CN102510309A - 电信号远程传输的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电信号远程传输的装置及其方法，本发明由发送模块和接收模块组成。发送模块由光信号输出接口、激光器、调制驱动器、第一增益调节电路、合路器、电信号输入接口、第一幅度检测器、第一控制单元、幅度调节及幅度检测、本振信号组成。接收模块由光信号输入接口、驱动及控制检测单元、探测器、第二增益调节电路、电信号输出接口、本振幅度检测器、第二控制单元、幅度检测器组成。本发明直接传输电信号的频率和幅度的装置，尽可能减少模数、数模转换的次数，更加准确的反应原始电信号的各种信息。针对电信号的频率和幅度直接调制成光信号，并将调制光信号在远端直接恢复成原始电信号的频率和幅度。

Description

电信号远程传输的装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种电信号远程传输的方法及装置，尤其涉及一种通过光纤传输电信号的方法及装置，具体地说，涉及一种基于光纤传输电信号频率及幅度的方法及装置，可适用于数字通信及传感信号领域。 

背景技术

    通过光纤传输信号的方法及装置有很多，但大部分都是通过数字光收发模块来实现数字信号的传输，且基本只能传输指定码型、固定速率的数字信号，输出信号的幅度固定，不能传输各种速率的正弦波信号等反应信号频率和幅度的信号。

现在的通信传感市场中有不少对信号的频率和幅度同时远程传输的需求，以实现传感信号的远程采集，传统的解决方案就是对信号的频率和幅度在远端进行采集并数字化，但通过数字光模块将数字化信息传回处理中心，最后再进行数模转换还原信号的频率和幅度，因此，此种方式对数模、模数转换的精度要求很高。

能够将电信号的频率和幅度同时直接传输的装置将尽可能减少模数、数模转换的次数，更加准确地反应原始电信号的各种信息。

本发明装置就是针对电信号的频率和幅度直接调制成光信号，并将调制光信号在远端直接恢复成原始电信号的频率和幅度，没有对原始电信号进行模数、数模转换，较好的反应了原始电信号的各种特征。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种电信号远程传输的装置及方法，将电信号频率和幅度通过光纤传输到远端，在远端实现输入电信号频率和幅度的准确恢复。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：一种电信号远程传输的装置，包括发送模块和接受模块，所述发送模块和接受模块之间通过光纤连接，其还包括；

本振信号单元，与所述幅度调节及幅度检测单元相连，为幅度调节及幅度检测提供本振信号输入；

合路器，分别与所述幅度调节及幅度检测单元、电信号输入接口、第一增益调节电路相连，接收幅度调节及幅度检测单元输出的本振信号及电信输入接口输出的电信号，并将本振信号和电信号合路输出到第一增益调节电路；

第一控制单元，分别与调制驱动器、第一增益调节电路、第一幅度检测器、幅度调节及幅度检测单元相连，并分别对上述所连接的装置其进行ADC采样及控制；

调制驱动器，分别与第一增益调节电路、激光器、第一控制单元、第一幅度检测器相连，接收第一增益调节电路的输出信号，接收第一控制单元的偏置电流设置值，输出调制电流给激光器、输出调制电流幅度给第一幅度检测器；

所述光信号输出接口，与所述激光器相连，为激光器提供光输出接口；

所述接受模块包括：

探测器，分别与光信号输入接口、驱动及控制检测单元、第二增益调节电路相连，探测器将光信号输入接口传来的光信号进行光电转换后输出解调的电信号给第二增益调节电路，驱动及控制检测单元给探测器加载合适的偏压，以保障探测器正常工作；

第二控制单元，分别与驱动及控制检测单元、第二增益调节电路、本振幅度检测器、第二幅度检测器相连，本振幅度检测器将收到的本振信号幅度转换成电压形式输出给第二控制单元，第二幅度检测器将检测到的信号强度转换成电压信号给第二控制单元，驱动及控制检测单元检测探测器的光功率并转换成电压形式给第二控制单元，第二增益调节电路受第二控制单元的控制输出电信号的幅度；

第二增益调节电路，分别与探测器、电信号输出接口、本振幅度检测器、第二控制单元、第二幅度检测器相连，第二增益调节电路将从探测器收到的电信号滤波解出本振信号后输出给本振幅度检测器，第二控制单元对驱动及控制检测单元检测电路传来的光功率电压、幅度检测电路检测到的信号强度电压和本振幅度检测器传来的本振信号电压进行ADC采样分析后，控制增益调节电路信号的输出幅度。

