CN102890177A - 一种跨阻放大器的信号强度检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明一种跨阻放大器的信号强度检测电路。包括：信号强度检测电路从光电二极管PD中的输出光电流IPD中得到取样信号，同时将取样信号的高频分量和低频分量进行分离，高频分量IAC通过耦合电容C1进入主跨阻放大器模块，低频分量IDC就是跨阻放大器的信号强度指示；主跨阻放大器模块完成微小光电流放大成电压信号的跨阻放大功能。本发明所述的信号强度检测电路，直接对输入光电流信号进行取样，这样的检测结果非常准确，而且采用自适应非线性取样电路，提高了检测精度，同时，输入光电流的动态范围非常大，从输入光电流信号中分离出高频分量，送进主跨阻放大器模块，避免了传统结构中，低频分量对主跨阻放大器模块直流工作点的影响。

Description

一种跨阻放大器的信号强度检测电路
技术领域
本发明涉及一种信号强度检测电路，尤其是涉及一种跨阻放大器的信号强度检测电路。
背景技术
光接收机是光纤传输系统中的重要组成部分，其作用是将衰减后的微弱光脉冲信号经过转换处理放大，输出为差分电压信号。跨阻放大器通常作为光接收机的前置放大器。
现有跨阻放大器的信号强度检测电路，一般在光电二极管PD的负端进行取样，这样会应用环境造成一定的限制，不能适应APD应用。由于输入光电流从uA级到mA级，变化范围跨度接近40dBm，采用传统的线性取样方式，在一定程度上，降低了信号强度检测的动态范围和精度。
另外，国内外学者一直在做大量的研究，希望消除光电二极管PD中的平均光电流对跨阻放大器直流工作点的影响，来增强跨阻放大器的动态输入范围。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种可以直接取样输入光电流信号，检测准确的一种跨阻放大器的信号强度检测电路。
本发明还有一目的是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种可以在输入光电流大动态范围变化时，能够保证信号强度检测的精度满足要求的一种跨阻放大器的信号强度检测电路。
本发明最后有一目的是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种可以在输入光电流大动态范围变化时，消除了光电二极管PD中的平均光电流对跨阻放大器直流工作点的影响的一种跨阻放大器的信号强度检测电路。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种跨阻放大器的信号强度检测电路，其特征在于，包括
一光电二极管PD：输出光电流IPD；
一输入信号强度取样及检测模块：对光电二极管PD中的输出光电流IPD进行取样，同时从取样信号中分离出其中的高频分量IAC和低频分量IDC，
一耦合电容C1；
一跨阻放大器模块；所述跨阻放大器模块的输入与输出端跨接一电阻RF，所述高频分量IAC通过所述耦合电容C1进入到该跨阻放大器模块；所述低频分量取样出IDC2和IDC3两部分，就是跨阻放大器的信号强度指示，经过RMON，转换成电压信号输出。
本发明创造性的提出的信号强度检测电路主要原理是直接取样输入光电流，从中分离出指示信号强度的低频分量。提出的这种电路结构可以在40dBm以上的光电流信号输入范围内实现高精度的信号强度检测。而且，本发明消除了光电二极管PD中的平均光电流对跨阻放大器直流工作点的影响。
在上述的一种跨阻放大器的信号强度检测电路，所述输入信号强度取样及检测模块包括依次连接的：
输入信号强度取样单元：对光电二极管PD中的输出光电流IPD进行取样，同时从取样信号中分离出其中的高频分量和低频分量，高频分量IAC通过耦合电容C1进入到主跨阻放大器模块，低频分量取样出IDC2和IDC3两部分；
以及输入信号强度检测单元；低频分量取样出IDC2和IDC3两部分，就是跨阻放大器的信号强度指示，经过RMON，转换成电压信号输出。
在上述的一种跨阻放大器的信号强度检测电路，所述输入信号强度取样单元包括微小光电流取样电路和较大光电流取样电路；
所述微小光电流取样电路包括：采样电阻，滤波网络电阻和电容，运算放大器，PMOS管，NMOS管和电阻；其中，采样电阻一端连接到光电二极管PD的正极，另一端接地；滤波网络电阻一端连接到光电二极管PD的正极，另一端接电容正极；电容负极接地，滤波网络电阻和电容形成RC低通滤波；第二运算放大器输入正端与电阻和电容的公共端相连；第一PMOS管的源极接电源，栅极和漏极相连，形成二极管结构，为第一NMOS管提供电流源；第一NMOS管的漏极与第一PMOS管的漏极相连，栅极与第二运算放大器的输出端相连，源极与第二运算放大器的输入负端相连，然后接第一电阻一端，第一电阻的另一端接地；第二运算放大器、第一PMOS管、第一NMOS管以及第一电阻组成电压跟随电路，第二运算放大器输入负端的电压钳制在光电二极管PD正端的直流电压上；
所述较大光电流取样电路包括：第一运算放大器和第二NMOS管；其中，第一运算放大器的输入负端连接VREF基准电压，输入正端与电阻和电容的公共端相连，第二NMOS管的栅极与第一运算放大器的输出端相连，源极接地，漏极与光电二极管PD正端相连。
