CN104320200A - 保护apd接收器的电路、光模块及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种保护APD接收器的电路，包括APD接收器，APD接收器的偏置输入端分别通过第一去耦电容和第二去耦电容接地，APD接收器的偏置输入端连接镜像电路第一输出端，镜像电路输入端连接升压控制电路输出端，升压控制电路输入端连接微处理器；镜像电路第二输出端通过第一电阻接地且同时连接到所述微处理器；微处理器连接限幅放大器信号丢失LOS端，限幅放大器连接跨阻放大器TIA，跨阻放大器TIA连接APD接收器输出端，APD接收器的偏置输入端与镜像电路第一输出端之间连接有第二电阻，第二电阻的阻值为10K-100K欧姆。本发明可有效保护APD损坏，降低了模块失效的风险，提高光模块使用寿命。

Description

保护APD接收器的电路、光模块及方法

技术领域

本发明涉及光收发模块领域，特别涉及一种保护光模块中的APD 接收器的电路、光模块及方法。 

背景技术

目前采用APD接收器的光模块的接收端电路如附图1所示,微处理器MCU控制升压控制电路输出高压信号，高压信号经过镜像电流源电路分成电流成比例输出的两路偏置通路，一路输出供给APD接收器的高压管脚，并经过C1和C2两种去耦电容滤波，使得APD接收器获取足够的电压发生雪崩，产生倍增效应。APD在获取足够的电压后，把光信号转换成电信号，并通过跨阻放大器TIA转换成差分信号输出给限幅放大器，由限幅放大器对差分信号整形并通过电接口输出，同时限幅放大器会根据跨阻放大器TIA输出信号幅度的大小判断是否输出信号丢失LOS信号。另一路输出同VPD输出光电流成比例的电流并在R1采样电阻上生成采样电压，输入到MCU的接收功率采样输入RX power ADC input管脚，进行接收功率监控采样。 

为了获得最佳的灵敏度，MCU会控制升压控制电路把APD接收器的偏置电压控制在雪崩点附近，此时APD接收器倍增因子较大，很小的光输入即可得到较大的光电流，当输入到APD接收器的光功率很大时，过大的光电流流过APD接收器会导致APD接收器损坏。  

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种保护APD接收器的电路、光模块及方法。 

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种保护APD接收器的电路，包括APD接收器，所述APD接收器的偏置输入端分别通过第一去耦电容和第二去耦电容接地，所述APD接收器的偏置输入端连接镜像电路第一输出端，所述镜像电路输入端连接升压控制电路输出端，所述升压控制电路输入端连接微处理器；所述镜像电路第二输出端通过第一电阻接地且同时连接到所述微处理器；所述微处理器连接限幅放大器信号丢失LOS端，所述限幅放大器连接跨阻放大器TIA，所述跨阻放大器TIA连接所述APD接收器输出端，所述APD接收器的偏置输入端与所述镜像电路第一输出端之间连接有第二电阻，所述第二电阻的阻值为10K-100K欧姆。 

优选的，还包括光模块接口，所述光模块接口连接所述限幅放大器输出端。 

进一步的，所述光模块接口还与所述限幅放大器信号丢失LOS端连接。 

优选的，所述APD接收器与所述跨阻放大器TIA集成在一起构成APD-TIA组件。 

优选的，所述镜像电路为镜像电流源电路。 

本发明还提供一种利用上述的保护APD接收器的电路保护APD接收器的方法，包括如下步骤： 

所述APD接收器将接收到的光信号转换成电信号输出；

所述跨阻放大器TIA接收所述APD接收器输出的所述电信号，将其转换成差分信号输出到所述限幅放大器；

所述限幅放大器对所述差分信号进行整形处理后输出，同时根据所述跨阻放大器TIA输出的所述差分信号的幅度大小判断是否输出信号丢失LOS信号； 

所述微处理器用于当所述APD接收器在第二电压下工作时监控所述LOS信号，当所述LOS信号告警时，控制所述升压控制电路将输出的所述第二电压降低至第一电压，所述镜像电路将所述第一电压转换成电流信号并通过镜像电路的第一输出端输出至APD接收器，使所述APD接收器工作在非雪崩区域；其中所述第一电压小于第二电压。

