CN103166714B - 基于突发模式光接收机的信号检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于突发模式光接收机的信号检测装置，包括：限幅放大器、隔离电阻、倍压峰值检波电路、泄放电路以及比较器。限幅放大器响应于接收的两路电信号，生成反相的第一数据信号和第二数据信号并向外部设备输出；隔离电阻对来自限幅放大器的第一数据信号进行隔离后，输入到倍压峰值检波电路；倍压峰值检波电路对接收的第一数据信号进行滤波、充电及保持，生成与第一数据信号幅值近似的电压信号并向比较器和泄放电路输出；泄放电路在第一数据信号结束时对接收的电压信号进行放电；比较器将接收的电压信号与参考电压进行比较，并根据比较结果输出检测信号。本发明降低了装置输出检测信号的响应时间，使得响应时间可以在10～30ns内。

Description

基于突发模式光接收机的信号检测装置

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种基于突发模式光接收机的信号检测装置。

背景技术

光网络（PON）是实现宽带光接入的一种常用网络形式，按承载的内容来分类，PON主要包括：基于异步传输模式（ATM）的无源光网络（APON）、宽带无源光网络（BPON）、基于以太网（Ethernet）的无源光网络（EPON）、基于通用成帧规程（GFP）的吉比特无源光网络（GPON）等。

其中，GPON技术针对1Gb/s以上的PON标准，具有更高的速率，支持全业务、效率更高，适合于少数对带宽要求高、需要提供电信级服务质量，且对成本不敏感的多业务需求的企事业单位的接入。

现有GPON系统主要由光发射机、突发模式光接收机、光中继器、光纤以及光器件等组成。其中，突发模式光接收机（如光电二极管或雪崩光电二极管（APD））用于实现光和电的转换，即将来自光纤的光信号还原成电信号，进行放大、整形、再生处理后，生成数据信号，输出至外部设备，同时，根据接收的光信号进行信号检测（SD）处理，向外部设备输出检测信号，以通知外部设备开始接收突发模式光接收机输出的数据信号，以进行后续数据处理。关于光发射机、光中继器、光纤以及光器件的具体描述，由于与本申请不相关，具体可参见相关技术文献，在此不再赘述。

信号检测模块是突发模式光接收机的一个组成部分，在现有技术中，SD功能是通过信号检测模块内置的信号检测功能实现的。

图1是现有突发模式光接收机的电路结构示意图。参见图1，突发模式光接收机包括：光电二极管（PD）1011、跨阻放大器（TIA）1012以及信号检测模块1013。光电二极管1011接收外部光信号，将光信号转化为电信号，并将转化后的电信号传递给跨阻放大器1012。跨阻放大器1012接收光电二极管1011输出的电信号，转换为两路电信号，并将转换的两路电信号传输给信号检测模块1013。信号检测模块1013接收由跨阻放大器1012输出的两路电信号，进行放大，输出两路数据信号RD+和RD-。同时，信号检测模块1013还根据接收的两路电信号进行信号检测，并输出检测信号，以通知外部设备开始接收信号检测模块1013输出的两路数据信号RD+和RD-。

信号检测模块1013包括：限幅放大器1014、电平检测电路1015以及集电极开路门-晶体管逻辑电平缓冲器（OC-TTLBuffer）1016。限幅放大器1014对接收的两路电信号进行放大后，分别向外部设备以及电平检测电路1015输出数据信号RD+和RD-，其中，数据信号RD+和数据信号RD-相位相反。电平检测电路1015接收限幅放大器1014输出的数据信号RD+和RD-，进行滤波处理以及充电后，向集电极开路门-晶体管逻辑电平缓冲器1016输出直流的与第一数据信号幅值近似的电压信号。集电极开路门-晶体管逻辑电平缓冲器1016将接收的与第一数据信号幅值近似的电压信号与参考电压Vref1进行比较。如果集电极开路门-晶体管逻辑电平缓冲器1016接收的与第一数据信号幅值近似的电压信号的电压值大于参考电压值，表明数据信号RD+和RD-有效，集电极开路门-晶体管逻辑电平缓冲器1016输出高电平信号的检测信号，通知外部设备接收限幅放大器1014输出的两路数据信号RD+和RD-进行相应处理。外部设备在接收到高电平信号后，根据预先设置的策略，可以获取两路数据信号的持续时间，从而确定接收两路数据信号的持续时间，并在确定的持续时间到时，停止接收以节约相应的处理资源。当然，实际应用中，如果光电二极管1011没有接收到外部光信号，则限幅放大器1014输出的数据信号RD+和RD-经过电平检测电路1015的滤波处理，向集电极开路门-晶体管逻辑电平缓冲器1016输出的与第一数据信号幅值近似的电压信号的电压值将小于参考电压值。这种情况下，表明数据信号RD+和RD-无效，集电极开路门-晶体管逻辑电平缓冲器1016输出低电平信号的检测信号，以使下一周期的外部光信号到来时，经过电平检测电路1015的滤波处理，使得向集电极开路门-晶体管逻辑电平缓冲器1016输出的与第一数据信号幅值近似的电压信号的电压值重新大于参考电压值，从而重新输出高电平信号以通知外部设备。

