CN103178905B - 光模块及其突发光信号接收电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光模块及其突发光信号接收电路，所述电路包括：光电二极管、TIA、限幅放大器、共模电压调整电路；其中，TIA的差分电信号输出端与限幅放大器的差分电信号输入端相连；共模电压调整电路的共模电压输出端与限幅放大器的差分电信号输入端相连，共模电压调整电路用以在接收到系统设备输出的Reset有效信号时，将共模电压加载到所述限幅放大器的差分电信号输入端。由于不再采用电容耦合方式，从而不必在接收完毕一个光信号突发包后，对电容进行放电，以更为快速地为接收下一个光信号突发包做好准备，达到提高光网络中数据传输的速率，提高光网络带宽的目的。

Description

光模块及其突发光信号接收电路

技术领域

本发明涉及光纤通信技术，尤其涉及一种光模块及其突发光信号接收电路。

背景技术

目前的国内市场以及国际市场，高带宽、高速率和多种业务融合的光纤通信方向已经开始应用；在众多的解决方案中，光纤到户（FTTH）的出现便被认为是宽带接入的终极解决方案。

FTTH的光网络通常如图1所示，中心局的OLT（Optical Line Terminal，光线路终端）通过ODN（光馈线网络）与POS（Passive Optical Splitter，无源分光器）相连，POS通常简称为Splitter（分光器），一般有2N个均分端口，如果其上行端口输入的光强为1，则其每个下行端口输出的光强为1/N。对于一个FTTH网络，一般是1个OLT放在电信中心局，然后通过分光器，一般至少是1分32，或者1分64甚至1分128，即1个OLT带32或64或128个ONU（OpticalNetwork Unit，光网络单元）。

光模块是光网络中的OLT和ONU设备的重要组成部分，用以进行光信号与电信号的互相转换。OLT或ONU中光模块都可以与OLT或ONU中的系统设备进行通信。例如，ONU中，ONU光模块通过IIC总线与ONU系统设备进行通信；OLT中，OLT光模块通过IIC总线与OLT系统设备进行通信。

为了提高光网络的带宽，光模块中的光信号接收电路的突发接收性能越来越受到重视；在现有技术中，光模块中具有光信号突发接收功能的突发光信号接收电路如图2所示，主要包括：ROSA（Receiver Optical Subassembly，光接收组件）、限幅放大电路和复位放电电路。

其中，ROSA中通常包括有光电二极管和TIA。所述光电二极管具体可以是应用于GPON网络的光模块中的APD（Avalanche Photo Diode，雪崩光电二极管），也可以是应用于EPON网络的光模块中的PIN光电二极管（在P、N结之间加进一个接近本征材料的I区，形成PIN结构的半导体光电探测器）。光电二极管探测到光信号后会输出相应的响应电流Ipd到TIA；TIA（TranimpedanceAmplifier，跨阻放大器）根据接收的响应电流Ipd输出相应的差分电信号；TIA输出的差分电信号通过电容耦合输入到限幅放大器，限幅放大器输出相应的电信号作为接收的数据0或1发送到OLT或ONU中的系统设备。

具有光信号突发接收功能的光模块可以接收光网络中传输的光信号突发包。光信号突发包中通常包括：32bit的防护时间（Guard Time）、44bit的前导码时间（Preamble Time）20bit的定界符时间（Delimiter Time）；防护时间是指为避免光信号突发包冲突，在两个连续光信号突发包之间提供时间间隔；前导码是为方便提取相位以获得比特同步和接收信号幅度恢复的；而定界符是一种用于指示光信号突发包开始的特殊码型，其可用来执行字节同步；除此之外，还规定了最长72bit的CID（Consecutive Identical Digit，连续相同的比特数量）码。

然而，由于差分电信号是通过电容耦合进限幅放大器的，因电容的电荷积累效应，有可能在前的光信号突发包在电容上的剩余电荷会影响限幅放大器对在后的光信号突发包的正常接收；

事实上，在接收完毕一个光信号突发包后，由于电容的电荷积累效应，可能会到导致限幅放大器的差分电信号的两个输入端长时间有较大的电压差，比如200mV的电压差；这样，在下一个光信号突发包发送过来时，可能会出现TIA接收下一个光信号突发包输出的差分电信号与电容上积累的电荷相互抵消，而导致限幅放大器不得不花更多的时间才能正确建立判决门限，之后才能正确进行数据的接收；换言之，电容上积累的电荷将会影响对下一个光信号突发包的接收。

