CN102771065B - 光信号切断检测电路和光接收器 - Google Patents

Abstract

比较器(11)从经由耦合电容器自跨阻放大器(TIA)输入的电信号中输出幅度等于或大于参考值的脉冲作为比较输出信号(Cout)；模拟保持电路(12)利用比较输出信号(Cout)中包含的脉冲对保持电容器进行充电；还经由放电电阻器去除通过充电而获得的DC电压，从而产生根据是否存在光信号输入而变化的保持输出信号(Hout)。以此方式，可以通过自主操作而无需任何外部控制信号，来正确地检测是否存在光信号输入。

Description

光信号切断检测电路和光接收器

技术领域

本发明涉及一种光通信技术，更具体地涉及能够正确地检测是否存在光信号输入的光信号检测技术。

背景技术

在作为高速宽带光传输方法的FTTH(光纤到户)系统所采用的PON(无源光网络)中，基站侧上容纳多个用户的OLT(光线路终端)和用户侧上端接光学订户线路的ONU(光网络单元)经由光纤连接，以双向传输信号。

在连接新ONU的情况下，如果OLT的光接收电路在没有光输入的情况下不具有防止不必要噪声输出的噪声掩蔽功能，连接至模拟前端的后续级的接入控制器需要通过特定算法来确定接收到的光信号是噪声还是来自新连接ONU的光信号。这里，随着上层复杂性的增长，成本增加，并且通信控制变得低效。

一方面，提供了一种用于OLT光接收电路的技术，该技术使光信号切断检测电路基于从跨阻放大器(TIA)输出的电信号来确定是否存在光信号输入，并且在没有光信号的情况下防止从光接收器输出不必要噪声(例如，参见专利文献1)。

如图10所示，在光接收器200中，将光电二极管PD接收到的光信号Pin光电转换成光电流信号Iin，并且被用作预放大器的跨阻放大器TIA放大。将来自跨阻放大器TIA的电信号Tout输入至用作后放大器的限幅放大器LA以进行放大，从而将具有不同强度的光信号Pin变为具有预定幅度的电信号，并且作为接收输出Rout输出。诸如CDR(时钟数据恢复)或定时调节电路等的波形整形电路通常连接至限幅放大器LA的后续级，以从数据信号中提取时钟信号，并且执行波形整形以获得容易处理的数字信号。

另一方面，在跨阻放大器TIA的后续级处提供与限幅放大器LA并联的用于确定光信号Pin的接收的光信号切断检测电路(LOS：信号丢失)。光信号切断检测电路20产生对是否接收到具有足够信号强度的光信号Pin加以表示的信号切断检测信号LOS，从而检测通信错误，或者执行静噪电路控制，以在没有信号的情况下切断从限幅放大器LA输出的噪声。

在光信号切断检测电路20中，仅当接收到光信号Pin时，比较器21才输出比较输出信号Cout。SR锁存器22保持比较输出信号Cout，并且将该信号转换成由DC信号形成的信号切断检测信号LOS。重置信号RESET取消了SR锁存器22中对信号切断检测信号LOS的保持。例如，在以PON系统为代表的突发通信中，PON控制IC能够在突发分组接收结束时输出重置信号RESET。

因此，例如使用信号切断检测信号LOS作为限幅放大器LA的输出控制信号来控制静噪电路，并且在从接收重置信号一直到接收下个突发信号之间闭合静噪电路，使得能够防止从限幅放大器LA输出噪声。当接收到突发信号时，可以断开静噪电路以返回正常接收状态。

图11中示出的比较器21包括偏置电路21A、第一级放大电路21B、第一级射极跟随器电路21C、以及第二级放大电路21D。

从跨阻放大器TIA输入的电信号Tout的非反相信号Tout+和反相信号Tout-经由耦合电容器C与偏置电路21A进行AC耦合。由于耦合电容器C是差分电路，因此将非反相信号Tout+和反相信号Tout-的差分波形分别输入至第一级放大电路21B的一对差分晶体管Q1和Q2。

当该对差分晶体管Q1和Q2的负载电阻器R5和R6彼此具有不同值时，第一级放大电路21B的每个输出在DC电平下具有偏移电压。

因此，除非输入具有足够幅度的非反相信号Tout+和反相信号Tout-，否则第一级放大电路21B的输出幅度不足，并且不能形成差分信号，即来自晶体管Q1的非反相输出和来自晶体管Q2的反相输出不交叉。为此，经由第一级射极跟随器电路21C连接的第二级放大电路21D不输出比较输出信号Cout，并且将信号保持在低电平。

另一方面，如果输入具有足够幅度的非反相信号Tout+和反相信号Tout-，则来自晶体管Q1的非反相输出和来自晶体管Q2的反相输出交叉。因此，与交叉相对应的高电平和低电平作为比较输出信号Cout交替出现。

由于SR锁存器22保持比较输出信号Cout，因此例如在接收光信号Pin时连续输出高电平信号作为比较输出信号Cout。因此作为该电路的特征，一旦输出高电平信号作为比较输出信号Cout，就保持该电平。因此能够实现立即响应信号接收的高速光信号切断检测电路20。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开No.2009-044228