优选的，所述微处理器还用于通过与所述镜像电路的第二输出端连接的第一电阻监控采样在所述第一电压下工作的所述APD接收器的接收光功率，当所述接收光功率超过预定的阈值时，控制所述升压控制电路恢复输出电压至所述第二电压使所述APD接收器恢复正常工作在雪崩区域。 

进一步的，所述阈值的设定具体为：所述微处理器记录在所述第二电压下所述APD接收器工作时当所述LOS信号告警时所述APD接收器的接收光功率值，即为所述阈值。 

本发明还提供一种光模块，包括上述的保护APD 接收器的电路。 

优选的，还包括依次连接的激光器驱动器和光发射组件TOSA。 

    与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明在APD接收器的偏置输入端与所述镜像电路第一输出端之间连接第二电阻，所述第二电阻的阻值为10K-100K欧姆。该电阻的阻值较大，当输入光增加时，电阻上产生的压降会降低APD的偏置电压，降低APD倍增因子，降低光电流起到保护APD的作用。本发明还通过对APD偏置电路的修改，加入了微处理器控制APD接收器增益的算法，起到了保护APD的作用，降低了模块失效的风险，提高光模块使用寿命。 

    附图说明：

图1是现有的保护APD接收器电路图；

图2是本发明的保护APD接收器电路图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。 

如图2所示的一种保护APD接收器的电路，包括APD接收器，所述APD接收器的偏置输入端分别通过第一去耦电容C1和第二去耦电容C2接地，所述APD接收器的偏置输入端连接镜像电路第一输出端VPD，所述镜像电路输入端连接升压控制电路输出端，所述升压控制电路输入端连接微处理器MCU；所述镜像电路第二输出端通过第一电阻R1接地且同时连接到所述微处理器MCU；所述微处理器MCU连接限幅放大器信号丢失LOS端，所述限幅放大器连接跨阻放大器TIA，所述跨阻放大器TIA连接所述APD接收器输出端，所述APD接收器的偏置输入端与所述镜像电路第一输出端VPD之间连接有第二电阻R2，所述第二电阻R2的阻值为10K-100K欧姆。 

优选的，还包括光模块接口，所述光模块接口连接所述限幅放大器输出端。所述光模块接口还与所述限幅放大器信号丢失LOS端连接，用于直接输出LOS信号到外部设备。所述APD接收器与所述跨阻放大器TIA集成在一起构成APD-TIA组件，提高集成度，减小器件体积。所述镜像电路为镜像电流源电路。 

本发明在镜像电路第一输出端Vpd接入R2电阻，R2电阻的阻值较大，为10K~100K欧姆范围内任何数值，如10K、20K、30K、50K、60K、80K、90K、100K等等。当输入光增加时，R2电阻上产生的压降会降低APD的偏置电压，降低APD倍增因子，降低光电流起到保护APD的作用。同时当光功率降低时，光电流减小，R2上电压降低，APD电压升高，倍增因子提高，因此APD同样可以获得最佳的灵敏度。 

本发明还提供一种利用上述实施例的保护APD接收器的电路保护APD接收器的方法，包括如下步骤： 

所述APD接收器将接收到的光信号转换成电信号输出；

所述跨阻放大器TIA接收所述APD接收器输出的所述电信号，将其转换成差分信号输出到所述限幅放大器；

所述限幅放大器对所述差分信号进行整形处理后输出，同时根据所述跨阻放大器TIA输出的所述差分信号的幅度大小判断是否输出信号丢失LOS信号； 

所述微处理器用于当所述APD接收器在第二电压下工作时监控所述LOS信号，当所述LOS信号告警时，控制所述升压控制电路将输出的所述第二电压降低至第一电压，所述镜像电路将所述第一电压转换成电流信号并通过镜像电路的第一输出端输出至APD接收器，使所述APD接收器工作在非雪崩区域；其中所述第一电压小于第二电压。

