CN102437876B - 用于无源光网络中olt光模块的rssi电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于无源光网络中OLT光模块的RSSI电路，该RSSI电路包括可调高压发生器及镜像电路，该可调高压发生器的输出端连接该镜像电路的输入端，该镜像电路具有两输出通道，分别为主通道和次通道，该主通道输出电流I1给OLT的雪崩光电二极管提供反向的工作偏压，该次通道输出镜像电流I2，该次通道连接有信号采集单元，该信号采集单元对强光与弱光信号进行采集并将信号传输给单片机。本发明的突出优点是：不论是检测弱光还是检测强光，处理电路都能得到足够大的信号幅度，解决了PON中OLT模块RSSI大动态检测的问题，保证OLT模块在整个光功率区间内RSSI的检测精度。
Description
技术领域
本发明有关一种光模块的RSSI（Received Signal Strength Indication，接收的信号强度指示）电路，特别是指一种用于PON（Passive Optical Network，无源光网络）中光线路终端（Optical Line Terminal，OLT）光模块的RSSI电路。
背景技术
在光纤通信接入网的演进中，FTTH（光纤到户）是今后若干年内要达到的目标。用一根细如发丝的光纤，满足每个用户的双向信息传输，无论是打电话、传数据还是看视频，不论你是在家还是在办公室，这一切都可在一根光纤上实现。
目前，光纤接入网采用一种无源光网络（Passive Optical Network，PON）：在局内引出一根光纤，从局内送出的光信号，通过一个光分路器，可把这路光信号分成8路、16路、…128路，分出的每一路信号分别送到每一个用户的家里，用户所需的信息均由局端以广播方式连续发送出来（称为下行信号）；对于各个用户需要发出的信息（上传），则采用时间分隔的方式，以突发光包的形式向局端汇集（称为上行信号），这两种相反方向的光信号以不同的光波长各自独立地在同一光纤中传输。因此在以上光纤线路的两头需要配置不同的光收发模块，在局端使用的称为OLT，在用户端使用的称为ONU（Optical Network Unit，光网络单元），在无源光网络中，一个OLT可以带许多个ONU。在网络的运营中，局端为了实时监控整个PON的运行情况，对所用的OLT光模块要求具备以下功能：实时检测它接收到的来自各个ONU的光功率的大小，也就是具有突发的RSSI功能。由于各个用户（ONU）距离局端（OLT）的物理距离远近差异很大，所以OLT接收到的来自各个用户的突发光包的光功率大小是随机的。
在光模块行业内，对于RSSI电路图设计方案大体上可分为两类，一类是单信号法，它用一个取样电阻，或是用一个跨阻放大器，这种设计的缺点是电路检测光功率的动态范围不足，对于弱光和强光的检测不能两头兼顾。另一种设计是双信号取样，分别用两个取样电阻，或是用两个跨阻放大器，这样做虽然可以兼顾弱光和强光的检测，但它需要用到镜像比不同的双输出镜像电路，并且它对小信号处理的带宽总显得不足，所以对较短的突发光包的检测精度会变得很差，甚至于无法检测。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种具有大动态检测范围且检测精度高的用于无源光网络中OLT光模块的RSSI电路。
为达到上述目的，本发明提供一种用于无源光网络中OLT光模块的RSSI电路，该RSSI电路包括可调高压发生器及镜像电路，该可调高压发生器的输出端连接该镜像电路的输入端，该镜像电路具有两输出通道，分别为主通道和次通道，该主通道输出电流I1给OLT光模块的雪崩光电二极管提供反向的工作偏压，该次通道输出镜像电流I2，该次通道连接有信号采集单元，该信号采集单元对强光与弱光信号进行采集并将信号传输给单片机。
所述镜像电流I1和I2之间的电流比例在10:3和10:10之间。