由上述可见，现有的突发模式光接收机，在通过信号检测模块1013进行信号检测时，电平检测电路1015由于需要对数据信号RD+和RD-进行滤波处理。进行滤波处理的低通滤波电路，电容值较大。因而，低通滤波电路充放电速度较慢，充放电时间较长，使得低通滤波电路响应时间较长，从而使得输出至外部设备的高电平信号具有延时，导致输出至外部设备的数据信号RD+和RD-得不到有效处理。例如，在接收到经过延时的高电平信号后，再对数据信号RD+和RD-进行处理，不能对延时之前的有效数据信号RD+和RD-进行处理，使得有效处理的数据信号RD+和RD-的带宽变窄，降低处理结果的准确性。

发明内容

本发明的实施例提供一种基于突发模式光接收机的信号检测装置，缩短电路响应时间。

为达到上述目的，本发明实施例提供的一种基于突发模式光接收机的信号检测装置，包括：限幅放大器、隔离电阻、倍压峰值检波电路、泄放电路以及比较器，其中，

所述限幅放大器对接收的两路电信号进行限幅、放大，生成相位相反的第一数据信号和第二数据信号并向外部设备输出；

隔离电阻对从所述限幅放大器接收第一数据信号并进行隔离，将隔离后的第一数据信号输入到倍压峰值检波电路；

倍压峰值检波电路对第一数据信号进行滤波、充电及保持，生成与第一数据信号幅值近似的直流电压信号并向比较器和泄放电路输出；

泄放电路在第一数据信号结束后，将从倍压峰值检波电路接收的与第一数据信号幅值近似的直流电压信号进行放电；

比较器将接收的与第一数据信号幅值近似的电压信号与参考电压进行比较，在接收的与第一数据信号幅值近似的直流电压信号的电压值大于参考电压值时，向外部设备输出高电平信号；在接收的与第一数据信号幅值近似的直流电压信号的电压值小于参考电压值时，向外部设备输出低电平信号。

较佳地，所述倍压峰值检波电路包括：第一电容、第一肖特基二极管、第二肖特基二极管以及第二电容。其中，第一电容的一端与隔离电阻的一端相连，另一端分别与第一肖特基二极管的正极以及第二肖特基二极管的负极相连；第一肖特基二极管的负极与第二电容的一端相连；第二电容的另一端与第二肖特基二极管的正极相连并接地。

较佳地，在第一电容接收到的第一数据信号为正脉冲信号时，第一肖特基二极管导通，第二肖特基二极管截止，第一数据信号通过第一电容以及第一肖特基二极管，对第二电容进行充电；在数据信号为负脉冲信号时，第一肖特基二极管截止，第二肖特基二极管导通，第一数据信号通过第二肖特基二极管对第一电容进行反向充电，在下一个正脉冲周期内，第一电容在前一负脉冲信号周期内形成的反向充电电压，与接收的正脉冲信号电压形成正向串联，通过第一肖特基二极管对第二电容进行充电。

较佳地，所述泄放电路采用并联的泄放电阻和电子开关进行放电，泄放电阻和电子开关的一端和第二电容的一端相连，另一端接地；所述电子开关用于在接收到接通控制信号时接通以使第二电容快速放电。