优选的，所述微处理器还用于通过与所述镜像电路的第二输出端连接的第一电阻监控采样在所述第一电压下工作的所述APD接收器的接收光功率，当所述接收光功率超过预定的阈值时，控制所述升压控制电路恢复输出电压至所述第二电压使所述APD接收器恢复正常工作在雪崩区域。 

进一步的，所述阈值的设定具体为：所述微处理器记录在所述第二电压下所述APD接收器工作时当所述LOS信号告警时所述APD接收器的接收光功率值，即为所述阈值。下面具体说明本发明。 

本发明加入电阻R2可以在一定程度上起到保护APD接收器的作用，但是当APD接收器正常工作在雪崩区域且输入光信号为小功率光信号的情况下时，如果光功率瞬间从很小的值突然增加到很大的值时，由于去耦电容C1，C2的存在，在光功率变化的瞬间，APD接收器的偏置电压无法通过R2上的压降及时降低，此时存在极大的光电流流过APD接收器导致APD接收器损毁。为了解决这种情况下APD接收器损毁的问题，本发明采用上述的方法。 

当APD接收器工作在第二电压（即使APD接收器工作在雪崩区域下的电压），其输入光信号为小功率输入情况时，此时微处理器MCU监控模块LOS信号。当LOS信号告警时，MCU控制升压控制电路降低输出电压至第一电压，使APD接收器工作在非雪崩区域，此时倍增因子近似为1。LOS信号代表当所述跨阻放大器TIA输出的幅度低于设定值时输出高电平告警信号丢失。LOS信号与APD接收器工作偏置电压没有直接关系，但当APD接收器工作偏置电压降低时，倍增因子降低，光电流降低，因此跨阻放大器TIA输出幅度降低，更容易达到告警状态。当LOS信号告警时，MCU记录此时的APD接收器的接收光功率值，即LOS点的功率值。当APD接收器的输入光信号为小功率（低于LOS点的功率）输入情况时，由于MCU控制升压控制电路降低输出电压至第一电压，使APD接收器工作在非雪崩区域，那么在这种情况下，如果光功率瞬间从很小的值突然增加到很大的值，也不会存在极大的光电流流过APD接收器导致APD接收器损毁，因为在小功率输入情况时MCU已经控制使APD接收器工作在非雪崩区域，从而达到此种情况下保护APD接收器的目的。 

本发明中当APD接收器的输入光信号缓慢增加时，R2上的电阻产生的压降可以起到保护作用。在小功率输入情况下，当光信号突然瞬间增大时，APD接收器的偏置电压无法通过R2上的压降及时降低，此时MCU会控制APD接收器偏置电压工作在非雪崩状态，限制了此时刻光电流的大小，保护APD接收器，避免其损坏，延长寿命，同时不影响APD的正常工作。 

为了恢复APD接收器到达正常工作状态，即工作在雪崩区域，所述微处理器MCU监控在第一电压工作下的APD接收器的输入光功率值，如果输入光信号增大，输入光功率值增加，当输入光功率值超过一个预定的阈值时，代表输入光已经足够大，模块需要正常工作。这里正常工作指光功率大小已经超过了LOS点的功率大小，即当所述LOS信号告警时记录的所述APD接收器的接收光功率值。如果光功率继续增大，APD接收器将进入灵敏度范围内，因此此时需要把APD接收器偏置电压恢复到正常值，即所述第二电压，来确保灵敏度范围内的正常工作。此时MCU控制升压控制电路恢复输出电压至所述第二电压使所述APD接收器恢复正常工作在雪崩区域，恢复正常工作。APD接收器工作在灵敏度最佳的偏置电压，不同的APD接收器最佳偏置电压范围为10~80V不等，取决于APD的结构和工艺，最佳工作点发生于雪崩区域，但小于击穿电压。 

