CN102594458B - 光控自动增益控制电路及控制电压的算法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光控自动增益控制电路及控制电压的算法，该电路包括光电检测电路、运算放大电路、一组运算放大电路、一组二极管和可控衰减模块，用一组运算放大器实现10dB光功率变化范围内的射频AGC控制，控制精度在±1d B以内，能够满足光接收机的设计需求，本发明与单片机电路相比，价格低廉，稳定可靠，不会对射频回路产生干扰；控制电压的算法为：Vcon＝(a-b×m)-20×b×Log(k×V1)。

Description

光控自动增益控制电路及控制电压的算法

技术领域

本发明涉及一种光控自动增益控制电路，属于有线电视网络技术领域。本发明还涉及上述控制电路控制电压的算法。

背景技术

随着广电双向化网络改造的深入推进、三网融合的快速发展、光纤的进一步前移，

目前国内有很多城市已经逐步实现FTTB(光纤到楼栋)，甚至已经有城市在做FTTH(光纤到户)的小区试点。这样在整个光网络中，每个光节点的距离就会很难做到一致，不同光节点的接收光功率会在一定范围内变化，光接收机的输出电平也会随着光功率而变化，会影响后级链路和终端用户的使用。传统的HFC网络设备一般是没有AGC电路的，通过更换不同的衰减插片来实现不同光功率输入情况下的输出信号电平控制，但随着光节点的前移，在网络中的光接收机的量在不断增多，实际操作比较麻烦。所以需要在光接收机里加一个自动增益控制(AGC)电路，以实现在不同光功率接收的情况下能够输出相对恒定的信号电平。

目前，很多设备生产商已经在光接收机内添加了AGC电路，AGC电路的实现方式主要有以下两种。

第一种是基于射频检波的闭环控制AGC电路，如图1所示，在射频回路输出端通过射频分支器将射频信号取出，经射频检波电路后转换为电压值，AD转换后送入MCU控制算法模块，由MCU判断当前射频电平值与设定基准值的差异，并通过算法得出衰减量的数据，再经DA转换成电压值后控制可控衰减模块，从而实现对射频的自动增益控制。

第二种是基于光功率检测的开环控制AGC电路，如图2所示，在光电检测管端取出与接收光功率成线性关系的电压值，AD转换后送入MCU控制算法模块，由MCU判断当前接收光功率值与设定基准值的差异，并通过算法得出衰减量的数据，再经DA转换成电压值后控制可控衰减模块，从而实现对射频的自动增益控制。

上述两种AGC控制电路中，核心部分都是MCU控制算法模块和AD/DA转换器，一般通过单片机及其外围电路实现，AGC控制精度比较高。但是，由于单片机都需要晶振作为时钟源，一般在几MHZ到几十MHZ，而且AD/DA转换器与单片机间也以TTL方波通讯，通讯波的高频谐振频谱也比较宽，这些都会对射频回路产生干扰，在密封的光接收机空间内很难消除。而且，由于光节点的前移到楼栋(FTTB)，很多光节点都是直接带终端用户，光接收机的需求大量增多，使得各有线台对光接收机的成本控制比较严格。单片机及其外围电路、AD/DA转换器等价格比较贵，会使得光接收机成本上升。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种光控自动增益控制电路，该电路硬件实现成本低，而且稳定可靠，不会对射频回路产生干扰。本发明还提供上述控制电路控制电压的算法。

为了解决上述的技术问题，本发明的光控自动增益控制电路包括：

光电检测电路，对光接收机的输入光功率进行检测，输出相应电压值V1；

运算放大电路，对光电检测电压值V1进行比例放大，输出电压值作为后级运算放大器的输入电压值V11；

一组运算放大电路，分别对前级电压值V11进行比例放大；

一组二极管D2、D3……Dn，P极连接在上述一组运算放大电路中各运算放大电路的输出端，N极短接作为可控衰减模块的控制电压Vcon；

可控衰减模块，由控制电压Vcon来控制模块的衰减量。

所述可控衰减模块内部电路由一组或多组PIN管实现。

本发明光控自动增益控制电路控制电压的算法用公式表示为：Vcon＝(a-b×m)-20×b×Log(k×V1)，式中a、b、m、k都是常量，V1为光电检测电路的输出电压值。

常量k是光电管检波电路的固定参数，不同的光电管检波电路的k值会有不同。

常量m与光控AGC范围有关，不同的光控AGC范围要求对应不同的m值。

常量a、b和光控AGC范围和实现光控AGC的运算放大器个数有关，不同的光控AGC范围和曲线分段方式会对应不同的a、b值。

但是对于已定的光电管检波电路、光控AGC范围和光控AGC曲线分段方式来说，k、m、a、b值是常量。

本发明电路能实现10dB光功率变化范围内的射频AGC控制，控制精度在±1dB以内，能够满足光接收机的设计需求。用运算放大器实现AGC电路，与单片机电路相比，不仅价格低廉，而且稳定可靠，不会对射频回路产生干扰。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为用MCU实现的基于射频检波的AGC电路示意图；

