CN103067076A

CN103067076A - 光模块突发光功率的检测电路

Info

Publication number: CN103067076A
Application number: CN2012105770865A
Authority: CN
Inventors: 钟春晖; 钟迪新
Original assignee: Wuhan Huagong Genuine Optics Tech Co Ltd
Current assignee: Wuhan Huagong Genuine Optics Tech Co Ltd
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2013-04-24

Abstract

本发明提供一种光模块突发光功率的检测电路，专用于检测OLT模块所接收到的突发光包的光功率，包括高压发生器，所述的高压发生器的输出端连接镜像电路，所述的镜像电路的主通道输出电流至雪崩光电二极管和恒流源电路，次通道输出镜像电流至跨阻放大器，所述的跨阻放大器的输出端顺次通过模拟电子开关、采样保持电容、运放跟随器连接单片机。本发明的检测电路的反应速度快，可以检测短至数百纳秒长度的突发光包的光功率，其检测误差可在正负1dB以内。

Description

光模块突发光功率的检测电路

技术领域

本发明涉及一种光模块（GPON OLT）突发光功率的检测电路，用于检测OLT模块所接收到的突发光包的光功率，简称为RSSI（Received Signal Strength Indicator）电路。

背景技术

在光纤通信接入网的发展中，FTTH（光纤到户）是今后若干年内要实现的目标，目前很多城市已局部开通了这种用户网。用一根细如发丝的光纤满足每个用户的双向信息传输，无论是打电话、传数据还是看视频，不受地点限制，均可在一根光纤上实现。

在当前，光纤接入网采用无源光网络PON（Passive Optical Network）：在局端向用户方向引出一根光纤，从局内送出的光信号，通过一个光分路器，可把这路光信号分成8路、16路、…128路，分出的每一路信号分别送到每一个用户的家里，用户所需的信息均由局端以广播方式连续发送出来（称为下行信号）；对于各个用户需要向外发出去的信息（上传），则采用时间分隔的方式，以突发光包的形式都向局端汇集（称为上行信号），这两种传输方向相反的光信号用不同的光波长（如1310纳米和1490纳米）各自独立地在同一根光纤中传输。

在以上光纤链路的两端需要配置不同类型的光收发模块，在局端使用的称为OLT，在用户端使用的称为ONU，在无源光网络中，一个OLT可以带多个ONU。在PON网络运营中，局端为了实时监控整个PON的运行情况，及时发现潜在的故障，对所用的OLT光模块要求具备以下功能：实时检测它接收到的来自各个ONU的光功率的大小，也就是具有突发的RSSI功能。由于各个用户（ONU）距离局端（OLT）的物理距离远近差异很大，所以OLT接收到的来自各个用户的突发光包的光功率大小是随机的，另一方面，由于GPON的带宽利用率高，上行信号各个光包之间的间隔时间很短（几十个纳秒），那么对RSSI电路的反应速度就必须快，还有，各个用户上传的信息量的多少是不同的，上行的突发光包有时会很短，只有几百个纳秒，如果RSSI电路的检测反应速度不够快，将会检测不到短的突发光包的功率。对OLT模块来说，它接收到的是一个接一个的长短不同﹑强度各异的突发光包，RSSI需对所有的光包具有一样的检测精度。

在光模块行业内，对于RSSI电路的设计方案大体上可分为以下几种，一种是采用射频检测器，它检测的是模块前置放大器TIA输出码流中的射频分量，这种方法对较弱的光信号检测很有效，但对较大的光信号却无能为力，因为此时TIA的输出信号幅度几乎不变。另一类是镜像电流法，利用一般的晶体管对管或是成品的镜像电流芯片，将APD的光电流映射出来，这种方法对连续光信号和较长的突发光包的检测是有效的，但在检测较短的突发光包时就会产生波动，检测的误差会很大，原因是电路的反应速度跟不上光包的变化速度，特别是当前面有一个大功率的光包刚过去，紧接着立即检测下一个小功率的光包时，误差将会变得更大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种光模块突发光功率的检测电路，实现了检测电路的整体快速反应，从而保证GPON OLT光模块的检测精度和对短光包检测的适应能力。

本发明提供一种光模块突发光功率的检测电路，包括高压发生器，所述的高压发生器的输出端连接镜像电路，所述的镜像电路的主通道输出电流至雪崩光电二极管和恒流源电路，次通道输出镜像电流至跨阻放大器，所述的跨阻放大器的输出端顺次通过模拟电子开关、采样保持电容、运放跟随器连接单片机。