进一步，所述调制驱动器由宽带调制芯片、MOSFET管或高频三极管对称电路实现。

进一步，所述幅度调节与幅度检测单元包括放大器、衰减器及功率放大器，受所述第一控制单元控制来调整本振信号的输出幅度。

进一步，所述本振信号检测器由功率检测芯片或功率积分检波电路来实现。

一种电信号远程传输装置的方法，方法如下：

1）在所述发射模块中，本振信号单元产生基准信号，第一控制单元控制本振信号输入到第一增益调节电路的幅度为基准设置值，输入的电信号和本振信号合路输入到第一增益调节电路，第一增益调节电路控制输入信号的增益使其符合激光器驱动电平要求，第一控制单元控制激光器的偏置电流，第一增益调节电路的输出信号直接调制到激光器，形成带调制信号的光信号输出；

2）在所述接受模块中，探测器及第二控制单元收到发射模块通过光纤传输过来的调制光信号后，将光信号转变还原成电信号输出给第二增益调节电路，第二幅度检测器测出收到的本振信号源幅度，接收第二控制单元根据接收到的本振信号幅度，计算出电信号还原恢复所需增益，控制第二增益调节电路根据接收第二控制单元的指示来调节电信号输出幅度。

本发明达到的技术效果如下：本发明电信号远程运输的装置及其方法，直接传输电信号的频率和幅度的装置尽可能减少模数、数模转换的次数，更加准确的反应原始电信号的各种信息。而传统的传输频率和幅度的解决方案就是对电信号的频率和幅度在远端进行采集并数字化，然通过数字光模块将数字化信息传回处理中心，最后再进行数模转换还原信号的频率和幅度，因此，此种方式对数模、模数转换的精度要求很高。

本发明装置就是针对电信号的频率和幅度直接调制成光信号，并将调制光信号在远端直接恢复成原始电信号的频率和幅度，没有对原始电信号进行模数、数模转换，较好的反应了原始电信号的各种特征。

附图说明

图1为发射模块内部结构示意图；

图2为接收模块内部结构示意图。

其中：

01—光信号输出接口；              02—激光器；     

03—调制驱动器；                            04—第一增益调节电路；     

05—合路器；                  06—电信号输入接口；   

07—第一幅度检测器；               08—第一控制单元；            

09—幅度调节及幅度检测单元；    10—本振信号单元； 

11—光信号输入接口；              12—驱动及控制检测单元；

13—探测器；                            14—第二增益调节电路；      

15—电信号输出接口；              16—本振幅度检测器；            

17—第二控制单元；                  18—幅度检测器。

具体实施方式

本发明公开了一种电信号无损远程传输的方法和装置；此装置由发射和接收两部分组成，发射模块和接收模块之间通过光纤相互连接。涉及频率从低频到高频的电信号通过光纤远程传输的应用，具体的说就是将电信号通过光纤传输到远端并无失真的还原成原始幅度电信号。

本发明的目的是这样实现的：

1、设计原理

电信号远程传输装置发射模块电信号输入接口06输入的电信号可描述为：

                                                 ；

这里：

   

   

   

    

本振信号单元10输出的信号可描述为：

 ；

这里：

   

   

   

    

幅度调节及幅度检测单元09接收本振信号单元10输出的信号经幅度调节后输出的信号为设定稳定的值。

输入到合路器05的本振信号应为：

，

其中：

是设定的本振信号输出幅度；

；

为幅度调节及幅度检测单元09的调节增益。

这样输入到合路器05的信号为：

调制驱动器03给激光器02加载的调制电流可表示为：

；

其中：

K为调制效率；

    

为合路器05的增益；

    

为第一增益调节电路04的增益；

     

为第一控制单元08对调制驱动器03设定的偏置电流值；

根据激光器光电转换原理，激光器02的输出光功率可表示为：

                  

；

其中：

 

  

探测器13的响应电流可表示为：

；

其中：

激光器的输出光；

 

 激光器2与探测器13之间光传输效率；

    

  探测器的响应度。

所以, 

；

这样第二增益调节电路14的输入信号为：

其中： 

；

。

本振幅度检测器16检测的信号为：

；

通过第二控制单元17的ADC采样及计算，可以得到：

；

滤除本振信号后，第二增益调节电路14输出到电信号输出接口15的信号为

；

如果

=1，则

，即实现了电信号通过光纤的无损传输。

由于G=

=

由于

为设定的本振信号输出幅度，

为第二控制单元17的ADC采样计算值，因此我们只要设定G=

就可以使得=1，

从而使得，即可实现电信号通过光纤的无损传输。

本发明由发送模块和接收模块组成。

发送模块由光信号输出接口01、激光器02、调制驱动器03、第一增益调节电路04、合路器05、电信号输入接口06、第一幅度检测器07、第一控制单元08、幅度调节及幅度检测09、本振信号10组成。

