CN102624449A - 一种信号探测器及其探测电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信号探测电器及其探测电路，本探测电路包括输入缓冲器、耦合电容器、直流偏置电路、吉尔伯特单元、积分器、比较器和阀值设定电路。本信号探测电路具有时间常数小反应速度快的优越特性，适用于多种应用环境：包括连续模式与突发模式的光纤接收器；在突发模式中，本限幅放大器信号探测电路既可应用于有清零信号的GPON-OLT系统，也适用于没有清零信号的EPON-OLT系统。

Description

一种信号探测器及其探测电路

技术领域

本发明涉及光通信设备领域，尤其涉及的是一种信号探测器及其探测电路。

背景技术

在光通信设备中，对接受器有没有接收到信号进行检测的装置叫做信号探测器。光电接收器的信号通道一般由前置跨阻放大器与限幅后置放大器两部分组成，信号探测器一般是限幅后置放大器的组成部分。传统的信号探测器一般是通过直流耦合实现，如图1所示，信号经过输入缓冲器，先将信号的平均能量(rms)或者平均电压值(直流成分)转化成代表信号强度的电流或电压量，再通过比较器3与预设量(阈值)进行比较，从而判断接收器是否接受到信号。

由于接收器的输入信号一般太弱，不易被直接探测到，一般都是经过信号放大器2放大以后才可进行探测。但是，经放大后的信号会因为放大器的参数失配而引入直流偏差，传统的直流耦合信号探测器的灵敏度会因此受前级放大器直流失配的影响而降低；另外，因为需要对输入信号进行平均值测量，即积分与平均，传统信号探测器的反应时间较长，不能用于突发信号的探测。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种信号探测器及其探测电路，旨在解决传统信号探测器的灵敏度会受前级放大器直流失配的影响而降低和传统信号探测器的反应时间较长，不能用于突发信号的探测的问题。

本发明的技术方案如下：

一种信号探测电路，其中，包括输入缓冲器、耦合电容器、直流偏置电路、吉尔伯特单元、积分器、比较器和阀值设定电路：所述输入缓冲器的输出端与所述耦合电容器的输入端连接；所述耦合电容器的输出端与所述吉尔伯特单元的输入端连接；所述吉尔伯特单元的输出端与所述比较器的输入端连接；所述直流偏置电路与所述耦合电容器的输出端连接；所述积分器与所述吉尔伯特单元的输出端连接；所述比较器的输出端与所述阀值设定电路连接；所述阀值设定电路与所述吉尔伯特单元的输出端连接。

所述的信号探测电路，其中，所述积分器包括积分电容器与电阻。

所述的信号探测电路，其中，所述阈值设定电路包括第一联动可调电流源、第二联动可调电流源、第一差分电路和第二差分电路，所述第一差分电路与第一联动可调电流源连接，所述第二差分电路与第二联动可调电流源连接。

所述的信号探测电路，其中，所述比较器的输出端与所述第一联动可调电流源或第二联动可调电流源的输入端连接。

所述的信号探测电路，其中，所述信号探测电路还包括RS触发器，所述RS触发器的S端与所述比较器的输出端连接，所述RS触发器的R端连接一个清零信号。

所述的信号探测电路，其中，所述信号探测电路还包括一级放大器，所述一级放大器的输入端与所述耦合电容器的输出端连接，所述一级放大器的输出端与所述吉尔伯特单元的输入端连接。

所述的信号探测电路，其中，所述一级放大器为差分放大器。

一种信号探测器，其中，包括上述所述的任意一项信号探测电路。

本发明的有益效果：本发明通过提供一种信号探测器及其探测电路，本信号探测电路具有时间常数小反应速度快的优越特性，适用于多种应用环境：包括连续模式与突发模式的光纤接收器；在突发模式中，本限幅放大器信号探测电路既可应用于有清零信号的GPON-OLT系统，也适用于没有清零信号的EPON-OLT系统。

附图说明

图1是传统的信号探测电路示意图。

图2是本发明信号探测电路示意图。

图3是本发明信号探测电路的阀值设定电路示意图。

图4是输入信号经过本信号探测电路的波形图。

图5是本信号探测电路应用于GPON-OLT模式下的第一种电路示意图。

图6是本信号探测电路应用于GPON-OLT模式下输入信号的波形图。

图7是本信号探测电路应用于GPON-OLT模式下的第二种电路示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。

如图2所示，是本信号探测电路示意图。本信号探测电路包括输入缓冲器1、耦合电容器8、直流偏置电路5、吉尔伯特单元4、积分器6、比较器3和阀值设定电路7：所述输入缓冲器1的输出端与所述耦合电容器8的输入端连接；所述耦合电容器的输出端8与所述吉尔伯特单元4的输入端连接；所述直流偏置电路5与所述耦合电容器8的输出端连接；所述吉尔伯特单元4的输出端与所述比较器3的输入端连接；所述积分器6与所述吉尔伯特单元4的输出端连接；所述比较器3的输出端与所述阀值设定电路7连接；所述阀值设定电路7与所述吉尔伯特单元4的输出端连接。

所述输入缓冲器1的作用是对输入信号暂时存放起来；所述直流偏置电路5的作用是消除信号中的直流偏执；所述耦合电容器8的作用是将输入信号进行一定增益的放大与交流耦合的滤波，去除直流成分，保留交流信号；所述吉尔伯特单元4的作用是对信号进行乘法运算，对交流信号起到整流的作用；所述积分器6的作用是对信号进行减法运算；所述阀值设定电路7的作用是设定差分阈值；所述比较器3的作用是将信号与差分阈值比较，输出相应的电压值。