所述的模拟电子开关受触发脉冲信号的控制其闭合或断开。

本发明还包括温度补偿电路，所述的温度补偿电路与恒流源电路相连接。

所述的高压发生器采用脉宽调制方法进行升压变换，所述的高压发生器采用MAX5026、MAX15059、LT3571、LT1930、MIC2290、MIC2288或MP3217型号芯片。

所述的镜像电路为单镜像电路或双镜像电路，所述的单镜像电路或双镜像电路由高反压硅PNP型对管构成。

所述的恒流源电路由运算放大器和NPN晶体三极管构成，所述的运算放大器的同相端施加有参考电压信号；且所述的跨阻放大器也施加有参考电压源电压信号。

本发明具有的优点在于：

本发明采用的镜像电路由晶体管对管构成，实现了检测电路的整体快速反应，从而保证GPON OLT光模块的检测精度和对短光包检测的适应能力。带射极电阻和电容的镜像电路可以实现所需要的各种电流比，并且实现电流开启和关断时快的脉冲前后沿。恒流源电路的泄放偏置电流用来避开镜像管的电流死区，加快镜像晶体管对脉冲电流的反应速度。用跨阻放大器实现电流—电压的转换，保证了信号通道的工作带宽。复合的温度补偿电路使RSSI电路能在高低温下有和常温同样的检测精度。本发明可以检测短至数百纳秒长度的突发光包的光功率，其检测误差可在正负1dB以内。

附图说明

图1本发明的电路结构原理图；

图2为本发明中恒流源电路的原理图。

图中：

1——高压发生器；

2——镜像电路；

3——跨阻放大器；

4——电子开关；

5——采样保持电容；

6——运放跟随器；

7——单片机；

8——恒流源电路；

9——参考电压源；

10——温度补偿电路；

11——直流电源；

12——运算放大器；

13——NPN型晶体管；

14——恒流调整电阻。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明提供的一种光模块突发光功率的检测电路，如图1所示，包括高压发生器1，为DC/DC高压发生器，以3.3V直流电源11作为它的供电电源，能够将供电电源的直流电压变换成APD（雪崩光电二极管）所需的几十伏的直流电压。DC/DC高压发生器1输出直流电压的调整采用脉宽调制（PWM）的方法，直流高压的大小由当时温度下的APD特性决定，直流高压的调整具体可以采用可调电阻、数字电位器或单片机。

高压发生器1的输出端连接到镜像电路2的输入端，镜像电路输出的主通道给APD提供反向的工作偏压即APD偏置用的电压，该主通道的电流I为APD的光电流和恒流源电路8中恒定泄放电流的和，该主通道电流I输入至APD和恒流源电路8，镜像电路的次通道输出主通道电流I的镜像电流I₁和I₂，电流I₁和I₂和主通道电流I之间的电流比例关系可根据实际需要进行设定。电流I:I1，I:I2为镜像比。

当OLT模块中的APD接收到一个突发光包时，和光信号相对应的光电流为一个突发电流包，主通道电流I的镜像电流I₁和I₂也是突发电流包，当I₁、I₂流经跨阻放大器3的跨阻Rf（图1中的Rf1、Rf2）时，跨阻放大器3就分别把电流I₁、I₂转换成电压，进而跨阻放大器3的输出端得到两个负向脉冲电压信号，这两个负向脉冲电压信号的大小和接收到的光包大小成比例，也就是说和接收到的镜像电流I₁、I₂的大小成比例。两个负向脉冲电压信号分别送给后续电路进行处理。在镜像电流I₁、I₂一定的情况下，输出的负向脉冲电压信号的电压的大小和跨阻放大器3的跨阻Rf（图1中的Rf1、Rf2）成正比，因此可根据检测光功率的大小区间分段设置不同的跨阻Rf值，分别用来检测光功率小的光和光功率大的光。跨阻放大器3由运算放大器（图中编号是OP1、OP3）构成，运算放大器OP1、运算放大器OP3分别接收镜像电流I₁、I₂。运算放大器OP1和OP3的同相输入端均须接入参考电压Vref，为跨阻放大器3的输出建立一个偏置电压。运算放大器OP1和OP3的输出端分别通过模拟电子开关4连接采样保持电容5。

运放跟随器6由两个运算放大器（图中编号是OP3，OP4）构成，用来对前后电路进行隔离，提高电路的驱动能力，改善电路的响应带宽，为此把运算放大器OP2和OP4接成了跟随器进行工作，把每个运算放大器的反相输入端和其自身的输出端相连，信号从同相输入端接入。两个运算放大器可以是单运放芯片，也可以是一个双运放芯片。