第一数据信号持续时间检测电路，用于基于接收的第一数据信号确定出第一数据信号持续存在时间，并在第一数据信号持续存在时间到达时向所述电子开关发送所述接通控制信号。

较佳地，进一步包括：第一电阻以及第二电阻。其中，第一电阻的一端与第二电容的一端相连，另一端分别与第二电阻的一端以及比较器的同相输入端相连；第二电阻的另一端与比较器的输出端相连。

较佳地，所述隔离电阻的阻值小于100Ω。

较佳地，所述参考电压的取值为倍压峰值检波电路输出电压峰值的1/3至1/2。

较佳地，所述第一电容的电容值大于第二电容的电容值，并且第二电容的电容值小于50pF。

较佳地，所述泄放电阻的阻值为39kΩ。

由上述可见，本发明提供的一种基于突发模式光接收机的信号检测装置，本发明采用倍压峰值检波电路替换电平检测电路，以降低信号检测装置输出检测信号的响应时间，使得响应时间可以在10～30ns内，从而满足GPON系统的要求。

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，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，以下描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。

图1是现有突发模式光接收机的电路结构示意图；

图2是本发明基于突发模式光接收机的信号检测装置的电路结构示意图；

图3是本发明的倍压峰值检波电路的相应波形示例图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

本发明提出一种基于突发模式光接收机的信号检测装置，和现有技术相比，本发明采用倍压峰值检波电路替换电平检测电路，用于降低信号检测装置输出检测信号的响应时间，使得响应时间可以在10～30ns内，从而满足GPON系统的要求。

图2是本发明基于突发模式光接收机的信号检测装置的电路结构示意图。参见图2，图中，以带黑点的连接表示两电路形成物理连接，未带黑点的连接表示两电路未形成物理连接，即两线路并未形成真正连接点，该装置包括：限幅放大器100、隔离电阻101、倍压峰值检波电路111、泄放电路113以及比较器112。

限幅放大器100接收外部的两路电信号，进行限幅、放大后，生成相位相反的第一数据信号和第二数据信号，向外部设备输出，并将第一数据信号输出至隔离电阻101。本发明中，限幅放大器100从如图1所示的跨阻放大器接收两路电信号。

本发明实施例中，第一数据信号为RD+信号，第二数据信号为RD-信号，关于RD+信号与RD-信号的详细描述，具体可参见相关技术文献，在此不再赘述。

隔离电阻101对接收的第一数据信号进行隔离，输入到倍压峰值检波电路111。隔离电阻101利用自身的分压特性，避免了完整性的峰值检波电路对限幅放大器输出信号完整性的影响。

倍压峰值检波电路111对接收的第一数据信号进行滤波、充电及保持，生成与第一数据信号幅值近似的直流的电压信号并向比较器112和泄放电路113输出直流的电压信号。

泄放电路113在第一数据信号结束后，对倍压峰值检波电路111输出的电压信号进行放电。

比较器112将接收的与第一数据信号幅值近似的直流电压信号与参考电压进行比较。如果接收的与第一数据信号幅值近似的直流电压信号的电压值大于参考电压值，比较器112向外部设备输出高电平信号；如果接收的与第一数据信号幅值近似的直流电压信号的电压值小于参考电压值，比较器112向外部设备输出低电平信号。

本发明实施例中，比较器112包括：同相输入端、参考电压输入端、电源端、接地端以及输出端。其中，同相输入端接收倍压峰值检波电路111输出的电压信号，参考电压输入端接入参考电压，电源端接入工作电源，接地端接地，输出端输出高电平或低电平的检测信号。

倍压峰值检波电路111包括：第一电容102、第一肖特基二极管103、第二肖特基二极管104以及第二电容105。

第一电容102的一端连接到隔离电阻101，另一端分别与第一肖特基二极管103的正极以及第二肖特基二极管104的负极相连。第一肖特基二极管103的负极与第二电容105的一端相连；第二电容105的另一端与第二肖特基二极管104的正极相连并接地。

本发明实施例中，第一数据信号包括正脉冲信号以及负脉冲信号，其中，正脉冲信号周期以及负脉冲信号周期相互交替。在第一电容102接收的第一数据信号为正脉冲信号时，第一肖特基二极管103导通，第二肖特基二极管104截止，第一数据信号（正脉冲信号）通过第一电容102以及第一肖特基二极管103，对第二电容105进行充电；在第一数据信号为负脉冲信号时，第一肖特基二极管103截止，第二肖特基二极管104导通，第一数据信号（负脉冲信号）通过第二肖特基二极管104对第一电容102进行反向充电，即与第二肖特基二极管104的负极相连的第一电容102的一端极性为正。这样，在下一个正脉冲信号周期内，第一电容102在前一负脉冲信号周期内形成的反向充电电压，与接收的正脉冲信号电压形成正向串联，通过第一肖特基二极管103，对第二电容105进行充电。