发明内容

本发明要解决的问题

然而，在上述现有技术中，不能在没有任何必要外部控制信号的情况下执行自主操作并正确地检测是否存在光信号输入。

即，上述光信号切断检测电路20被配置为使SR锁存器22保持比较器21的比较输出信号Cout。利用这种布置，从能够快速地检测和指示光信号Pin从信号切断状态变化到信号接收状态。然而，不能检测光信号从信号接收状态变化到信号切断状态。此外，自主操作是不可能的，这是因为作为外部控制信号，重置SR锁存器22的重置信号RESET是必不可少的。

当使用SR锁存器22时，会根据比较器21的比较输出信号Cout的逻辑电平与重置信号RESET的逻辑电平之间的关系而出现不确定逻辑。可以通过使用JK触发电路代替SR锁存器22以解决该问题。然而，该电路单独需要时钟信号。

当比较器21输出高电平的至少一个脉冲作为比较输出信号Cout时，SR锁存器22连续输出高电平信号作为信号切断检测信号LOS。这会在光信号Pin的信号切断时输入大噪声的情况下导致操作错误。

因此，当在光接收器中使用该传统技术时，不能在没有光信号的情况下正确地驱动防止不必要噪声输出的噪声掩蔽功能。

实现了本发明以解决上述问题，并且本发明的目的在于提供一种光信号检测技术，允许执行自主操作而无需任何必要的外部控制信号，并且正确地检测是否存在光信号输入。

解决问题的手段

为了实现上述目标，根据本发明提供了一种光信号切断检测电路，基于通过对由脉冲序列形成的光信号进行光电转换而获得的电信号来检测是否存在光信号输入，该光信号切断检测电路包括：比较器，从经由耦合电容器输入的电信号中输出幅度不小于参考值的脉冲作为比较输出信号；以及模拟保持电路，利用比较输出信号中包含的每个脉冲对保持电容器进行充电，并且通过放电电阻器去除通过充电而获得的DC电压，从而产生根据是否存在光信号输入而变化的保持输出信号。

根据本发明，提供了一种光接收器，包括：光电转换元件，将由脉冲序列形成的光信号光电转换成光电流信号，并且输出光电流信号；跨阻放大器，对光电流信号进行放大，并且输出包括反相信号和非反相信号在内的电信号；限幅放大器，将电信号中包含的脉冲序列的每个脉冲放大到预定幅度，并且输出脉冲；以及上述光信号切断检测电路之一，基于电信号来检测是否存在光信号输入。

本发明的效果

根据本发明，能够执行自主操作，而无需光信号切断检测电路之外的任何必要的外部控制信号(例如重置信号)，并且能够正确地检测是否存在光信号输入。由于不必输入外部控制信号，因此电路能够容易地应用于甚至不具有输出控制信号的功能的光接收器，并且可以获得高多功能性。此外，能够从光接收器中去除用于输出控制信号的电路部分，并因此降低成本。此外，模拟保持电路利用突发信号中包含的脉冲进行充电，从而检测是否存在光信号。为此，甚至在光信号的信号切断时输入噪声的情况下，也可以防止其引起的操作错误，并且可以实现稳定的光信号检测操作。

附图说明

图1是示出了根据第一实施例的光接收器和光信号切断检测电路的布置的框图；

图2是示出了根据第一实施例的比较器的布置的示例的电路图；

图3是示出了根据第一实施例的光信号切断检测电路的操作的时序图；

图4是示出了根据第二实施例的光接收器和光信号切断检测电路的布置的框图；

图5是示出了根据第三实施例的光接收器和光信号切断检测电路的布置的框图；

图6是示出了根据第三实施例的比较器的布置的电路图；

图7是示出了根据第三实施例的光信号切断检测电路的操作的时序图；

图8是示出了根据第四实施例的光接收器和光信号切断检测电路的布置的框图；

图9是示出了根据第五实施例的光接收器和光信号切断检测电路的布置的框图；

图10是示出了传统光接收器和光信号切断检测电路的布置的框图；以及

图11是示出了在传统光信号切断检测电路中使用的比较器的布置的电路图。

具体实施方式

现在参照附图描述本发明的实施例。

[第一实施例]

首先参照图1描述根据本发明第一实施例的光接收器和光信号切断检测电路。

光接收器100是将经由光纤接收到的光信号转换成电信号并且输出该电信号的通信装置。光接收器100在通过采用例如FTTH系统所采用的PON方法在基站侧上容纳多个用户的OLT中使用。

光接收器100包括光电二极管PD、跨阻放大器TIA、限幅放大器LA和光信号切断检测电路10作为主电路部件。

经由光纤到达的光信号Pin由光电二极管PD接收，被转换成光电流信号Iin，并且被用作预放大器的跨阻放大器TIA放大。将来自跨阻放大器TIA的电信号Tout输入至用作后放大器的限幅放大器LA进行放大，以将具有不同强度的光信号Pin变成具有预定幅度的电信号，并且作为接收输出Rout输出。注意，尽管在图1中未示出，但是通常在限幅放大器LA的后续级处提供诸如CDR或定时调节电路等波形整形电路，以从数据信号中提取时钟信号，并且执行波形整形以获得容易处理的数字信号。

光信号切断检测电路10是与限幅放大器LA并联地连接至跨阻放大器TIA的电路部分，以基于来自跨阻放大器TIA的电信号检测是否存在光信号输入。

根据本实施例的光信号切断检测电路10包括：比较器11，从经由耦合电容器自跨阻放大器TIA输入的电信号Tout中输出幅度等于或大于参考值的脉冲，作为比较输出信号Cout；以及模拟保持电路12，用比较输出信号Cout中包含的每个脉冲对保持电容器进行充电，并且还经由放电电阻器去除充电所获得的DC电压，从而产生根据是否存在光信号Pin输入而变化的保持输出信号Hout。

