CN103095369A - 一种快速信号检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种快速信号检测电路，包括跨阻放大器及限幅放大器，所述跨阻放大器的负输出端一方面通过直流耦合电路连接到所述限幅放大器的负输入端，另一方面通过交流阻隔电路后连接判决门限提取电路进而连接所述限幅放大器的正输入端。本发明交流阻隔电路可以给交流信号提供一个较大的阻抗，从而在保证通信业务电路正常工作的同时减小了RC电路的时间常数，进而加快了跨阻放大器输入端的信号在包间隔的时间段内快速释放，最终达到突发接收信号检测指示电路快速响应的目的。实验测试，本发明可在900ns的高速时隙内实现信号的快速检测。

Description

一种快速信号检测电路
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光链路局端OLT模块对突发信号响应检测电路。
背景技术
目前基于PON无源光网络技术的FTTX光通信技术已成为了新一代新兴宽带互联网主流技术，自2005年运营商开始逐步进行实际商业化FTTX光网络铺设和运作，到2011年下半年，中国联通第二次PON集采总结2500万线，GPON 1500万线、EPON 1000万线，中国电信也开始向GPON倾斜，但FTTH中，GPON两倍的带宽优势很明显，随着国内快带提速，GPON逐渐成为主流，GPON是一点到多点系统，一个OLT与多个ONU通过树形光纤链路连接，GPON业务是异步的，在上行方向，从各ONU到OLT的数据传输采用时分多址的方式，因此OLT接收部分具有突发式接收的特点，系统运营商需要更高的带宽利用率和更可靠的传输质量保障和线路维护，这样需要系统光链路局端OLT模块对突发接收信号的检测指示实现快速响应。
现有作为局端管理设备OLT一般采用交流耦合电路来完成突发模式接收，其基本信号检测电路如图1所示，包括跨阻放大器（TIA）以及限幅放大器（LA），考虑到TIA与LA之间静态工作点的不同，因而通过RC电路实现耦合隔直，现有信号检测电路对接收信号的响应速度一般在1us-12uS，严重浪费了系统的物理带宽，增加了系统运营成本，由于整个电路接收信号的响应速度取决于时间常数τ=RC，τ越小响应速度越快，而τ值在减小过程中，RC电路滤除了接收数据中的低频分量，会导致当数据为长串连续的“1”或“0”时，脉冲顶部低落进而产生失真，从而该指示信号会误跳转，从而使得通信系统对故障进行误判。因而，业内一直没有一种性价比高的且无需外部控制信号而能实现快速突发信号检测指示的解决方案。
发明内容
为解决现有光链路局端OLT模块对突发信号响应速度慢及存在信号误判的问题，提出一种快速信号检测电路，其采用如下方案予以实现：
一种快速信号检测电路，包括用以将接收的光信号转换为电信号的光敏器件，对所述电信号进行放大并转换成电压信号的跨阻放大器以及对所述电压信号进行放大的限幅放大器，其特征在于：所述跨阻放大器的负输出端一方面通过直流耦合电路连接到所述限幅放大器的负输入端，另一方面通过交流阻隔电路后连接判决门限提取电路进而连接所述限幅放大器的正输入端。
进一步地，本发明还包括供电电源，该供电电源通过稳压电路后分别向所述供电电源跨阻放大器及限幅放大器提供统一的电源。
进一步地，所述判决门限提取电路包括连接在交流阻隔电路与限幅放大器的正输入端之间的交流耦合电阻及连接在限幅放大器的正输入端与地之间的交流耦合电容，所述交流耦合电阻的两端并联有复位开关电路。
进一步地，所述直流耦合电路包括并联连接的直流耦合电阻及隔直电容。
进一步地，所述限幅放大器的的信号检测输出端连接所述复位开关电路的复位触发端。
进一步地，所述交流阻隔电路包括并联连接的电感与电阻。
进一步地，所述稳压电路为低压差线性稳压器。
进一步地，所述跨阻放大器的正、负向输出端分别通过反馈电阻连接所述限幅放大器的参考源输出端。