所述信号采集单元包括有取样电阻R1、取样电阻R2、运算放大器OP1、运算放大器OP2、运算放大器OP3及运算放大器OP4，所述镜像电路的次通道连接该取样电阻R1的一端，该取样电阻R1的另一端连接取样电阻R2，取样电阻R2的另一端接地，所述镜像电路的次通道同时连接该运算放大器OP1的同相输入端，取样电阻R1与取样电阻R2之间连接运算放大器OP3的同相输入端，运算放大器OP1的反相输入端与其输出端连接，运算放大器OP3的反相输入端与其输出端连接，运算放大器OP1的输出端连接一模拟电子开关SW1的一端，该模拟电子开关SW1的另一端连接运算放大器OP2的同相输入端，运算放大器OP3输出端连接一模拟电子开关SW2的一端，该模拟电子开关SW2的另一端连接运算放大器的OP4的同相输入端，运算放大器OP2的反相输入端连接其输出端，运算放大器OP4的反相输入端连接其输出端，运算放大器OP2与运算放大器OP4的输出端分别连接所述单片机，运算放大器OP2与运算放大器OP4的同相输入端连接有采样保持电容C1与采样保持电容C2，该C1与C2的另一端接地。
所述模拟电子开关SW1与SW2的通断状态是由系统发出的触发脉冲信号控制，该触发脉冲信号的电平为低压TTL电平或CMOS电平。
所述取样电阻R1两端并联有保护电路，用以保护所述运算放大器OP1的同相输入端。
所述保护电路由场效应晶体管、齐纳二极管及调整电阻R3构成，所述运算放大器OP1的同相输入端连接该齐纳二极管的阴极与该场效应晶体管的漏极，该齐纳二极管的阳极与该场效应晶体管的栅极之间连接该调整电阻R3，该场效应晶体管的源极连接所述运算放大器OP3的同相输入端。
所述可调高压发生器连接3.3V直流电源，所述可调高压发生器输出的电压是用脉宽调制方式进行DC—DC升压变换。
所述运算放大器OP1、OP2、OP3、OP4为四个单独的单运放芯片或集成在一起的双运放或四运放芯片。
所述模拟电子开关SW1与SW2为两个单独的单开关芯片或集成在一起的双开关芯片。
本发明的突出优点是：不论是检测弱光还是检测强光，处理电路都能得到足够大的信号幅度，解决了PON中OLT模块RSSI大动态检测的问题，保证OLT模块在整个光功率区间内RSSI的检测精度。
附图说明
图1为本发明无源光网络中OLT光模块的RSSI电路的原理框图；
图2为本发明无源光网络中OLT光模块的RSSI电路的结构示意图；
图3为本发明中的保护电路的电路图。
具体实施方式
为便于对本发明的电路结构及达到的效果有进一步的了解，现结合附图并举较佳实施例详细说明如下。
如图1与图2所示，本发明的RSSI电路包括可调高压发生器1及镜像电路2，该可调高压发生器1以3.3V直流作为它的供电电源，可调高压发生器1输出几十伏的直流电压，高压的大小由当时温度下的APD（雪崩光电二极管）特性决定，高压的具体调整可以用可调电阻、数字电位器或单片机。
可调高压发生器1的输出端连接到镜像电路2的输入端，镜像电路2具有两输出通道，分别为主通道和次通道，该主通道输出电流I1给APD提供反向的工作偏压，电流I1的值即为APD的光电流值，镜像电路2的次通道输出镜像电流I2，I1和I2之间的电流比例关系可根据需要在10:3和10:10之间设定。
该镜像电路2的次通道连接有信号采集单元3，当OLT光模块中的APD接收到一个突发光包时，和光信号相对应的电流I1就是一个突发电流包，由于I1和I2之间的电流比例关系，I1的镜像电流I2也是一个突发电流包，因此镜像电流I2的大小能体现OLT光模块接收到的光功率的大小。