接着参照图1详细描述根据第一实施例的光信号切断检测电路的布置。

光信号切断检测电路10包括比较器11、模拟保持电路12和输出缓冲器13作为主电路部分。

比较器11具有以下功能：从经由用于AC耦合的耦合电容器C自跨阻放大器TIA输入的非反相信号Tout+和反相信号Tout-中输出幅度等于或大于预设参考值的脉冲作为比较输出信号Cout。注意后续参照图2描述比较器11的内部布置的细节。

如上所述，光信号Pin由光电二极管PD转换成光电流信号Iin，并且被跨阻放大器TIA放大。将获得的电信号Tout输入至限幅放大器LA。

限幅放大器LA通常由多级放大电路形成。为了调节电平，前级放大电路和后级放大电路通常经由射极跟随器电路连接。因此，输入级是放大电路或射极跟随器电路。跨阻放大器TIA的输出端子和限幅放大器LA的输入端子经由AC耦合或DC耦合连接。

另一方面，来自跨阻放大器TIA的非反相信号Tout+和反相信号Tout-也经由耦合电容器C通过AC耦合连接至比较器11。

根据接收信号的比特率来优化耦合电容器C的电容量。例如，当比特率是10Gbps时，优选地电容量大约是1pF或更小。

模拟保持电路12具有以下功能：利用从比较器11输出的比较输出信号Cout中包含的每个脉冲对保持电容器Ch进行充电，并且还经由放电电阻器去除通过充电而获得的模拟DC电压，从而从该DC电压产生根据是否存在光信号Pin输入而变化的保持输出信号Hout。

输出缓冲器13具有以下功能：将由模拟保持电路12所产生的基于模拟DC电压形成的保持输出信号Hout整形成一般逻辑门中使用的数字逻辑信号，从而输出对是否存在光信号Pin输入加以表示的信号切断检测信号LOS。

将从比较器11输出的比较输出信号Cout输入至模拟保持电路12并用于充电/放电。经由输出缓冲器13输出基于模拟DC电压形成的保持输出信号Hout作为由数字逻辑信号形成的信号切断检测信号LOS。

原理上，模拟保持电路12的保持输出信号Hout保持接收光信号Pin时的峰值，并且在信号切断时变化到低电平。因此，信号切断检测信号LOS还具有对应的逻辑电路。此时，例如，为了使信号切断检测信号LOS通过高电平指示切断信号，逻辑电路被配置为在保持输出信号Hout在低电平时将信号切断检测信号LOS变为高电平。

在本实施例中，如图1所示，模拟保持电路12包括二极管Dh，对从比较器11输出的比较输出信号Cout中包含的每个脉冲进行整形；保持电容器Ch，以利用二极管Dh整形的脉冲对保持电容器Ch进行充电；以及放电电阻器Rh，去除通过充电获得的DC电压。

更具体地，二极管Dh具有连接至比较器11的输出端子的阳极，以及连接至保持电容器Ch的一端的阴极端子。保持电容器Ch的另一端连接至地电势。

因此，在从比较器11输出的比较输出信号Cout中包含的脉冲之中，仅通过二极管Dh来提取电平比保持电容器Ch的DC电压的电平高二极管结电压的脉冲，以对保持电容器Ch进行充电。

放电电阻器Rh与保持电容器Ch并联，以经由放电电阻器Rh，自然地去除已经对保持电容器Ch进行充电的DC电压。当光信号Pin在信号切断状态下时，DC电压被去除。因此，自主输出对光信号Pin的信号切断加以表示的信号切断检测信号LOS。通过保持电容器Ch和放电电阻器Rh来判定时间常数，同时保持检测作为电信号Tout+或Tout-输入的突发信号开始的响应速度与对连续相同数字的容忍度之间的一致性，以防止电路错误地将突发信号中包含的连续相同数字确定为信号切断。

[比较器]

接着参照图2详细描述根据本实施例的光信号切断检测电路10中使用的比较器11的内部布置。

比较器11配备偏置电路11A、第一级放大电路(前侧放大电路)11B、第一级射极跟随器电路11C、第二级放大电路(后侧放大电路)11D、以及第二级射极跟随器电路11E。这些电路部分集成在半导体芯片中。这里描述通过双极晶体管形成电路部分的示例。电路部分中的一些或全部可以由MOSFET来形成。

偏置电路11A由电阻分压电路形成，电阻分压电路包括上拉至电源电势Vcc的电阻元件R1和R3，以及下拉至地电势GND的电阻元件R2和R4。偏置电路11A具有以下功能：根据电阻元件R1和R3的电阻比以及电阻元件R2和R4的电阻比分别对经由耦合电容器C从跨阻放大器TIA输入的电信号Tout+和Tout-施加DC偏置。实际上，由于电阻比相等，因此对输入电信号Tout+和Tout-施加相等的DC偏置。

第一级放大电路11B由差分放大电路形成，包括：形成差分对的晶体管Q1和Q2、在电源电势Vcc与晶体管Q1的集电极端子之间连接的电阻元件R5、在电源电势Vcc与晶体管Q2的集电极端子之间连接的电阻元件R6、在晶体管Q1和Q2的发射极电阻之间串联的电阻元件R7和R8、以及在地电势GND与电阻元件R7和R8的节点之间连接的恒流源I1。第一级放大电路11B具有对输入至晶体管Q1和Q2的基极端子的电信号Tout+和Tout-进行差分放大的功能。