泄放电路113可以是泄放电阻106，也可以是电子开关107，也可以是并联的泄放电阻106和电子开关107。由于由第二电容105和泄放电阻106组成的电路的放电速度较慢，如果要求较快的放电速度，则泄放电路113需要使用电子开关107。在图2所示的实施例中，泄放电路113包括并联的泄放电阻106和电子开关107。其中，泄放电阻106和电子开关107的一端与第二电容105的一端相连，另一端接地。

第二电容105与泄放电阻106形成的放电回路，其放电时间常数与第二电容105的电容值与泄放电阻106的电阻值乘积相关，本发明实施例中，为了不影响外部设备正常接收前后周期（对应外部光信号的输入周期）的数据信号，需要设置泄放回路的放电时间常数小于外部光信号的输入周期。具体地，在外部光信号的一个输入周期和下一个输入周期之间，第二电容105需要通过泄放电阻111放电完毕，以使在外部光信号的一个输入周期和下一个输入周期之间，比较器112能够实现输出高电平信号与低电平信号的状态转换，从而保障外部设备正常接收前后周期的数据信号。关于放电常数的设置，后续再进行具体描述。

对于泄放电路113采用电子开关107的情形，需要通过外部设备输入的控制信号控制电子开关107的通断。本发明实施例中，电子开关107的常用状态为常开，在接收到外部设备输入的控制信号后导通，可以使第二电容105快速放电。例如，控制信号可以是外部设备接收到高电平信号后，根据预先设置的策略，获取两路数据信号的持续存在时间，作为接收两路数据信号的持续时间。在达到所述持续时间时，向电子开关107输出接通控制信号，以使电子开关107接通，从而使第二电容105快速放电。

作为一个示例，本发明的信号检测装置还包括第一数据信号持续时间检测电路（图中未示出），用于基于接收的第一数据信号确定出第一数据信号持续存在时间，并在第一数据信号持续存在时间到达时向所述电子开关发送所述接通控制信号。

本发明实施例中，第一电容102的电容值远大于第二电容105的电容值。较佳地，第二电容105的电容值小于50pF，例如，可以设置第二电容105的电容值大约为5pF，第一电容102的电容值大约为470pF。

较佳地，隔离电阻101的阻值小于100Ω，实际应用中，隔离电阻101的阻值可以设置为43Ω。

泄放电阻111的阻值大约为39kΩ。

根据本发明的实施例，倍压峰值检波电路111的响应时间，即充电时间常数与第二电容105和隔离电阻101相关。具体来说，所述响应时间为隔离电阻101的电阻值和第二电容105的电容值的乘积。本发明的上述实施例中，充电时间常数小于5ns，可以实现倍压峰值检波电路111的响应时间小于5ns，有效降低了倍压峰值检波电路的响应时间。

实际应用中，在接收的与第一数据信号幅值近似的电压信号由弱至强的过程中，可能会出现比较器112接收的与第一数据信号幅值近似的电压信号的电压值在参考电压值附近波动的情形，将导致比较器112频繁输出高或低的电平信号，使得输出的检测信号不稳定，从而影响外部设备进行相应数据信号的处理。基于此，本发明实施例中，所述装置进一步包括：第一电阻108以及第二电阻109，其中，

第一电阻108的一端与第二电容105的一端相连，另一端分别与第二电阻109的一端以及比较器112的同相输入端相连；

第二电阻109的另一端与比较器112的输出端相连。

第一电阻108和第二电阻109构成滞回电路，第二电阻109用于将比较器112输出的电平信号反馈至比较器112的同相输入端。这样，第二电容105通过泄放电阻111或电子开关107开始进行放电时，比较器112输出高电平信号，由于滞回返回的影响，当第二电容105上的电压达到预先设置的第一滞回电压时，比较器112输出的高电平信号才会翻转；同样地，在第二电容105充电的过程中，比较器112初始输出低电平信号，当第二电容105上的电压达到预先设置的第二滞回电压时，比较器112输出的低电平信号才会翻转。从而避免了比较器112同相输入端与参考电压输入端之间的电压存在较小的波动，导致比较器112的输出发生连续变化引起的输出振荡。