本发明中的信号采集单元3包括有取样电阻R1、取样电阻R2、运算放大器OP1、运算放大器OP2、运算放大器OP3及运算放大器OP4，镜像电路2的次通道连接取样电阻R1的一端，取样电阻R1的另一端连接取样电阻R2，取样电阻R2的另一端接地，镜像电路2的次通道同时连接运算放大器OP1的同相输入端，取样电阻R1与取样电阻R2之间连接运算放大器OP3的同相输入端，运算放大器OP1的反相输入端与输出端连接，运算放大器OP3的反相输入端与输出端连接，运算放大器OP1的输出端连接一模拟电子开关SW1的一端，该模拟电子开关SW1的另一端连接运算放大器OP2的同相输入端，运算放大器OP3输出端连接一模拟电子开关SW2的一端，该模拟电子开关SW2的另一端连接运算放大器的OP4的同相输入端，运算放大器OP2的反相输入端连接其输出端，运算放大器OP4的反相输入端连接其输出端，运算放大器OP2与OP4的输出端分别连接单片机4。本发明中的运算放大器OP1、OP2、OP3及OP4接成了缓冲器，用来对前后电路进行隔离，以改善电路的整体响应带宽。运算放大器OP2与OP4的同相输入端连接有采样保持电容C1与采样保持电容C2，C1与C2的另一端接地。当镜像电流I2流经取样电阻R1与R2时，得到两个相位相同而幅度不同的正向脉冲电压，电压信号分别送给后续电路进行处理。因取样电阻R1的电阻值大于R2的电阻值，总的电阻值R1+R2更大于电阻值R2，所以在检测弱光时和R1相连的运算放大器OP1能得到较大的脉冲信号电压，更利于后续的处理，R1用来检测弱光。在光信号较强时，R1上的脉冲电压已太大，而R2上的脉冲电压已较大，利于处理，R2用以检测较强的光。
模拟电子开关SW1和SW2是相同的开关，它可以是常开型的，也可以是常闭型的，当OLT需要检测接收的实时光功率时，系统按特定的时序给OLT光模块发出一个触发脉冲信号（Trig.信号），使SW1和SW2闭合（或断开），这时OP1的输出信号就给采样保持电容C1充电，运算放大器OP3的输出信号就给采样保持电容C2充电。模拟电子开关SW1与SW2的通断状态是由触发脉冲控制的，控制脉冲的电平为低压TTL电平或CMOS电平。当触发脉冲信号（Trig.信号）结束时，模拟电子开关SW1和SW2复位，电路前后失去联系，先前给采样保持电容C1和C2所充的电压就可以保持mS量级的时间。采样保持电容C1和C2在充电时，运算放大器OP1与OP3分别驱动C1与C2，使C1与C2快速充电。
采样保持电容C1和C2上保持的电压大小代表被OLT接收到的光功率的大小，被保持的电压经运算放大器OP2和OP4缓冲后送给单片机4，单片机4对两路信号进行AD转换，然后对数据分别进行处理并输出光功率值，单片机4根据所设定的门限值来判断所处理的数据是代表强光功率还是弱光功率。
可调高压发生器1输出的电压是用脉宽调制（PWM—Pulse Width Modulation）方式进行DC—DC升压变换的，变换用的升压IC芯片可以是MAX5026、MAX15059、LT3571、LT1930、MIC2290、MIC2288、MP3217等Boost Converter和DC-DC Converter芯片。本发明中的镜像电路2是由高反压硅PNP型对管构成，例如NXP公司的BCM856系列、BCM857系列、BCM62系列、PMP5201系列等，镜像电路2也可以用升压IC芯片中的监控电流，如LT3571、MAX15059等。
本发明中的运算放大器OP1、OP2、OP3、OP4可以是四个单独的单运放芯片或者是集成在一起的四运放芯片，其中OP1与OP3可为集成在一起的双运放芯片，OP2与OP4可为集成在一起的双运放芯片。模拟电子开关SW1与SW2可以是两个单独的单开关芯片，也可以是一个双开关芯片，
本发明RSSI电路的取样电阻R1两端还并联有保护电路5，专门用来保护运算放大器OP1的同相输入端，使OP1的同相输入端不致过压而损坏。如图3所示，保护电路5由硅FET（场效应晶体管）T、齐纳二极管D及调整电阻R3构成。运算放大器OP1的同相输入端连接齐纳二极管D的阴极与场效应晶体管T的漏极，齐纳二极管D的阳极与场效应晶体管T的栅极之间连接调整电阻R3，场效应晶体管T的源极连接运算放大器OP3的同相输入端。其中场效应晶体管T也可以是硅NPN型BJT（双结晶体管）。当检测强光时，保护电路5能有效地旁路OP1的输入信号，从而达到保护OP1的目的。