电阻元件R5和R6对应于差分放大电路的负载电阻器，对于负载电阻器根据所述参考值预先设置差分电阻值。为此，将与偏移电压相对应的DC电压差施加于来自晶体管Q1和Q2的集电极的差分输出。

第一级射极跟随器电路11C包括：集电极端子连接至电源电势Vcc的晶体管Q3和Q4，以及在地电势GND与晶体管Q3和Q4的发射极端子之间连接的恒流源I2和I3。第一级射极跟随器电路11C具有以下功能：输出从第一级放大电路11B输出并输入至晶体管Q3和Q4的基极端子的信号作为低阻抗信号。

第二级放大电路11D由差分放大电路形成，包括：形成差分对的晶体管Q5和Q6、在电源电势Vcc与晶体管Q5的集电极端子之间连接的电阻元件R9、在电源电势Vcc与晶体管Q6的集电极端子之间连接的电阻元件R10、以及在地电势GND与晶体管Q5和Q6的发射极端子的节点之间连接的恒流源I4。第二级放大电路11D具有对从第一级射极跟随器电路11C输入至晶体管Q5和Q6的基极端子的第一级输出信号Fout进行差分放大的功能。

在这种情况下，第一级放大电路11B对要输入至晶体管Q5和Q6的基极端子的第一级输出信号Fout的反相输出和非反相输出施加偏移电压。为此，当反相输出和非反相输出中包含的脉冲的幅度小于偏移电压的幅度时，这些信号不交叉。因此，从晶体管Q5和Q6的集电极端子输出的第二级差分输出不变化。因此，从输入至比较器11的电信号Tout+和Tout-中包含的脉冲之中，去除幅度小于与电阻元件R5和R6决定的偏移电压相对应的参考值的脉冲，并且仅输出幅度等于或大于参考值的脉冲。

第二级射极跟随器电路11E包括：集电极端子连接至电源电势Vcc的晶体管Q7和Q8，以及在地电势GND与晶体管Q7和Q8的发射极端子之间连接的恒流源I5和I6。第二级射极跟随器电路11E输出从第二级放大电路11D输出并且输入至晶体管Q7和Q8的基极端子的差分输出作为低阻抗比较输出信号Cout。

[第一实施例的操作]

接着参照图3描述根据本实施例的光信号切断检测电路10的操作。

假定应用包括光信号切断检测电路10的光接收器100的系统为10G-EPON。输入突发信号的比特率为10Gbps，幅度大约为10mV(作为差分信号，幅度大约为20mV)。10mV的幅度对应于针对一般TIA的最小接收灵敏度(大约-30dBm)的输出幅度。此外，突发信号包括例如128比特的连续相同数字部分(即，大约13ns)，并且检测突发信号开始的响应时间是100ns或更少。模拟保持电路12的保持电容器Ch的电容值是1pF，并且放电电阻器Rh的电阻值是25kΩ。注意电源电势Vcc是3.3V，并且地电势GND是0V。

将从跨阻放大器TIA输入的突发信号经由耦合电容器C作为差分波形输入至比较器11，并且经由第一级放大电路11B差分放大，如图2所示。此时，由于预先根据参考值将不同的电阻值设置为电阻元件R5和R6的电阻值，因此在第一级输出信号Fout的反相信号Fout-的DC偏置与非反相信号Fout+的DC偏置之间施加与所述参考值相对应的偏移电压。

将第一级输出信号Fout经由第一级射极跟随器电路11C输入至第二级放大电路11D，并且被差分放大。为此，对于反相信号Fout-和非反相信号Fout+中包含的脉冲之中幅度小于偏移电压的幅度的脉冲而言，信号不交叉，并且不从第二级放大电路11D输出。因此，第二级放大电路11D去除幅度小于偏移电压的幅度的脉冲，并且经由第二级射极跟随器电路11E仅输出幅度等于或大于参考值的脉冲作为比较输出信号Cout。

顺序地，比较输出信号Cout输入至模拟保持电路12。在比较输出信号Cout中包含的脉冲之中，通过二极管Dh仅提取脉冲的电平比保持电容器Ch的DC电压的电平高二极管结电压的信号部分中的脉冲，以对保持电容器Ch进行充电。

保持电容器Ch的DC电压(即，保持输出信号Hout的电压值)因此增加，这是因为利用光信号Pin的突发信号之中幅度等于或大于参考值的脉冲进行充电。在没有突发信号的信号切断部分、没有突发信号之中的脉冲信号的连续相同数字部分、以及幅度小于参考值的脉冲部分中，电压值减小，这是因为经由放电电阻器Rh进行放电。注意，在没有突发信号的信号切断部分中，保持输出信号Hout的电压不降至地电势GND，这是因为对比较输出信号Cout施加DC偏置。

同时，确定保持电容器Ch和放电电阻器Rh的时间常数，同时保持检测突发信号开始的响应速度与对连续相同数字的容忍度之间的一致性，以防止电路错误地将突发信号中包含的连续相同数字部分确定为信号切断。