图2为用MCU实现的基于光功率检测的AGC电路示意图；

图3为用一组运算放大器实现的基于光功率检测的AGC电路示意图；

图4为本发明中的基于光功率检测的AGC电路的算法示意图；

图5为用一组运算放大器实现基于光功率检测的AGC电路算法的具体方法；

图6为AGC电路中单个运算放大器的具体电路。

具体实施方式

如图3所示，光控自动增益控制电路主要包含以下几个部分：

一个光电检测电路，对光接收机的输入光功率进行检测，输出相应电压值V1；

一个运算放大电路，对光电检测电压值V1进行一定比例放大，输出电压值作为后级运算放大器的输入电压值V11；

一组n个(n≥1)运算放大电路，分别对前级电压值V11进行一定比例放大，分段模拟Vcon-V1的对数曲线，分别输出电压值V22、V33……Vnn，图中V2、V3……Vn分别为各个运算放大电路的基准电压；

一组n个(n≥1)二极管D2、D3……Dn，P极连接在各个运算放大电路的输出端，N极短接作为可控衰减模块的控制电压Vcon，可以得出Vcon＝MAX(V22、V33……Vnn)-Vd，Vd为二极管的压降，可以作为常量加入到Vcon-V1曲线算法中。由图5中可以看出，Vcon-V1曲线中的每个点都可近似为各条AGC直线中相同横坐标的对应函数值的最大值。

一个可控衰减模块，由控制电压Vcon来控制模块的衰减量，可实现在10dB光功率变化范围内的射频AGC控制，控制精度在±1dB以内。模块内部电路可以由一组或多组PIN管实现。

如图4所示，在光接收机中，光电管的接收光功率P1与光电管检测电压V1成正比关系P1＝k×V1，系数k为光电管的固有特性；P2值为接收光功率P1的对数值P2＝10×Log(P1)；可控衰减模块的衰减量Δ与接收光功率P2值关系为Δ＝m+2×P2，常量m为可控衰减模块的基准衰减量，在可控范围内，接收光功率越高，衰减量越大；在可控衰减模块自身线性指标较好的衰减范围内，控制电压Vcon与衰减量Δ近似关系为Vcon＝a-b×Δ，a、b值在可控衰减模块的某段范围内为常量，不同的可控衰减模块的a、b值也不相同，Vcon与Δ的变量关系可以通过对可控衰减模块的实际测试后得出。

由上述算法最终可得出Vcon＝(a-b×m)-20×b×Log(k×V1)，式中a、b、m、k都是常量，Vcon与V1的曲线为对数函数，如图5中的粗实线。

常量k是光电管检波电路的固定参数，不同的光电管检波电路的k值会有不同。

常量m与光控AGC范围有关，不同的光控AGC范围要求对应不同的m值。

常量a、b和光控AGC范围和实现光控AGC的运算放大器个数有关，不同的光控AGC范围和曲线分段方式会对应不同的a、b值。

但是对于已定的光电管检波电路、光控AGC范围和光控AGC曲线分段方式来说，k、m、a、b值是常量。

用运算放大器实现的电压间转换一般都是线性关系，曲线为直线。本发明中将Vcon-V1的对数曲线分解为n段曲线(n≥1)，每段曲线用直线近似代替，而这些n段直线可以用n个运算放大器实现。一般来说，当n＝4时就能近似模拟光功率接收范围10dB左右的Vcon-V1曲线，也就是说，用一组4个运算放大器就能实现10dB光功率变化范围内的射频AGC控制，控制精度可做到±1dB以内，电路简单容易实现，而且运算放大器的可靠性也比较高。

如图5所示，Vcon随V1的增大而减小的对数曲线，分段后曲线的近似直线函数y＝kx+b中，k<0，b>0，可以用运算放大器通过图6的电路实现，计算可得出Vout＝-Vin×R2/R1+Vref×(R1+R2)/R1。

上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种光控自动增益控制电路，其特征在于包括：

光电检测电路，对光接收机的输入光功率进行检测，输出相应电压值V1；

运算放大电路，对光电检测电压值V1进行比例放大，输出电压值作为后级运算放大器的输入电压值V11；

一组运算放大电路，分别对前级电压值V11进行比例放大；

一组二极管D2、D3……Dn，二极管P极连接在上述一组运算放大电路中各运算放大电路的输出端，N极短接作为可控衰减模块的控制电压Vcon；

可控衰减模块，由控制电压Vcon来控制模块的衰减量。

2.根据权利要求1所述的光控自动增益控制电路，其特征在于：所述可控衰减模块内部电路由一组或多组PIN管实现。