因此，为了提高接收数据的速率，尽量减少两个连续光信号突发包之间的时间间隔，复位放电电路被用于在接收完毕一个光信号突发包后，将电容短路接地，以快速释放掉其剩余电荷，为接收下一个光信号突发包作准备。具体地，OLT或ONU中的系统设备在确定一个光信号突发包接收完毕后，会通过其Reset信号输出端输出特定时长（一般6.4ns）的Reset有效信号，复位Reset信号被发送到复位放电电路，Reset有效信号用以控制复位放电电路中的短路开关的连接，将电容上的剩余电荷进行释放。

然而，本发明的发明人发现，通过复位放电电路来释放电容的剩余电荷，即通过RC电路释放剩余电荷仍然需要较长时间，因此，现有技术的光模块的光信号接收电路的突发接收性能越来越不能满足高速率数据传输的要求，即不能满足更高带宽的要求；因此，有必要提供一种光信号突发接收性能更高的光模块，以提高光网络中数据传输的速率，即提高光网络的带宽。

发明内容

本发明的实施例提供了一种光模块及其突发光信号接收电路，用以提高光模块的光信号突发接收性能。

根据本发明的一个方面，提供了一种光模块中突发光信号接收电路，包括：光电二极管、TIA、限幅放大器；以及还包括：共模电压调整电路；

其中，所述TIA的差分电信号输出端与所述限幅放大器的差分电信号输入端相连；

所述共模电压调整电路的共模电压输出端与所述限幅放大器的差分电信号输入端相连，所述共模电压调整电路用以在接收到系统设备输出的Reset有效信号时，将共模电压加载到所述限幅放大器的差分电信号输入端。

进一步，所述共模电压调整电路还用以在接收到系统设备输出的Reset无效信号时，释放与所述限幅放大器的差分电信号输入端相连的差分信号线。

其中，所述共模电压调整电路具体包括：共模电压输出单元和控制单元；其中，所述共模电压输出单元的共模电压输出端作为所述共模电压调整电路的共模电压输出端与所述限幅放大器的差分电信号输入端相连；

所述控制单元在接收到所述Reset有效信号时，控制所述共模电压输出单元将共模电压加载到所述限幅放大器的差分电信号输入端；

所述控制单元在接收到所述Reset无效信号时，控制共模电压输出单元释放与所述限幅放大器的差分电信号输入端相连的差分信号线。

较佳地，所述光电二极管的电流输出端与所述TIA的电流输入端相连；所述光电二极管在探测到光信号后，从其电流输出端输出响应电流到所述TIA，所述TIA根据接收的响应电流，从其差分电信号输出端输出相应的差分电信号。

较佳地，所述电路所在的光模块具体为OLT光模块或ONU光模块；以及所述系统设备具体为OLT系统设备或ONU系统设备。

较佳地，所述光电二极管具体为APD或PIN光电二极管。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种光模块，包括：光电二极管、TIA、限幅放大器；以及还包括：共模电压调整电路；

其中，所述TIA的差分电信号输出端与所述限幅放大器的差分电信号输入端相连；

所述共模电压调整电路的共模电压输出端与所述限幅放大器的差分电信号输入端相连，所述共模电压调整电路用以在接收到系统设备输出的Reset有效信号时，将共模电压加载到所述限幅放大器的差分电信号输入端，将共模offset调整至最小，已获得较好的灵敏度。

进一步，所述共模电压调整电路还用以在接收到系统设备输出的Reset无效信号时，释放与所述限幅放大器的差分电信号输入端相连的差分信号线。

较佳地，所述共模电压调整电路具体包括：共模电压输出单元和控制单元；其中，所述共模电压输出单元的共模电压输出端作为所述共模电压调整电路的共模电压输出端与所述限幅放大器的差分电信号输入端相连；

所述控制单元在接收到所述Reset有效信号时，控制所述共模电压输出单元将共模电压加载到所述限幅放大器的差分电信号输入端；

所述控制单元在接收到所述Reset无效信号时，控制共模电压输出单元释放与所述限幅放大器的差分电信号输入端相连的差分信号线。

本发明实施例提供的光模块中，由于TIA与限幅放大器采用直连方式、并由共模电压调整电路来保证限幅放大器的差分电信号输入端间的Offset电压接近0，而不再采用电容耦合方式，从而不必在接收完毕一个光信号突发包后，对电容进行放电，以更为快速地为接收下一个光信号突发包做好准备，也就可以进一步减少两个连续光信号突发包之间的时间间隔，提高光网络中数据传输的速率，即提高光网络的带宽。