接收模块由光信号输入接口11、驱动及控制检测单元12、探测器13、第二增益调节电路14、电信号输出接口15、本振幅度检测器16、第二控制单元17、幅度检测18组成。

各功能块如下：

01—光信号输出接口

光信号输出接口为常用光纤连接器，可选用SC、 LC、Mu等形式连接器。        

02—激光器

激光器为常用部件，根据所需传输的电信号的频率机带宽可选用相应的DFB或FP激光器；     

03—调制驱动器；

调制驱动器给激光器提供驱动电流，可由宽带调制芯片或采用ＭＯＳＦＥＴ管、高频三极管对称电路来实现。

04—第一增益调节电路；  

  第一增益调节电路由宽带放大器、可调衰减器等组成，实现输入信号的放大及增益调节。

05—合路器

信号合路常用器件，将两路输入信号合并成一路输入信号。            

06—电信号输入接口；   

电信号输入接口为常用连接器，可选用SMA、SMB、SSMB等形式连接器。

07—第一幅度检测器； 

 检测电信号的幅度，可采用功率检测芯片或功率积分检波电路来实现。

08—第一控制单元；            

控制单元为常用可编程控制芯片，可选用各种单片机、FPGA等来实现智能化运算处理。

09—幅度调节及幅度检测单元；  

由放大器、衰减器及功率检测器组成，受第一控制单元控制来调整本振信号的输出幅度。

10—本振信号单元； 

常规高频信号发生器，提供参考信号用于电信号输出幅度恢复计算。

 11—光信号输入接口；   

光信号输入接口为常用光纤连接器，可选用SC、 LC、Mu等形式连接器。

 12—驱动控制及检测单元；

为探测器偏压控制电路及相应电流检测电路，通常由常规运算放大器来实现。

 13—探测器； 

常规光电器件，可选用PIN探测器、APD探测器，要求带宽满足10GHz 带宽。

 14—第二增益调节电路；   

由放大器、衰减器及功率检测器组成，受第二控制单元控制来调整输出电信号的幅度   

 15—电信号输出接口；

电信号输入接口为常用连接器，可选用SMA、SMB、SSMB等形式连接器。

 16—本振幅度检测器；      

   检测本振信号的幅度，可采用功率检测芯片或功率积分检波电路来实现。

 17—第二控制单元； 

控制单元为常用可编程控制芯片，可选用各种单片机、FPGA等来实现智能化运算处理。         

 18—幅度检测器；

检测电信号的输出幅度，可选用可功率检测芯片或功率积分检波电路来实现

其连接关系是：

（1）发送模块：

光信号输出接口01与激光器02相连，为激光器02提供光输出接口；

本振信号10与幅度调节及幅度检测单元09相连，为幅度调节及幅度检测单元09提供信号输入；

合路器05分别与幅度调节及幅度检测单元09、电信号输入接口06、第一增益调节电路04相连，接收幅度调节及幅度检测单元09输出的本振信号及电信输入接口06输出的电信号，并将二者合路输出到第一增益调节电路04；

第一控制单元08分别与调制驱动器3、第二增益调节电路4、第一幅度检测器07、幅度调节及幅度检测单元09相连，并分别对其进行ADC采样及控制；

调制驱动器03分别与第一增益调节电路04、激光器02、第一控制单元08、第一幅度检测器07相连，接收第一增益调节电路04的输出信号，接收第一控制单元08的偏置电流设置值，输出调制电流给激光器02、输出调制电流幅度给幅度检测器07。

（2）接收模块：

探测器13分别与光信号输入接口11、驱动及控制检测单元12、第二增益调节电路14相连，探测器13将光信号输入接口11传来的光信号进行光电转换后输出解调的电信号给增益调节电路14，驱动及控制检测单元12给探测器13加载合适的偏压，以保障探测器13正常工作；

控制单元17分别与驱动及控制检测单元12、第二增益调节电路14、本振幅度检测器16、幅度检测器18相连，本振幅度检测器16将收到的本振信号幅度转换成电压形式输出给第二控制单元17，幅度检测器18电路将检测到的信号强度转换成电压信号给第二控制单元17，驱动及控制检测12电路也检测探测器13的光功率并转换成电压形式给第二控制单元17，第二增益调节电路14受第二控制单元17的控制输出电信号的幅度。

第二增益调节电路14分别与探测器13、电信号输出接口15、本振幅度检测器16、第二控制单元17、幅度检测器18相连，第二增益调节电路14将从探测器13收到的电信号滤波解出本振信号后输出给本振幅度检测器16，第二控制单元17对驱动及控制检测单元12电路传来的光功率电压、幅度检测18电路检测到的信号强度电压和本振幅度检测器16传来的本振信号电压进行ADC采样分析后，控制第二增益调节电路14信号的输出幅度。