进一步地，所述直流耦合电路为一射随电路。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果如下：
本发明交流阻隔电路可以给交流信号提供一个较大的阻抗，从而在保证通信业务电路正常工作的同时减小了RC电路的时间常数，进而加快了跨阻放大器输入端的信号在包间隔的时间段内快速释放，最终达到突发接收信号检测指示电路快速响应的目的。实验测试，本发明可在900ns的高速时隙内实现信号的快速检测。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术信号检测原理图；
图2为本发明信号检测电路原理图：
图3为接收信号强度为-30dBm的信号波形图；
图4为接收信号强度为-8dBm的信号波形图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明予以详细介绍。
如图2所示，本发明快速信号检测电路，包括供电电源、光敏器件PD、跨阻放大器TIA以及限幅放大器LA，所述光敏器件用以将接收的光信号转换为电流信号，所述跨组放大器器用以将电流信号放大转换为电压信号，放大后的电压信号进入限幅放大电路，经限幅放大器输出到产品的接口，供系统级的line card进行处理。信号检测指示电路的比较判决电路单元置于限幅放大电路中。所述限幅放大器内置信号检测指示电路Signal Detect Indicated Out（SD），其作用一方面起到告警指示，帮助网络管理单元找出光纤链路中发生故障的模块，简化维护工作，提高系统的可靠性，另一方方面做为系统Reset信号的触发信号，SD响应的越快，才能越快的触发Reset信号，从而提升通信系统的物理带宽。突发信号检测指示信号输出为LVTTL电平，响应速度受限于TIA与LA之间的连接网络。
TIA与LA之间的连接网络如下：所述跨阻放大器的负输出端一方面通过直流耦合电路连接到所述限幅放大器的负输入端，另一方面通过交流阻隔电路后连接判决门限提取电路进而连接所述限幅放大器的正输入端，所述跨阻放大器的正、负向输出端分别通过反馈电阻连接所述限幅放大器的参考源输出端。
所述直流耦合电路为近似直流耦合电路，本实施例直流耦合电路如图2所示包括并联连接的直流耦合电阻及隔直电容，所述电路中，一方面通过电阻R3形成的直流通路维持前后静态工作点一致，另一方面通过隔直电容C1的储能效应使得增大信号的差分动态范围，同时隔直电容C1可避免因电路寄生电容形成时间常数使得信号失真，有效保证信号的完整性。当然近似直流耦合电路还可通过射随电路来实现，与图2所示电路的不同之处在于：TIA的负输出端连接三接管的基级，三接管的集电极连接到电源电压，三接管的射级输出一方面通过可变电阻接地，另一方面连接到LA的负输入端，三极管主要起到隔离信号，避免影响信号灵敏度和保证后续电路信号不失真。
所述交流阻隔电路包括并联连接的电感L与电阻R4，电感L为交流信号提供较大的阻抗，避免有用的高频信号损失，同时起到隔离寄生电容的作用；电阻R4与电感L形成的闭合回路可使电感L上的能量快速均衡掉。
所述判决门限提取电路包括连接在交流阻隔电路与限幅放大器的正输入端之间的交流耦合电阻及连接在限幅放大器的正输入端与地之间的交流耦合电容，所述交流耦合电阻的两端并联有复位开关电路，所述限幅放大器的的信号检测输出端连接所述复位开关电路的复位触发端。复位开关电路使耦合电容上电荷快速的释放，以满足快速响应的需求。因为接收到的光信号是突发的光包，每个光包的强度可能都不相同，那么经光电装换单元输出的电信号强度也随之不同，也就是说不同的电信号强度下，耦合电容的平衡稳定状态都是不同的，那么就需要复位电路帮助耦合电容快速建立新的平衡状态，即为后级的限幅放大器建立判决阈值，保证限幅放大电路输出信号的完整性。