附图说明

图1为现有技术的FTTH光网络示意图；

图2为现有技术的光模块中的突发光信号接收电路；

图3为本发明实施例的光模块中的突发光信号接收电路；

图4为本发明实施例的共模电压提供电路内部电路框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

本申请使用的“模块”、“系统”等术语旨在包括与计算机相关的实体，例如但不限于硬件、固件、软硬件组合、软件或者执行中的软件。例如，模块可以是，但并不仅限于：处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行程序、执行的线程、程序和/或计算机。

本发明的发明人考虑到，可以将TIA输出的差分电信号直连到限幅放大器，不再通过电容耦合到限幅放大器，从而在接收完毕一个光信号突发包后，不用将电容上的剩余电荷进行释放，而能为接收下一个光信号突发包快速作好准备。然而将TIA输出的差分电信号直连到限幅放大器的差分电信号输入端也面临一个问题，即TIA的内部电路可能会对限幅放大器的差分电信号输入端的静态偏置电压造成影响，导致数据接收的不正常。由此，本发明的技术方案中，在光模块的突发光信号接收电路中，采用了一个共模电压调整电路为限幅放大器的两个差分电信号输入端提供共模电压，使得限幅放大器的两个差分电信号输入端的静态偏置电压的偏差Offset电压接近于0，从而不影响接收后续的数据。

由于为限幅放大器的两个差分电信号输入端提供共模电压的速度要大大快于电容释放电荷的速度，因此，本发明的光模块可以更为快速地为接收下一个光信号突发包做好准备，也就可以进一步减少两个连续光信号突发包之间的时间间隔，提高光网络中数据传输的速率，即提高光网络的带宽。

下面结合附图详细说明本发明实施例的技术方案。本发明实施例提供的OLT或ONU光模块中的突发光信号接收电路，如图3所示，包括：光电二极管301、TIA302、限幅放大电路303和共模电压调整电路304。

光电二极管301的电流输出端与TIA302的电流输入端相连；光电二极管301具体可以是APD或PIN光电二极管。光电二极管301用于将探测到的光信号转换为相应的响应电流Ipd通过其电流输出端输出到TIA302；TIA302根据接收的响应电流Ipd，从其差分电信号输出端输出相应的差分电信号。

TIA302的差分电信号输出端与限幅放大器303的差分电信号输入端相连；TIA302通过其差分电信号输出端输出差分电信号到限幅放大器303，限幅放大器303输出相应的电信号作为接收的数据0或1发送到OLT或ONU中的系统设备。

共模电压调整电路304的共模电压输出端与限幅放大器303的差分电信号输入端相连；共模电压调整电路304还与OLT或ONU系统设备的Reset信号输出端相连。

OLT或ONU中的系统设备在确定一个光信号突发包接收完毕后，会通过其Reset信号输出端输出特定时长的Reset有效信号，其它时候则输出Reset无效信号；共模电压调整电路304在接收到OLT或ONU系统设备的Reset信号输出端输出的Reset有效信号时，将共模电压加载到所述限幅放大器的差分电信号输入端，也就是为限幅放大器303的差分电信号输入端提供共模电压；从而将限幅放大器303的差分电信号输入端的电压强制到提供的共模电压上，可以有效地消除限幅放大器的两个差分电信号输入端的静态偏置电压的Offset电压，以正常接收TIA后续输出的差分电信后，即光模块可以正常接收后续的光信号突发包。而将限幅放大器303的差分电信号输入端的电压强制到提供的共模电压上的时间要远小于电容的电荷放电时间；因此，本发明光模块中的突发光信号接收电路可以更为快速地为接收下一个光信号突发包做好准备，也就可以进一步减少两个连续光信号突发包之间的时间间隔，提高光网络中数据传输的速率，即提高光网络的带宽。

共模电压调整电路304在接收到OLT系统设备的Reset信号输出端输出的Reset无效信号时，释放与所述限幅放大器的差分电信号输入端相连的差分信号线，使其工作在正常的业务模式，限幅放大器303的差分电信号输入端将直接接收TIA302的差分电信号输出端输出的电压；也就是说，共模电压调整电路304在接收到Reset无效信号时，断开与所述限幅放大器的差分电信号输入端的连接，或者将其共模电压输出端设置为高阻状态。在下个光信号突发包到达时，由于光电二极管301探测到光信号，TIA302将通过其差分电信号输出端输出具有一定电压差的差分信号，限幅放大器303的差分电信号输入端根据TIA302输出的差分信号可以快速建立判决门限，从而正确接收数据。

共模电压调整电路304的内部结构框图，如图4所示，包括：共模电压输出单元401和控制单元402。

共模电压输出单元401的共模电压输出端作为共模电压调整电路304的共模电压输出端与所述限幅放大器的差分电信号输入端相连；

控制单元402在接收到OLT或ONU系统设备的Reset信号输出端输出的Reset有效信号时，控制共模电压输出单元401将共模电压加载到所述限幅放大器的差分电信号输入端；