在上述的一种跨阻放大器的信号强度检测电路，所述输入信号强度检测单元包括：第二PMOS管，第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管，第三PMOS管、第四PMOS管；其中，第二PMOS管的源极接电源，栅极与第一PMOS管的栅极相连，漏极与第三NMOS管的漏极相连；第三NMOS管、第四NMOS管形成电流镜结构，第三NMOS管源极接地，栅极与漏极相连；第四NMOS管的源极接地，栅极与第三NMOS管的栅极相连，漏极与第三PMOS管的漏极相连；第五NMOS管的栅极与第一运算放大器的输出端相连，源极接地，漏极与第四NMOS管的漏极相连；第三PMOS管、第四PMOS管形成电流镜结构，第三PMOS管的源极接电源，栅极与漏极相连；第四PMOS管的源极接电源，栅极与第三PMOS管的栅极相连，漏极与RMON的一端相连。
因此，本发明具有如下优点：1.可以直接取样输入光电流信号，检测准确；2.可以在输入光电流大动态范围变化时，能够保证信号强度检测的精度满足要求；3.可以在输入光电流大动态范围变化时，消除了光电二极管PD中的平均光电流对跨阻放大器直流工作点的影响。
附图说明
图1本发明的电路结构示意图。
图2本发明中的输入信号强度取样单元和输入信号强度检测单元的电路结构图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
首先介绍一下本发明的电路结构：
参照图1，是本发明的应用框图，图2是本发明的电路原理图，本发明包括输入信号强度取样单元10，对光电二极管PD中的输出光电流IPD进行取样，同时从取样信号中分离出其中的高频分量和低频分量，高频分量IAC通过耦合电容C1进入到主跨阻放大器模块，低频分量取样出IDC2和IDC3两部分。
输入信号强度检测单元20，低频分量取样出IDC2和IDC3两部分，就是跨阻放大器的信号强度指示，经过RMON，转换成电压信号输出。
在上述技术方案的基础上，所述输入信号强度取样单元10包括微小光电流取样电路和较大光电流取样电路两部分。
所述微小光电流取样电路用于取样小于-20dBm的光电流，包括：采样电阻101，滤波网络电阻102和电容103，第二运算放大器32，第一PMOS管105，第一NMOS管106和第一电阻107。
采样电阻101，其一端连接到光电二极管PD的正极，另一端接地，
电阻102，其一端连接到光电二极管PD的正极，另一端接电容103正极，
电容103的负极接地，电阻102和电容103形成RC低通滤波，
第二运算放大器32的输入正端与电阻102和电容103的公共端相连，
第一PMOS管105的源极接电源，栅极和漏极相连，形成二极管结构，为第一NMOS管106提供电流源，
第一NMOS管106的漏极与第一PMOS管105的漏极相连，栅极与第二运算放大器32的输出端相连，源极与第二运算放大器32的输入负端相连，然后接第一电阻107一端，第一电阻107的另一端接地，
第二运算放大器32、第一PMOS管105、第一NMOS管106以及第一电阻107组成电压跟随电路，第二运算放大器32输入负端的电压钳制在光电二极管PD正端的直流电压上。
较大光电流取样电路用于取样大于-20dBm的光电流，包括：第一运算放大器31和第二NMOS管104。
第一运算放大器31的输入负端连接VREF基准电压，输入正端与电阻102和电容103的公共端相连，
第二NMOS管104的栅极与第一运算放大器31的输出端相连，源极接地，漏极与光电二极管PD正端相连。
输入信号强度检测单元20包括：PMOS管202，NMOS管203、204、201，PMOS管205、206。
第二PMOS管202的源极接电源，栅极与第一PMOS管105的栅极相连，漏极与第二NMOS管203的漏极相连。
第三NMOS管203、第四NMOS管204形成电流镜结构，第三NMOS管203源极接地，栅极与漏极相连，
第四NMOS管204的源极接地，栅极与第三NMOS管203的栅极相连，漏极与第三PMOS管205的漏极相连，
第五NMOS管201的栅极与第一运算放大器31的输出端相连，源极接地，漏极与第四NMOS管204的漏极相连，
第三PMOS管205、第四PMOS管206形成电流镜结构，第三PMOS管205的源极接电源，栅极与漏极相连，
第四PMOS管206的源极接电源，栅极与第三PMOS管205的栅极相连，漏极与RMON的一段相连。
工作时，输入信号强度取样单元10对光电二极管PD中的输出光电流IPD进行取样，同时从取样信号中分离出其中的高频分量和低频分量，高频分量IAC通过耦合电容C1进入到主跨阻放大器模块，低频分量取样出IDC2和IDC3两部分；输入信号强度检测单元20，低频分量取样出IDC2和IDC3两部分，就是跨阻放大器的信号强度指示，经过RMON，转换成电压信号输出。
下面是本发明的工作原理：假设光电二极管PD的输出光电流为IPD，IPD=IDC+IAC；
当IDC*R103≤Vref时，微小光电流取样电路开始工作，电路采用电压跟随电路，钳制第二运算放大器32的输入正负端电压，设计电阻值R101=R107，则：