本实施例中，所述积分器6包括积分电容器与电阻。

如图3所示，是本发明信号探测电路的阀值设定电路示意图。所述阈值设定电路包括第一联动可调电流源Y1和第二联动可调电流源Y2；所述阈值设定电路包括第一差分电路和第二差分电路，所述第一差分电路与第一联动可调电流源Y1连接；所述第二差分电路与第二联动可调电流源Y2连接。

所述比较器3的输出端与联动可调电流源Y1或Y2的输入端连接，构成比较器3的输入迟滞。迟滞的作用是减少比较器3的振荡。

比较器3一般需要可以调节的输入工作范围，即翻转阈值与迟滞需要可调，以便探测器能够有效探测不同幅度的信号。比较器3的阈值有正负两个阈值：正向阈值是比较器3输出由低向高翻转时的输入信号幅度；负向阈值是比较器3输出由高向低翻转时的输入信号幅度。一般两个阈值是不同的，正向阈值与负向阈值之差就是比较器3的迟滞。本实施例中的翻转阈值与迟滞是通过第一差分电路与第一联动可调电流源Y1、第二差分电路与第二联动可调电流源Y2电路设置的。

本信号探测器电路的对信号的探测过程具体如下：限幅放大器的输入信号一般是一定幅度的高频脉冲串(如图4.a所示)，先经过耦合电容器8一定增益的放大与滤波后，去除信号的直流成分，只有交流信号进入下一级即吉尔伯特单元4，吉尔伯特单元(Gillbert Cell)对信号进行乘法运算，对交流信号整流(如图4.b所示)；整流后的信号经过积分器6，相当于经过了一次低通滤波，所产生的差分电压不再是高频信号脉冲串本身，而是代表了原信号幅度大小的低频波形(如图4.c所示)；所得到的低频差分信号与阀值设定电路7设定的差分阈值通过积分器6进行减法运算，得到的结果构成比较器3的输入信号：如果差分信号大于差分阈值，则比较器3输出值为电源电压值，表明限幅放大器接受到了足够强的信号；否则，如果差分信号小于差分阈值，则比较器3输出值为零，表明限幅放大器没有接受到足够强的信号(如图4.d所示)。

如图5所示，是本信号探测电路应用于GPON-OLT模式下的第一种电路示意图。在脉冲密度变化较大的某些突发模式中，如GPON应用中，本信号探测电路可增设RS触发器9，可以改善本探测电路最终输出的稳定性；所述RS触发器9的S端与所述比较器3的输出端连接；在所述RS触发器9的R端连接一个清零信号(Reset)，以便为RS触发器设定初始状态值，以及为信号探测器清零。

本信号探测电路应用于GPON-OLT模式下的工作原理是：当足够强的输入信号被探测到时，RS触发器就锁定为高输入状态，即使信号消失较长一段时间也仍然处于高输出状态；只有当清零信号脉冲出现时，信号探测电路的高输出才会被清零，即恢复为等待或探测装态(如图6所示)。

如图7所示，为了提高本探测电路的灵敏度，使其能够探测到更小的输入信号，还可以增设一级放大器10：所述一级放大器10的输入端与所述耦合电容器8的输出端连接，所述一级放大器10的输出端与所述吉尔伯特单元4的输入端连接。所述一级放大器10是一个宽带低失配的差分放大器。

本探测电路的实施可以使用分立元件，也可以使用集成电路方式。用集成电路工艺实施时，既可以用场效应管(CMOS)工艺也可以用双极工艺。

吉尔伯特单元4具有对温度敏感的缺点。利用本电路中的阈值设定电路7，可以对吉尔伯特单元4的温度特性进行补偿，从而可以改进与优化探测器的温度稳定性：只要将本电路中的阈值设定部分的第一联动可调电流源Y1与第二联动可调电流源Y2设置成与温度相关的电流源即可实现比较器3的阈值补偿的效果。

本发明还提供一种包括上述所述的信号探测电路的信号探测器，基于本信号探测电路具有时间常数小反应速度快的优越特性，本信号探测器适用于多种应用环境：包括连续模式与突发模式的光纤接收器，等等。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种信号探测电路，其特征在于，包括输入缓冲器、耦合电容器、直流偏置电路、吉尔伯特单元、积分器、比较器和阀值设定电路：所述输入缓冲器的输出端与所述耦合电容器的输入端连接；所述耦合电容器的输出端与所述吉尔伯特单元的输入端连接；所述吉尔伯特单元的输出端与所述比较器的输入端连接；所述直流偏置电路与所述耦合电容器的输出端连接；所述积分器与所述吉尔伯特单元的输出端连接；所述比较器的输出端与所述阀值设定电路连接；所述阀值设定电路与所述吉尔伯特单元的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的信号探测电路，其特征在于，所述积分器包括积分电容器与电阻。

3.根据权利要求1所述的信号探测电路，其特征在于，所述阈值设定电路包括第一联动可调电流源、第二联动可调电流源、第一差分电路和第二差分电路，所述第一差分电路与第一联动可调电流源连接，所述第二差分电路与第二联动可调电流源连接。

4.根据权利要求3所述的信号探测电路，其特征在于，所述比较器的输出端与所述第一联动可调电流源或第二联动可调电流源的输入端连接。

5.根据权利要求1所述的信号探测电路，其特征在于，所述信号探测电路还包括RS触发器，所述RS触发器的S端与所述比较器的输出端连接，所述RS触发器的R端连接一个清零信号。

6.根据权利要求1所述的信号探测电路，其特征在于，所述信号探测电路还包括一级放大器，所述一级放大器的输入端与所述耦合电容器的输出端连接，所述一级放大器的输出端与所述吉尔伯特单元的输入端连接。

7.根据权利要求6所述的信号探测电路，其特征在于，所述一级放大器为差分放大器。

8.一种信号探测器，其特征在于，包括权利要求1-7所述的任意一项信号探测电路。

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