控制单元402在接收到OLT系统设备的Reset信号输出端输出的Reset无效信号时，控制共模电压输出单元401释放与所述限幅放大器的差分电信号输入端相连的差分信号线，具体可以是控制共模电压输出单元401的共模电压输出端断开与所述限幅放大器的差分电信号输入端的连接，或者控制共模电压输出单元401的共模电压输出端呈高阻状态。

共模电压输出单元401具体可以采用常用的共模电压输出电路来实现。

本发明提供的突发光信号接收电路具体可以设置于OLT光模块或ONU光模块；以及与光模块连接的系统设备具体可以是OLT系统设备或ONU系统设备。

本发明实施例提供的光模块中，由于TIA与限幅放大器采用直连方式、并由共模电压调整电路来保证限幅放大器的差分电信号输入端间的Offset电压接近0，而不再采用电容耦合方式，从而不必在接收完毕一个光信号突发包后，对电容进行放电，以更为快速地为接收下一个光信号突发包做好准备，也就可以进一步减少两个连续光信号突发包之间的时间间隔，提高光网络中数据传输的速率，即提高光网络的带宽。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光模块中突发光信号接收电路，包括：光电二极管、TIA跨阻放大器、限幅放大器；其特征在于，还包括：共模电压调整电路；

其中，所述TIA的差分电信号输出端与所述限幅放大器的差分电信号输入端相连；

所述共模电压调整电路的共模电压输出端与所述限幅放大器的差分电信号输入端相连，所述共模电压调整电路用以在接收到系统设备输出的Reset有效信号时，将共模电压加载到所述限幅放大器的差分电信号输入端。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述共模电压调整电路还用以在接收到系统设备输出的Reset无效信号时，释放与所述限幅放大器的差分电信号输入端相连的差分信号线。

3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述共模电压调整电路具体包括：共模电压输出单元和控制单元；其中，所述共模电压输出单元的共模电压输出端作为所述共模电压调整电路的共模电压输出端与所述限幅放大器的差分电信号输入端相连；

所述控制单元在接收到所述Reset有效信号时，控制所述共模电压输出单元将共模电压加载到所述限幅放大器的差分电信号输入端；

所述控制单元在接收到所述Reset无效信号时，控制共模电压输出单元释放与所述限幅放大器的差分电信号输入端相连的差分信号线。

4.如权利要求1-3任一所述的电路，其特征在于，所述光电二极管的电流输出端与所述TIA的电流输入端相连；所述光电二极管在探测到光信号后，从其电流输出端输出响应电流到所述TIA，所述TIA根据接收的响应电流，从其差分电信号输出端输出相应的差分电信号。

5.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述电路所在的光模块具体为OLT光模块或ONU光模块；以及所述系统设备具体为OLT系统设备或ONU系统设备。

6.如权利要求5所述的电路，其特征在于，所述光电二极管具体为APD雪崩光电二极管或PIN光电二极管；

所述PIN光电二极管为在P、N结之间加进一个接近本征材料的I区，形成PIN结构的半导体光电探测器。

7.一种光模块，包括：光电二极管、TIA跨阻放大器、限幅放大器；其特征在于，还包括：共模电压调整电路；

其中，所述TIA的差分电信号输出端与所述限幅放大器的差分电信号输入端相连；

所述共模电压调整电路的共模电压输出端与所述限幅放大器的差分电信号输入端相连，所述共模电压调整电路用以在接收到系统设备输出的Reset有效信号时，将共模电压加载到所述限幅放大器的差分电信号输入端。

8.如权利要求7所述的光模块，其特征在于，所述共模电压调整电路还用以在接收到系统设备输出的Reset无效信号时，释放与所述限幅放大器的差分电信号输入端相连的差分信号线。

9.如权利要求8所述的光模块，其特征在于，所述共模电压调整电路具体包括：共模电压输出单元和控制单元；其中，所述共模电压输出单元的共模电压输出端作为所述共模电压调整电路的共模电压输出端与所述限幅放大器的差分电信号输入端相连；

所述控制单元在接收到所述Reset有效信号时，控制所述共模电压输出单元将共模电压加载到所述限幅放大器的差分电信号输入端；

所述控制单元在接收到所述Reset无效信号时，控制共模电压输出单元释放与所述限幅放大器的差分电信号输入端相连的差分信号线。

10.如权利要求7-9任一所述的光模块，其特征在于，所述光模块具体为OLT光模块或ONU光模块；以及所述系统设备具体为OLT系统设备或ONU系统设备。