工作原理

该装置发射模块中，基准信号源产生基准信号，MCU第一控制单元控制基准信号源输入到增益调节单元的幅度为基准设置值，输入的电信号和基准信号源合路输入到第一增益调节电路，第一增益调节电路控制输入信号的增益使其符合激光器驱动电平要求，MCU第一控制单元控制激光器的偏置电流，第一增益调节电路的输出信号直接调制到激光器，形成带调制信号的光信号输出。

该装置的接受模块中，探测器及控制电路收到发射模块通过光纤传输过来的调制光信号后，将光信号转变还原成电信号输出给增益调节单元，基准信号检波单元测出收到的基准信号源幅度，接收MCU第二控制单元根据接收到的基准信号源幅度，计算出电信号还原恢复所需增益，控制第二增益调节电路根据接收MCU控制单元的指示来调节电信号输出幅度。

这样采用本发明的装置，可以方便的实现从直流到高频的正弦波、方波等电信号无损远程传输及应用。

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 (5)

1.一种电信号远程传输的装置，包括发送模块和接受模块，所述发送模块和接受模块之间通过光纤连接，其特征在于，其还包括；

本振信号单元，与所述幅度调节及幅度检测单元相连，为幅度调节及幅度检测提供本振信号输入；

合路器，分别与所述幅度调节及幅度检测单元、电信号输入接口、第一增益调节电路相连，接收幅度调节及幅度检测单元输出的本振信号及电信输入接口输出的电信号，并将本振信号和电信号合路输出到第一增益调节电路；

第一控制单元，分别与调制驱动器、第一增益调节电路、第一幅度检测器、幅度调节及幅度检测单元相连，并分别对上述所连接的装置其进行ADC采样及控制；

调制驱动器，分别与第一增益调节电路、激光器、第一控制单元、第一幅度检测器相连，接收第一增益调节电路的输出信号，接收第一控制单元的偏置电流设置值，输出调制电流给激光器、输出调制电流幅度给第一幅度检测器；

所述光信号输出接口，与所述激光器相连，为激光器提供光输出接口；

所述接受模块包括：

探测器，分别与光信号输入接口、驱动及控制检测单元、第二增益调节电路相连，探测器将光信号输入接口传来的光信号进行光电转换后输出解调的电信号给第二增益调节电路，驱动及控制检测单元给探测器加载合适的偏压，以保障探测器正常工作；

第二控制单元，分别与驱动及控制检测单元、第二增益调节电路、本振幅度检测器、第二幅度检测器相连，本振幅度检测器将收到的本振信号幅度转换成电压形式输出给第二控制单元，第二幅度检测器将检测到的信号强度转换成电压信号给第二控制单元，驱动及控制检测单元检测探测器的光功率并转换成电压形式给第二控制单元，第二增益调节电路受第二控制单元的控制输出电信号的幅度；

第二增益调节电路，分别与探测器、电信号输出接口、本振幅度检测器、第二控制单元、第二幅度检测器相连，第二增益调节电路将从探测器收到的电信号滤波解出本振信号后输出给本振幅度检测器，第二控制单元对驱动及控制检测单元检测电路传来的光功率电压、幅度检测电路检测到的信号强度电压和本振幅度检测器传来的本振信号电压进行ADC采样分析后，控制增益调节电路信号的输出幅度。

2.如权利要求1所述的电信号远程传输装置，其特征在于，所述调制驱动器由宽带调制芯片、MOSFET管或高频三极管对称电路实现。

3.如权利要求1所述的电信号远程传输装置，其特征在于，所述幅度调节与幅度检测单元包括放大器、衰减器及功率放大器，受所述第一控制单元控制来调整本振信号的输出幅度。

4.如权利要求1所述的电信号远程传输装置，其特征在于，所述本振信号检测器由功率检测芯片或功率积分检波电路来实现。

5.如权利要求1所述的电信号远程传输装置的方法，其特征在于，方法如下：

1）在所述发射模块中，本振信号单元产生基准信号，第一控制单元控制本振信号输入到第一增益调节电路的幅度为基准设置值，输入的电信号和本振信号合路输入到第一增益调节电路，第一增益调节电路控制输入信号的增益使其符合激光器驱动电平要求，第一控制单元控制激光器的偏置电流，第一增益调节电路的输出信号直接调制到激光器，形成带调制信号的光信号输出；

2）在所述接受模块中，探测器及第二控制单元收到发射模块通过光纤传输过来的调制光信号后，将光信号转变还原成电信号输出给第二增益调节电路，第二幅度检测器测出收到的本振信号源幅度，接收第二控制单元根据接收到的本振信号幅度，计算出电信号还原恢复所需增益，控制第二增益调节电路根据接收第二控制单元的指示来调节电信号输出幅度。

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