利用该布置，当输入突发信号时，在响应时间所限定的小于100ns的持续时间内，通过突发信号中包含的脉冲将保持输出信号Hout从没有突发信号的低电平充电至对突发信号的存在加以表示的高电平。当到达突发信号中包含的连续相同数字部分时，保持输出信号Hout保持在对突发信号的存在加以表示的高电平，即，在与最大连续相同数字部分相对应的大约13ns内等于或大于阈值Hth，甚至在保持输出信号Hout被脉冲切断放电的情况下也如此。

因此，当输入突发信号时，可以在预定响应时间内输出对检测到光信号Pin加以表示的信号切断检测信号LOS。甚至在突发信号包含连续相同数字部分时，电路也可以保持和输出对检测到光信号Pin加以表示的信号切断检测信号LOS，而不会错误地输出对信号切断加以表示的信号切断检测信号LOS。具体地，在图3中在大约10ns的响应时间内，输出信号切断检测信号LOS。

当在突发信号结束时设置信号切断状态时，可以在自结束时间起最大连续相同数字部分过去之后输出对光信号Pin的信号切断加以表示的信号切断检测信号LOS。

[第一实施例的效果]

如上所述，在本实施例中，在经由耦合电容器从跨阻放大器TIA输入的电信号之中，光信号切断检测电路10的比较器11输出幅度等于或大于参考值的脉冲作为比较输出信号Cout。模拟保持电路12利用比较输出信号Cout中包含的每个脉冲对保持电容器进行充电，并还经由放电电阻器去除通过充电而获得的DC电压，从而产生根据是否存在光信号输入而变化的保持输出信号Hout。这允许执行自主操作而无需任何必要的外部控制信号(例如重置信号)，并且正确地检测是否存在光信号输入。

由于不必从光信号切断检测电路10的外部输入诸如重置信号等控制信号，因此电路能够容易地应用于甚至不具有输出控制信号功能的光接收器，并且可以获得高多功能性。此外，能够从光接收器中去除用于输出控制信号的电路部分，并因此降低成本。

在上述现有技术中，通过对来自比较器的比较输出信号进行锁存来产生信号切断检测信号。因此，在光信号Pin的信号切断时输入噪声的情况下，由于噪声输入出现检测错误，并且输出对光信号的存在加以表示的信号切断检测信号。在本实施例中，模拟保持电路12对突发信号中包含的脉冲信号充电，从而检测是否存在光信号。为此，甚至在光信号Pin的信号切断时输入噪声的情况下，也可以防止上述引起的操作错误，并且可以实现稳定的光信号检测操作。

在本实施例中，模拟保持电路12包括：对比较输出信号Cout中包含的每个脉冲进行整形的二极管Dh、要利用整形后的脉冲进行充电的保持电容器Ch、以及去除充电所获得的DC电压的放电电阻器Rh。因此能够以非常小的电路规模产生根据是否存在光信号输入而变化的保持输出信号。此时，可以根据目标FTTH系统来判定保持电容器Ch和放电电阻器Rh的时间常数，同时保持检测突发信号开始的响应速度与对连续相同数字的容忍度之间的一致性，以防止电路错误地将突发信号中包含的连续相同数字确定为信号切断。因此能够获得足够的噪声抗扰度，而同时确保高响应速度。

在本实施例中，比较器11具备串联的两个差分放大电路11B和11D。在这些差分放大电路之中，位于前侧的第一级放大电路11B使用分别与反相信号和非反相信号相对应的两个负载电阻器R5和R6对反相信号Fout-和非反相信号Fout+进行差分放大，并且这两个负载电阻器R5和R6根据参考值具有不同的电阻值，从而输出反相信号和非反相信号，同时在反相信号的DC偏置与非反相信号的DC偏置之间施加与参考值相对应的偏移电压。位于前级差分放大器电路的后侧上的后侧差分放大电路对从前侧差分放大电路输出的反相信号Fout-和非反相信号Fout+进行差分放大。因此甚至在光信号Pin的信号切断时输入噪声的情况下也能够去除幅度小于参考值的脉冲。

[第二实施例]

接着参照图4描述根据本发明第二实施例的光信号切断检测电路10。

在第一实施例中，已经说明了模拟保持电路12经由二极管Dh利用来自比较器11的比较输出信号Cout对保持电容器Ch进行充电并且经由与保持电容器Ch并联的放电电阻Rh去除通过充电获得的DC电压的情况。在第二实施例中，描述使用连接成二极管的晶体管Qh来代替二极管Dh并且放电电阻器Rh与晶体管Qh并联的示例。

在根据本实施例的模拟保持电路12中，如图4所示，晶体管Qh的基极端子连接至集电极端子和比较器11的比较输出信号Cout，并且发射极端子连接至保持电容器Ch的一端。保持电容器Ch的另一端连接至地电势。放电电阻器Rh并联在晶体管Qh的基极端子与发射极端子之间。

因此，在从比较器11输出的比较输出信号Cout中包含的脉冲之中，通过晶体管Qh仅提取电平比保持电容器Ch的DC电压的电平高二极管结电压的脉冲，以对保持电容器Ch进行充电。此外，在脉冲之中，仅电平比保持电容器Ch的DC电压的电平高的脉冲经由放电电阻Rh对保持电容器Ch进行充电。因此消除了与二极管结电压相对应的压降，并且保持电容器Ch的DC电压保持在电源电势Vcc处的峰值。

