。而本发明中，因为快速复位电流补偿电路具有预偏置电流补偿功能，对主快速镜像电路的主输出端的预偏电路就只需要一个预偏置电阻。在不同温度下，雪崩二极管工作电压不同，导致此预偏置电阻产生的预偏置电流也会不同，可是由于快速复位电流补偿电路在同样雪崩二极管工作电压下产生预偏置电流，可以抵消因为雪崩二极管工作电压变化而在主快速镜像电路镜像输出端输出的镜像预偏置电流的变化。
此外，对于采样保持电路的储能保持电容，一般设计中，受限于触发信号时间长度，特别是GPON OLT中，这个电容值较小，只有几十pF，这对于采样电平的滤波效果不大，所以采样电平的噪声一般比较大。在本发明中，因为有快速复位电流补偿电路的存在，所以此电容值可以增加一个数量级，从而增加采样电平的的稳定度，提高采样保持电路的输出精度。
Claims (7)
1.一种复位电流补偿式突发性接收光功率监控机，包括接收光组件、主快速镜像电路、采样保持电路和微控制单元，所述的接收光组件将接收到的光信号转换成光电流，经主快速镜像电路产生的镜像电流由所述采样保持电路采样输出到所述的微控制单元进行处理；其特征在于：还包括快速复位电流补偿电路，所述的快速复位电流补偿电路对主快速镜像电路的镜像电流进行补偿；
所述的快速复位电流补偿电路包括由第一三极管(Q1)和第二三极管(Q2)组成的快速镜像对管、第一镜像比例电阻(R1)，第二镜像比例电阻(R2)，第一电流补偿电阻(R3)，第二电流补偿电阻(R4)，瞬态电压抑制器(D1)，由复位信号控制的快速模拟开关(K1)；
所述的第一三极管(Q1)和第二三极管(Q2)基极相连，发射极分别通过第一镜像比例电阻(R1)和第二镜像比例电阻(R2)接所述的接收光组件中的雪崩二极管(D2)的工作电压，所述的第二三极管(Q2)的集电极通过第一电流补偿电阻(R3)接所述的瞬态电压抑制器(D1)的阴极，所述的瞬态电压抑制器(D1)的阳极通过所述的第二电流补偿电阻(R4)接地，所述的快速模拟开关(K1)并接在第二电流补偿电阻(R4)两端，所述的第一三极管(Q1)的集电极接所述的接收光组件的雪崩二极管输入端。
2.根据权利要求1所述的复位电流补偿式突发性接收光功率监控机，其特征在于：所述的复位信号是外部复位信号或者由外部触发信号通过复位信号产生器产生的内部复位信号。
3.根据权利要求2所述的一种复位电流补偿式突发性接收光功率监控机，其特征在于：所述的复位信号产生器包括或非逻辑门，所述的或非逻辑门的一路输入端与外部触发信号相连，另一路输入端所接的信号为为所述的外部触发信经过延迟器延时以后的信号，其输出端所产生的信号为内部复位信号。
4.根据权利要求1所述的一种复位电流补偿式突发性接收光功率监控机，其特征在于：所述的采样保持电路是在采样触发信号的触发下进行采样的，所述的采样触发信号为外部直接提供的外部触发信号或者由外部触发信号通过采样触发信号生成电路产生。
5.根据权利要求4所述的一种复位电流补偿式突发性接收光功率监控机，其特征在于：所述的采样触发信号生成电路包括与逻辑门，电平长度提取环节；所述与逻辑门一个输入端与所述电平长度提取环节输出端相连接，另一输入端连接外部触发信号；所述电平长度提取环节输入端接收光信号的快速告警指示信号；所述与逻辑门输出端的信号为采样触发信号。
6.根据权利要求1所述的一种复位电流补偿式突发性接收光功率监控机，其特征在于：所述的接收光组件包括雪崩二极管和跨阻放大器；跨阻放大器的输入端接所述雪崩二极管的阳极，所述雪崩二极管的阴极输入为所述的光电流。
7.根据权利要求6所述的一种复位电流补偿式突发性接收光功率监控机，其特征在于：所述采样保持电路，为高关采样，低开保持电路。
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