较佳地，参考电压Vref的取值为倍压峰值检波电路111输出电压峰值的1/3至1/2。

图3是本发明限幅放大器输出的第一数据信号波形以及倍压峰值检波电路输出的电平信号波形示意图。参见图3，电平信号电压上升到1/2电压幅度的时间小于3ns，现在高速比较器的输出延迟Δt可以做到5～7ns，因此本发明的倍压峰值检波电路的响应时间可以做到小于10ns。

显然，本领域技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种基于突发模式光接收机的信号检测装置，其特征在于，该信号检测装置包括：限幅放大器、隔离电阻、倍压峰值检波电路、泄放电路以及比较器，其中，

所述限幅放大器对接收的两路电信号进行限幅、放大处理，生成相位相反的第一数据信号和第二数据信号并向外部设备输出；

隔离电阻对从所述限幅放大器接收第一数据信号并进行隔离，将隔离后的第一数据信号输入到倍压峰值检波电路；

倍压峰值检波电路对第一数据信号进行滤波、充电及保持处理，生成与第一数据信号幅值近似的直流电压信号并向比较器和泄放电路输出；

泄放电路在第一数据信号结束后，将从倍压峰值检波电路接收的与第一数据信号幅值近似的直流电压信号进行放电；

比较器将接收的与第一数据信号幅值近似的直流电压信号与参考电压进行比较，在接收的与第一数据信号幅值近似的直流电压信号的电压值大于参考电压值时，向外部设备输出高电平信号；在接收的与第一数据信号幅值近似的直流电压信号的电压值小于参考电压值时，向外部设备输出低电平信号；

所述倍压峰值检波电路包括：第一电容、第一肖特基二极管、第二肖特基二极管以及第二电容，其中，

第一电容的一端连接到所述隔离电阻时，另一端与第一肖特基二极管的正极相连，第一肖特基二极管的负极与第二电容的一端相连；

第一电容的一端连接到所述隔离电阻时，另一端与第二肖特基二极管的负极相连，第二肖特基二极管的正极与第二电容的另一端相连并接地。

2.根据权利要求1所述的信号检测装置，其特征在于，

在第一电容接收到的第一数据信号为正脉冲信号时，第一肖特基二极管导通，第二肖特基二极管截止，第一数据信号通过第一电容以及第一肖特基二极管，对第二电容进行充电；

在数据信号为负脉冲信号时，第一肖特基二极管截止，第二肖特基二极管导通，第一数据信号通过第二肖特基二极管对第一电容进行反向充电，在下一个正脉冲周期内，第一电容在前一负脉冲信号周期内形成的反向充电电压，与接收的正脉冲信号电压形成正向串联，通过第一肖特基二极管对第二电容进行充电。

3.根据权利要求1所述的信号检测装置，其中，所述泄放电路包括并联的泄放电阻和电子开关，所述泄放电阻和电子开关并联的一端和第二电容的一端相连，并联的另一端接地；所述电子开关用于在接收到接通控制信号时接通以使第二电容快速放电。

4.根据权利要求3所述的信号检测装置，进一步包括：

第一数据信号持续时间检测电路，用于基于接收的第一数据信号确定出第一数据信号持续存在时间，并在第一数据信号持续存在时间到达时向所述电子开关发送所述接通控制信号。

5.根据权利要求1所述的信号检测装置，其特征在于，进一步包括：第一电阻以及第二电阻，其中，

第一电阻的一端与第二电容的一端相连，另一端分别与第二电阻的一端以及比较器的同相输入端相连；

第二电阻的另一端与比较器的输出端相连。

6.根据权利要求1所述的信号检测装置，其特征在于，所述隔离电阻的阻值小于100Ω。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述参考电压的取值为倍压峰值检波电路输出电压峰值的1/3至1/2。

8.根据权利要求1所述的信号检测装置，其特征在于，所述第一电容的电容值大于第二电容的电容值，并且第二电容的电容值小于50pF。

9.根据权利要求3所述的信号检测装置，其特征在于，所述泄放电阻的阻值为39kΩ。