在光信号Pin的信号切断状态下，经由放电电阻器Rh将DC电压移至比较器11侧。因此，如在第一实施例中，自主输出对光信号Pin的信号切断加以表示的信号切断检测信号LOS。

[第二实施例的效果]

如上所述，在本实施例中，模拟保持电路12包括：对比较输出信号中包含的每个脉冲进行整形的连接成二极管的晶体管、要利用整形后的脉冲充电的保持电容器、以及去除通过充电获得的DC电压的放电电阻器。因此能够输出数字逻辑信号的高电平作为保持输出信号Hout。输出缓冲器13可以容易地执行从保持输出信号Hout到由数字逻辑信号形成的信号切断检测信号LOS的转换。此外，使用连接成二极管的晶体管作为二极管允许忽略独立形成二极管的过程。

在本实施例中，使用连接成二极管的晶体管Qh。然而，可以使用与第一实施例中的二极管相同的二极管Dh来代替晶体管Qh。

保持电容器Ch和放电电阻器Rh决定时间常数，同时保持检测作为电信号Tout+或Tout-输入的突发信号开始的响应速度与对连续相同数字的容限之间的一致性，以防止电路错误地将突发信号中包含的连续相同数字确定为信号切断。

[第三实施例]

接着参照图5描述根据本发明第三实施例的光信号切断检测电路10。

在本实施例中，描述比较器11具备可变电阻器Rs以调节光信号检测灵敏度的示例。

在本实施例中，比较器11包括多个串联的差分放大电路。在差分放大电路之中，位于后端的差分放大电路包括由分别与反相信号和非反相信号相对应的两个负载电阻器中的至少一个形成的可变电阻器Rs。电路还包括中间缓冲器14，中间缓冲器14根据从比较器11输出的差分信号输出产生比较输出信号Cout，并且将该比较输出信号Cout输出至模拟保持电路12。

与以上参照图2描述的根据第一实施例的比较器相比，如图6所示，用于灵敏度调节的可变电阻器Rs与用作根据本实施例的转换器10中第二级放大电路11D(后端放大电路)的负载电阻的电阻元件R9和R10中的负载电阻器R9并联，负载电阻器R9对应于信号Fout+。即，可变电阻器Rs的一端连接至晶体管Q5的集电极端子，另一端连接至电源电势Vcc。

另一方面，中间缓冲器14包括形成差分对的FET M1和M2，以及形成差分对的FET M3和M4。FET M1和M2构成电流镜电路。FET M1的栅极端子连接至FET M2的源极端子和栅极端子。FET M1的漏极端子和FET M2的漏极端子连接至电源电势Vcc。FET M3和M4构成差分放大电路。FET M3的漏极端子连接至FET M1的源极端子。FET M4的漏极端子连接至FET M2的源极端子。恒流源I7连接在地电势GND与FET M3和M4的节点之间。中间缓冲器14因此对输入至FET M3和M4的栅极端子的比较输出信号Cout进行差分放大，并且向模拟保持电路12输出获得的差分比较输出之中从FET M4输出的非反相输出，作为保持输入信号Hin。

如图7中所示，当可变电阻器Rs的电阻值变化时，晶体管Q5的负载电阻值变化。为此，在来自第二级放大电路11D的比较输出信号Cout之中，反相信号Cout-的DC偏置变化，并且相对于非反相信号Cout+的DC偏置的偏移电压变化。

因此，在中间缓冲器14中，对于反相信号Cout-和非反相信号Cout+中包含的脉冲之中幅度小于偏移电压幅度的脉冲而言，信号不交叉并且不作为保持输入信号Hin从中间缓冲器14输出。因此，对模拟保持电路12的保持电容器Ch进行充电的DC电压的幅度变化。

例如，通过调节可变电阻器Rs的电阻值来获得图7中示出的比较输出信号Cout的反相信号Cout-，将针对反相信号Cout-的DC偏置设置为比图3中的DC偏置低大约0.2V。与图3相比，反相信号Cout-和非反相信号Cout+的脉冲的交叉比降低，并且作为保持输入信号Hin输出的脉冲的数目的和幅度降低。因此，模拟保持电路12的保持输出信号Hout的电压与图3相比一般较小，并且比阈值Hth小。因此，突发信号检测灵敏度降低，并且不输出对突发信号的存在加以表示的高电平信号切断检测信号LOS。

[第三实施例的效果]

如上所述，在本实施例中，比较器11包括串联的多个放大电路11B和11D。在差分放大电路之中，位于后端的差分放大电路11D包括由分别与反相信号Fout-和非反相信号Fout+相对应的两个负载电阻器R9和R10的一个负载电阻器R9形成的可变电阻器。中间缓冲器14对从比较器11输出的比较输出信号Cout进行差分放大，并且向模拟保持电路12输出该比较输出信号Cout。调节可变电阻器的值允许调节检测灵敏度，以检测是否存在光信号Pin输入。因此，甚至在温度或电源电势变化时，也可以根据温度或电源电势的变化来改变可变电阻器的电阻值，从而实现稳定的光信号检测操作。

在本实施例中，描述了在比较器11的差分放大电路之中，后端的差分放大电路11D配备可变电阻器Rs的示例。然而，本发明不限于此。例如，可以向第一级放大电路11B中的负载电阻器R5和R6中的至少一个提供可变电阻器Rs。在这种情况下，由于第二级放大电路11D对第一级放大电路11B的第一级输出信号Fout进行差分放大，可以省略中间缓冲器14。