IPD中的低频分量流经电阻101，IDC1被复制到IDC3，即：IDC=IDC1=IDC3；
当IDC1*R103＞Vref时，较大光电流取样电路开始工作，电路采用负反馈电路，将光电二极管PD正端的直流电压钳制在Vref，IPD中的低频分量IDC分别流经电阻101和第二NMOS管104，IDC=IDC1+IDC2；
第一PMOS管105和第二PMOS管202是电流镜结构，第三NMOS管203和第四NMOS管204是电流镜，
因此，I204=I105=IDC3；
而I201=I104=IDC2，
因此，I205=I201+I204=IDC2+IDC3=IDC1+IDC2；
而第三PMOS管205和第四PMOS管206是电流镜结构，
因此RMON的电流就是IPD，信号强度检测电路实现了设计功能。同时，从IPD从分离了低频分量IPD后，高频分量IAC也不会对主跨阻放大器的直流工作点产生影响。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (4)

1.一种跨阻放大器的信号强度检测电路，其特征在于，包括
一光电二极管PD：输出光电流IPD；
一输入信号强度取样及检测模块：对光电二极管PD中的输出光电流IPD进行取样，同时从取样信号中分离出其中的高频分量IAC和低频分量IDC；
一耦合电容C1；
一跨阻放大器模块；所述跨阻放大器模块的输入与输出端跨接一电阻RF，所述高频分量IAC通过所述耦合电容C1进入到该跨阻放大器模块；所述低频分量取样出IDC2和IDC3两部分，就是跨阻放大器的信号强度指示，经过RMON，转换成电压信号输出。
2.根据权利要求1所述的一种跨阻放大器的信号强度检测电路，其特征在于，所述输入信号强度取样及检测模块包括依次连接的：
输入信号强度取样单元（10）：对光电二极管PD中的输出光电流IPD进行取样，同时从取样信号中分离出其中的高频分量和低频分量，高频分量IAC通过耦合电容C1进入到主跨阻放大器模块，低频分量取样出IDC2和IDC3两部分；
以及输入信号强度检测单元（20）；低频分量取样出IDC2和IDC3两部分，就是跨阻放大器的信号强度指示，经过RMON，转换成电压信号输出。
3.根据权利要求2所述的一种跨阻放大器的信号强度检测电路，其特征在于，所述输入输入信号强度取样单元（10）包括微小光电流取样电路和较大光电流取样电路；
所述微小光电流取样电路包括：采样电阻（101），滤波网络电阻（102）和电容（103），第二运算放大器（32），第一PMOS管（105），第一NMOS管（106）和第一电阻（107）；其中，采样电阻（101）一端连接到光电二极管PD的正极，另一端接地；电阻（102）一端连接到光电二极管PD的正极，另一端接电容（103）正极；电容（103）负极接地，滤波网络电阻（102）和电容（103）形成RC低通滤波；第二运算放大器（32）输入正端与滤波网络电阻（102）和电容（103）的公共端相连；第一PMOS管（105）的源极接电源，栅极和漏极相连，形成二极管结构，为第一NMOS管（106）提供电流源；第一NMOS管（106）的漏极与第一PMOS管（105）的漏极相连，栅极与第二运算放大器（32）的输出端相连，源极与第二运算放大器（32）的输入负端相连，然后接第一电阻（107）一端，第一电阻（107）的另一端接地；第二运算放大器（32）、第一PMOS管（105）、第一NMOS管（106）以及第一电阻（107）组成电压跟随电路，第二运算放大器（32）输入负端的电压钳制在光电二极管PD正端的直流电压上；
所述较大光电流取样电路包括：第一运算放大器（31）和第NMOS管（104）；其中，第一运算放大器（31）的输入负端连接VREF基准电压，输入正端与电阻（102）和电容（103）的公共端相连，第NMOS管（104）的栅极与第一运算放大器（31）的输出端相连，源极接地，漏极与光电二极管PD正端相连。
4.根据权利要求3所述的一种跨阻放大器的信号强度检测电路，其特征在于，所述输入信号强度检测模块（20）包括：第二PMOS管（202），第三NMOS管（203）、第四NMOS管（204）、第五NMOS管（201），第三PMOS管（205）、第四PMOS管（206）；其中，第二PMOS管（202）的源极接电源，栅极与第一PMOS管（105）的栅极相连，漏极与第三NMOS管（203）的漏极相连；第三NMOS管（203）、第四NMOS管（204）形成电流镜结构，第三NMOS管（203）源极接地，栅极与漏极相连；第四NMOS管（204）的源极接地，栅极与第三NMOS管（203）的栅极相连，漏极与第三PMOS管（205）的漏极相连；第NMOS管（201）的栅极与第一运算放大器（31）的输出端相连，源极接地，漏极与第四NMOS管（204）的漏极相连；第三PMOS管（205）、第四PMOS管（206）形成电流镜结构，第三PMOS管（205）的源极接电源，栅极与漏极相连；第四PMOS管（206）的源极接电源，栅极与第三PMOS管（205）的栅极相连，漏极与RMON的一端相连。
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