本发明的突出优点是：不论是检测弱光还是检测强光，处理电路都能得到足够大的信号幅度，解决了PON中OLT模块RSSI大动态检测的问题，保证OLT模块在整个光功率区间内RSSI的检测精度。本发明中RSSI电路可用于GPON（Gigabit-Capable PON，吉比特无源光网络）OLT和EPON（Ethernet PON，以太网无源光网络）OLT光模块。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于无源光网络中OLT光模块的RSSI电路，其特征在于，该RSSI电路包括可调高压发生器及镜像电路，该可调高压发生器的输出端连接该镜像电路的输入端，该镜像电路具有两输出通道，分别为主通道和次通道，该主通道输出镜像电流I1给OLT光模块的雪崩光电二极管提供反向的工作偏压，该次通道输出镜像电流I2，该次通道连接有信号采集单元，该信号采集单元对强光与弱光信号进行采集并将信号传输给单片机；
所述信号采集单元包括有取样电阻R1、取样电阻R2、运算放大器OP1、运算放大器OP2、运算放大器OP3及运算放大器OP4，所述镜像电路的次通道连接该取样电阻R1的一端，该取样电阻R1的另一端连接取样电阻R2，取样电阻R2的另一端接地，所述镜像电路的次通道同时连接该运算放大器OP1的同相输入端，运算放大器OP3的同相输入端连接至串联连接的取样电阻R1与取样电阻R2的公共端子，运算放大器OP1的反相输入端与其输出端连接，运算放大器OP3的反相输入端与其输出端连接，运算放大器OP1的输出端连接一模拟电子开关SW1的一端，该模拟电子开关SW1的另一端连接运算放大器OP2的同相输入端，运算放大器OP3输出端连接一模拟电子开关SW2的一端，该模拟电子开关SW2的另一端连接运算放大器的OP4的同相输入端，运算放大器OP2的反相输入端连接其输出端，运算放大器OP4的反相输入端连接其输出端，运算放大器OP2与运算放大器OP4的输出端分别连接到内部具有模拟/数字转换功能的单片机输入端子，运算放大器OP2与运算放大器OP4的同相输入端连接有采样保持电容C1与采样保持电容C2，该C1与C2的另一端接地。
2.如权利要求1所述的用于无源光网络中OLT光模块的RSSI电路，其特征在于，所述镜像电流I1和I2之间的电流比例在10:3和10:10之间。
3.如权利要求1所述的用于无源光网络中OLT光模块的RSSI电路，其特征在于，所述模拟电子开关SW1与SW2的通断状态是由系统发出的触发脉冲信号控制，该触发脉冲信号的电平为低压TTL电平或CMOS电平。
4.如权利要求1所述的用于无源光网络中OLT光模块的RSSI电路，其特征在于，所述取样电阻R1两端并联有保护电路，用以保护所述运算放大器OP1的同相输入端。
5.如权利要求4所述的用于无源光网络中OLT光模块的RSSI电路，其特征在于，所述保护电路由场效应晶体管、齐纳二极管及调整电阻R3构成，所述运算放大器OP1的同相输入端连接该齐纳二极管的阴极与该场效应晶体管的漏极，该齐纳二极管的阳极与该场效应晶体管的栅极之间连接该调整电阻R3，该场效应晶体管的源极连接所述运算放大器OP3的同相输入端。
6.如权利要求1所述的用于无源光网络中OLT光模块的RSSI电路，其特征在于，所述可调高压发生器连接3.3V直流电源，所述可调高压发生器输出的电压是用脉宽调制方式进行DC—DC升压变换。
7.如权利要求1所述的用于无源光网络中OLT光模块的RSSI电路，其特征在于，所述运算放大器OP1、OP2、OP3、OP4为四个单独的单运放芯片或集成在一起的双运放或四运放芯片。
8.如权利要求1所述的用于无源光网络中OLT光模块的RSSI电路，其特征在于，所述模拟电子开关SW1与SW2为两个单独的单开关芯片或集成在一起的双开关芯片。
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