具体电路连接关系如图2所示，TIA的正、负输出端分别通过负载电阻R1、R2接至LA的参考源输出端Vref；TIA的输出/OUT经隔直电容C1与直流耦合电阻R3的并联网络进LA的输入端/In，隔直电容C1为TIA输出的电信号提供交流通路，TIA输出的静态偏置通过直流耦合电阻R3为LA的/In端提供静态偏置；电感L和电阻R4的并联网络起到提供直流通路和交流的隔离作用，以免有用的交流信号因开关的结电容噪声较大的损耗，同时也削弱开关的噪声对有用信号的干扰；交流耦合电阻R5和交流耦合电容C2组成一个RC网络，用以提取信号的均值，作为LA的判决电平。
在PON系统的Ranging工作模式中，接收信号检测指示信号跟随接收信号的有无进行跳转，以表示接收信号的有无，突发信号包之间的间隔是无信号的，检测指示信号必须快速响应，响应的越快，实际系统中就可以尽可能缩短包间隔，从而节省通信带宽，提高带宽利用率。低压差线性稳压器Low Dropout Regulator为TIA和LA提供电源的同时，也为他们提供稳定的工作电压，从而保证TIA输出和LA输入的偏置电平的稳定，从而保证通信业务电路部分平稳工作。如图2所示电路中，我们将TIA的输出静态偏置电平通过直流耦合电阻R3传导给LA的输出端，为其提供偏置电平，通过L与R4并联再和R5串联，保证交流负载足够大的同时，也提供了低阻抗的直流通路，从而在保证通信业务电路正常工作的同时减小了RC电路的时间常数，进而加快了LA输入端的信号在包间隔的时间段内快速释放，最终达到突发接收信号检测指示电路快速响应的目的。
TIA的输出负载R1、R2越小，TIA与LA之间的电路的RC时间常数越小，越有利于无光时间段内的电荷释放，从而越能提高信号检测指示电路快速响应速度。但TIA的负载不能无限小，需要兼顾通信业务电路部分的性能。总之，要获得突发接收信号检测指示电路快速响应就必须想办法在保证正常同业务不受影响的前提下尽量减小TIA与LA之间的电路单元的充放电的时间常数。突发接收信号检测指示电路响应速度受接收光信号强度的影响，如图3及图4所示，图3为信号强度为-30dBm的信号波形图，其横轴为时间，图中每一格为200ns，纵轴为信号幅度；图4为信号强度为-8dBm的信号波形图，其横轴为时间，图中每一格为500ns，纵轴为信号幅度。如上两图比较可看出，信号强度越强，指示电路响应越慢。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种快速信号检测电路，包括用以将接收的光信号转换为电信号的光敏器件，对所述电信号进行放大并转换成电压信号的跨阻放大器以及对所述电压信号进行放大的限幅放大器，其特征在于：所述跨阻放大器的负输出端一方面通过直流耦合电路连接到所述限幅放大器的负输入端，另一方面通过交流阻隔电路后连接判决门限提取电路进而连接所述限幅放大器的正输入端。
2.根据权利要求1所述的快速信号检测电路，其特征在于：还包括供电电源，该供电电源通过稳压电路后分别向所述供电电源跨阻放大器及限幅放大器提供统一的电源。
3.根据权利要求1或2所述的快速信号检测电路，其特征在于：所述判决门限提取电路包括连接在交流阻隔电路与限幅放大器的正输入端之间的交流耦合电阻及连接在限幅放大器的正输入端与地之间的交流耦合电容，所述交流耦合电阻的两端并联有复位开关电路。
4.根据权利要求3所述的快速信号检测电路，其特征在于：所述直流耦合电路包括并联连接的直流耦合电阻及隔直电容。
5.根据权利要求4所述的快速信号检测电路，其特征在于：所述限幅放大器的的信号检测输出端连接所述复位开关电路的复位触发端。
6.根据权利要求5所述的快速信号检测电路，其特征在于：所述交流阻隔电路包括并联连接的电感与电阻。
7.根据权利要求6所述的快速信号检测电路，其特征在于：所述稳压电路为低压差线性稳压器。
8.根据权利要求7所述的快速信号检测电路，其特征在于：所述跨阻放大器的正、负向输出端分别通过反馈电阻连接所述限幅放大器的参考源输出端。
9.根据权利要求1所述的快速信号检测电路，其特征在于：所述直流耦合电路为一射随电路。
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