模拟电子开关4（图中SW1和SW2）可以是常开型的，也可以是常闭型的，当OLT模块需要检测接收的实时光功率时，通信系统中的控制单元会按特定的时序给OLT模块发出一个触发脉冲信号（Trig.信号），使模拟电子开关4（SW1和SW2）闭合（或断开），这时运算放大器OP1输出的负向脉冲电压信号就给采样保持电容5中的C1充电，运算放大器OP3输出的负向脉冲电压信号就给采样保持电容5中的C2充电。当触发脉冲信号（Trig.信号）结束时，模拟电子开关4复位，采样保持电容与它前面的电路断开，前后失去联系，这样采样保持电容5（C1和C2）所充的电压就可以保持毫秒量级的时间。

采样保持电容5（C1和C2）上保持的电压大小代表被OLT模块接收到的光功率的大小，被保持的电压经跟随放大器6中的运算放大器（OP2、OP4）缓冲后发送给单片机7，单片机对两路电压信号进行AD转换，然后对转换后的数据分别进行处理并输出对应的光功率读数值。对于双镜像电路，所述的跨阻放大器3和跟随放大器6中所用的运算放大器可以分别采用四个单运放芯片，也可以是采用两个双运放芯片，也可以共同采用一个四运放芯片。

所述的温度补偿电路10由热敏电阻和普通电阻的网络构成，它和恒流源电路8相连，当检测电路在低温（如负40摄氏度）或高温（如80摄氏度）下工作时，它对小光功率的检测精度会有所下降，为了补偿由温度引起的偏差，用温度补偿电路10去干预恒流源电路8，用它的偏移去补偿整体电路的温度偏移。

所述的恒流源电路8为吸流型恒流源，其电路结构如图2所示，其本质上为一个增益为1的反馈放大器，其包括运算放大器12、 NPN晶体三极管13以及恒流调整电阻14，在无光时，其中镜像电路2中的主通道电流I的值由参考电压信号Vref和恒流调整电阻14两者共同确定，且主通道电流I满足I=Vref/Re，其中Vref为参考电压信号的电压值，Re为恒流调整电阻14的阻值，两者中不论改变哪一个时都将改变主通道电流I的值。主通道电流I的大小由所需的电路速度和功耗综合确定。所述的参考电压信号是从参考电压源9发出的。

所述的高压发生器1采用脉宽调制（PWM）方式进行DC—DC升压变换，变换用的升压IC芯片可以为MAX5026、MAX15059、LT3571、LT1930、MIC2290、MIC2288、MP3217等型号的Boost Converter和DC-DC Converter芯片。

所述的镜像电路是由高反压硅PNP型对管构成，如NXP公司的BCM856系列、BCM857系列、BCM62系列、PMP5201系列，ROHM的VT6T12，VT6T2系列等，镜像电路的镜像电流比可根据具体应用情况任意设定。

模拟电子开关4是单个开关，也可以是双开关，模拟电子开关4的通断状态是由触发脉冲信号控制的，控制触发脉冲信号的电平为LVTTL电平或CMOS电平。

本发明具有的优点在于：不论是检测弱光还是检测强光，本发明的光模块突发光功率的检测电路都能得到合适的信号电压幅度，因此OLT光模块可以在大的光动态范围内提高光功率的检测精度。由于本发明的检测电路的反应速度较快，使它对突发短光包的光功率检测精度与测长光包时保持相同。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims

1.一种光模块突发光功率的检测电路，其特征在于：包括高压发生器，所述的高压发生器的输出端连接镜像电路，所述的镜像电路的主通道输出电流至雪崩光电二极管和恒流源电路，次通道输出镜像电流至跨阻放大器，所述的跨阻放大器的输出端顺次通过模拟电子开关、采样保持电容、运放跟随器连接单片机。

2.根据权利要求1所述的光模块突发光功率的检测电路，其特征在于：所述的模拟电子开关受触发脉冲信号控制。

3.根据权利要求1所述的光模块突发光功率的检测电路，其特征在于：还包括温度补偿电路，所述的温度补偿电路与所述的恒流源电路相连接。

4.根据权利要求1所述的光模块突发光功率的检测电路，其特征在于：所述的高压发生器采用脉宽调制方法进行升压变换，所述的高压发生器采用MAX5026、MAX15059、LT3571、LT1930、MIC2290、MIC2288或MP3217型号芯片。

5.根据权利要求1所述的光模块突发光功率的检测电路，其特征在于：所述的镜像电路为单镜像电路或双镜像电路，所述的单镜像电路或双镜像电路由高反压硅PNP型对管构成。

6.根据权利要求1所述的光模块突发光功率的检测电路，其特征在于：所述的恒流源电路由运算放大器和NPN晶体三极管构成，所述的运算放大器的同相端施加有参考电压信号；且所述的跨阻放大器也施加有参考电压源电压信号。