在比较器11中，第一级放大电路11B对第一级输出信号Fout的反相信号Fout-和非反相信号Fout+施加偏移电压。因此，将第一级放大电路11B的放大因子设置为低，并且将第二级放大电路11D的放大因子设置为高。由于第二级放大电路11D的负载电阻器也具有较大电阻值，因此负载电阻器的值可以极大变化。将可变电阻器Rs连接至第二级放大电路11D使得能够加宽灵敏度调节范围。

在本实施例中，已经描述了可变电阻器Rs与负载电阻器并联的情况。然而，本发明不限于此，能够改变电阻值的任何其他负载电阻器电路是可用的。

[第四实施例]

接着参照图8描述根据本发明第四实施例的光信号切断检测电路10。

在第四实施例中，描述具有滞后特性的缓冲器用作输出缓冲器13的示例。

模拟保持电路12的保持输出信号Hout的上升和下降是缓和的。电压电平在突发信号中包含的连续相同数字部分中也是变化的。这样的特性由模拟保持电路12的CR时间常数产生。因此，例如，如果增加保持电容器Ch的电容量或者放电电阻器Rh的值来抑制连续相同数字部分中的电平变化，则上升和下降变得缓慢。

连续相同数字部分中这种上升时间或下降时间增加和保持电平的变化不是优选的，因为它们引起从输出缓冲器13输出的信号切断检测信号LOS的啁啾。

在本实施例中，具有滞后特性的逻辑电路(例如，施密特触发器反相器)用作模拟保持电路12。自然，另一反相器或输出缓冲器可以连接至施密特触发器反相器输出，用于信号切断检测信号LOS的电平调节或缓冲。可以连接滞后比较器来代替施密特触发器反相器。

[第四实施例的效果]

如上所述，在本实施例中，具有滞后特性的逻辑电路(例如施密特触发器反相器)用作模拟保持电路12。为此，甚至在将模拟保持电路12的CR时间常数设置为较大时，可以抑制信号切断检测信号LOS的啁啾。

[第五实施例]

接着参照图9描述根据本发明第五实施例的光接收器和光信号切断检测电路。

在第一实施例中，描述了将来自跨阻放大器TIA的电信号Tout输入至光信号切断检测电路10的比较器11的示例。在第五实施例中，将从限幅放大器LA中包括的第一级放大电路PA输出的电信号Pout(Pout+和Pout-)输入至比较器11。

由具有低输出阻抗的射极跟随器电路或差分放大电路形成限幅放大器LA的第一级放大电路PA。第一级放大电路PA具有以下功能：向限幅放大器LA中提供的后续级的放大电路输出来自跨阻放大器TIA的输入电信号Tout。

因此，将来自跨阻放大器TIA的电信号Tout输入至限幅放大器LA，而不必分支到光信号切断检测电路10。将从限幅放大器LA的第一级放大电路PA输出的低阻抗电信号Pout分支到光信号切断检测电路10。

[第五实施例的效果]

如上所述，在本实施例中，将从限幅放大器LA中提供的第一级放大电路PA输出的低阻抗电信号Pout而不是来自跨阻放大器TIA的电信号Tout分支且输入到光信号切断检测电路10。这允许第一级放大电路PA覆盖在分支电信号Pout时引起的跨阻放大器TIA的负载阻抗减小。因此能够减小跨阻放大器TIA的驱动负载。此外，第一级放大电路PA的阻抗转换便于获得跨阻放大器TIA的输出与限幅放大器LA的输入之间的阻抗匹配。

[实施例的扩展]

以上参照实施例描述了本发明。然而，本发明不限于上述实施例。在不背离本发明范围的前提下，可以针对本发明的布置和细节进行本领域技术人员可理解的各种改变和修改。

附图标记和符号的说明

100...光接收器，10...光信号切断检测电路，11...比较器，12...模拟保持电路，C...耦合电容器，Pin...光信号，Tout...电信号，Hout...保持输出信号

Claims (12)

1.一种光信号切断检测电路，包括：

比较器，经由耦合电容器输入通过光电转换由脉冲序列形成的光信号而获得的电信号，并且输出幅度不小于参考值的脉冲作为比较输出信号；以及

模拟保持电路，利用比较输出信号中包含的每个脉冲对保持电容器进行充电，并且经由放电电阻器去除通过充电而获得的DC电压，从而产生根据是否存在光信号输入而变化的保持输出信号，其中，

电信号由包括反相信号和非反相信号在内的差分信号形成，

比较器包括串联的多个差分放大电路，差分放大电路之中，位于后端的差分放大电路包括由分别与反相信号和非反相信号相对应的两个负载电阻器中的至少一个形成的可变电阻器，并且

光信号切断检测电路还包括：中间缓冲器，根据从比较器输出的差分信号来产生比较输出信号，并且向模拟保持电路输出比较输出信号。

2.根据权利要求1所述的光信号切断检测电路，其中，模拟保持电路包括：对比较输出信号中包含的每个脉冲进行整形的二极管、要利用整形后的脉冲进行充电的保持电容器、以及去除通过充电而获得的DC电压的放电电阻器。

3.根据权利要求1所述的光信号切断检测电路，其中，模拟保持电路包括：对比较输出信号中包含的每个脉冲进行整形的连接成二极管的晶体管、要利用来自所述晶体管的输出信号充电的保持电容器、以及去除通过充电而获得DC电压的放电电阻器。

4.根据权利要求1所述的光信号切断检测电路，还包括：缓冲器，基于滞后特性形成并输出模拟保持电路所获得的保持输出信号。

5.根据权利要求1所述的光信号切断检测电路，其中，

电信号由包括反相信号和非反相信号在内的差分信号形成，并且

比较器包括串联的多个差分放大电路，差分放大电路之中：位于前侧的前侧差分放大电路使用分别与反相信号和非反相信号相对应且根据所述参考值而具有不同电阻值的两个负载电阻器对反相信号和非反相信号进行差分放大，从而输出反相信号和非反相信号，并且在反相信号的DC偏置与非反相信号的DC偏置之间施加与所述参考值相对应的偏移电压；并且位于前侧差分放大电路的后侧上的后侧差分放大电路对从前侧差分放大电路输出的反相信号和非反相信号进行差分放大。

6.一种光信号切断检测电路，包括：

比较器，经由耦合电容器输入通过光电转换由脉冲序列形成的光信号而获得的电信号，并且输出幅度不小于参考值的脉冲作为比较输出信号；以及

模拟保持电路，利用比较输出信号中包含的每个脉冲对保持电容器进行充电，并且经由放电电阻器去除通过充电而获得的DC电压，从而产生根据是否存在光信号输入而变化的保持输出信号，其中，

电信号由包括反相信号和非反相信号在内的差分信号形成，并且

比较器包括串联的多个差分放大电路，并且差分放大电路之中，位于后端前侧的差分放大电路包括由分别与反相信号和非反相信号相对应的两个负载电阻器中的至少一个形成的可变电阻器。

7.根据权利要求6所述的光信号切断检测电路，其中，模拟保持电路包括：对比较输出信号中包含的每个脉冲进行整形的二极管、要利用整形后的脉冲进行充电的保持电容器、以及去除通过充电而获得的DC电压的放电电阻器。

8.根据权利要求6所述的光信号切断检测电路，其中，模拟保持电路包括：对比较输出信号中包含的每个脉冲进行整形的连接成二极管的晶体管、要利用来自所述晶体管的输出信号充电的保持电容器、以及去除通过充电而获得DC电压的放电电阻器。

9.根据权利要求6所述的光信号切断检测电路，还包括：缓冲器，基于滞后特性形成并输出模拟保持电路所获得的保持输出信号。

10.根据权利要求6所述的光信号切断检测电路，其中，

电信号由包括反相信号和非反相信号在内的差分信号形成，并且

比较器包括串联的多个差分放大电路，差分放大电路之中：位于前侧的前侧差分放大电路使用分别与反相信号和非反相信号相对应且根据所述参考值而具有不同电阻值的两个负载电阻器对反相信号和非反相信号进行差分放大，从而输出反相信号和非反相信号，并且在反相信号的DC偏置与非反相信号的DC偏置之间施加与所述参考值相对应的偏移电压；并且位于前侧差分放大电路的后侧上的后侧差分放大电路对从前侧差分放大电路输出的反相信号和非反相信号进行差分放大。

11.一种光接收器，包括：

光电转换元件，将由脉冲序列形成的光信号光电转换成光电流信号，并且输出光电流信号；

跨阻放大器，对光电流信号进行放大，并且输出包括反相信号和非反相信号在内的电信号；

限幅放大器，将电信号中包含的脉冲序列的每个脉冲放大到预定幅度，并且输出脉冲；以及

比较器，经由耦合电容器输入通过光电转换由脉冲序列形成的光信号而获得的电信号，并且输出幅度不小于参考值的脉冲作为比较输出信号；以及

模拟保持电路，利用比较输出信号中包含的每个脉冲对保持电容器进行充电，并且经由放电电阻器去除通过充电而获得的DC电压，从而产生根据是否存在光信号输入而变化的保持输出信号，其中，

电信号由包括反相信号和非反相信号在内的差分信号形成，

比较器包括串联的多个差分放大电路，差分放大电路之中，位于后端的差分放大电路包括由分别与反相信号和非反相信号相对应的两个负载电阻器中的至少一个形成的可变电阻器，并且

光接收器还包括：中间缓冲器，根据从比较器输出的差分信号来产生比较输出信号，并且向模拟保持电路输出比较输出信号。

12.一种光接收器，包括：

光电转换元件，将由脉冲序列形成的光信号光电转换成光电流信号，并且输出光电流信号；

跨阻放大器，对光电流信号进行放大，并且输出包括反相信号和非反相信号在内的电信号；

限幅放大器，将电信号中包含的脉冲序列的每个脉冲放大到预定幅度，并且输出脉冲；以及

比较器，经由耦合电容器输入通过光电转换由脉冲序列形成的光信号而获得的电信号，并且输出幅度不小于参考值的脉冲作为比较输出信号；以及

模拟保持电路，利用比较输出信号中包含的每个脉冲对保持电容器进行充电，并且经由放电电阻器去除通过充电而获得的DC电压，从而产生根据是否存在光信号输入而变化的保持输出信号，其中，

电信号由包括反相信号和非反相信号在内的差分信号形成，并且

比较器包括串联的多个差分放大电路，并且差分放大电路之中，位于后端前侧的差分放大电路包括由分别与反相信号和非反相信号相对应的两个负载电阻器中的至少一个形成的可变电阻器。