关于所述阈值的设定，所述微处理器MCU记录在APD接收器正常电压（即所述第二电压）工作下的LOS点的功率值，LOS点是光信号由大变小的过程中，发生LOS时刻的光功率的值，代表此时模块由于输入光信号过小，导致信号丢失的一种告警信号，在这个光功率输入点降低APD接收器的工作电压到倍增因子为1的区域，即降低到所述第一电压，记录此时APD接收器的接收光功率值，也即记录的当所述LOS信号告警时所述APD接收器的接收光功率值，记录这个值并作为模块需要恢复正常电压的阈值，此阈值可以在模块出厂前预先设定。 

  通过以上方法，我们可以有效的保护APD。当输入光信号缓慢增加时，R2上的电阻产生的压降可以起到保护作用。当光信号突然增大时，MCU会控制APD接收器偏置电压工作在非雪崩状态，限制了此时刻光电流的大小，保护APD接收器，避免其损坏，延长寿命，同时不影响APD的正常工作。 

本发明还提供一种光模块，包括上述的保护APD 接收器的电路，具体参考上述保护APD 接收器的电路实施例部分的描述，此处不再详述。还包括依次连接的激光器驱动器和光发射组件TOSA（图未示）。所述微处理器MCU与所述激光器驱动器和/或光发射组件TOSA连接，用于控制或监测所述激光器驱动器和光发射组件TOSA的工作状态。 

本发明光模块工作时，可以有效的保护APD，当输入光信号缓慢增加时，R2上的电阻产生的压降可以起到保护作用。当光信号突然增大时，微处理器MCU会控制APD接收器偏置电压工作在非雪崩状态，限制了此时刻光电流的大小，保护APD接收器，避免其损坏，延长寿命，同时不影响APD的正常工作，降低了模块失效的风险，提高光模块使用寿命。 

上面结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以作出各种修改或改型。 

  

Claims (10)

1.一种保护APD接收器的电路，包括APD接收器，所述APD接收器的偏置输入端分别通过第一去耦电容和第二去耦电容接地，所述APD接收器的偏置输入端连接镜像电路第一输出端，所述镜像电路输入端连接升压控制电路输出端，所述升压控制电路输入端连接微处理器；所述镜像电路第二输出端通过第一电阻接地且同时连接到所述微处理器；所述微处理器连接限幅放大器信号丢失LOS端，所述限幅放大器连接跨阻放大器TIA，所述跨阻放大器TIA连接所述APD接收器输出端，其特征在于，所述APD接收器的偏置输入端与所述镜像电路第一输出端之间连接有第二电阻，所述第二电阻的阻值为10K-100K欧姆。

2.根据权利要求1所述的保护APD 接收器的电路，其特征在于，还包括光模块接口，所述光模块接口连接所述限幅放大器输出端。

3.根据权利要求2所述的保护APD 接收器的电路，其特征在于，所述光模块接口还与所述限幅放大器信号丢失LOS端连接。

4.根据权利要求1所述的保护APD 接收器的电路，其特征在于，所述APD接收器与所述跨阻放大器TIA集成在一起构成APD-TIA组件。

5.根据权利要求1所述的保护APD 接收器的电路，其特征在于，所述镜像电路为镜像电流源电路。

6.一种利用权利要求1所述的保护APD接收器的电路保护APD接收器的方法，其特征在于，包括如下步骤：

所述APD接收器将接收到的光信号转换成电信号输出；

所述跨阻放大器TIA接收所述APD接收器输出的所述电信号，将其转换成差分信号输出到所述限幅放大器；

所述限幅放大器对所述差分信号进行整形处理后输出，同时根据所述跨阻放大器TIA输出的所述差分信号的幅度大小判断是否输出信号丢失LOS信号； 

所述微处理器用于当所述APD接收器在第二电压下工作时监控所述LOS信号，当所述LOS信号告警时，控制所述升压控制电路将输出的所述第二电压降低至第一电压，所述镜像电路将所述第一电压转换成电流信号并通过镜像电路的第一输出端输出至APD接收器，使所述APD接收器工作在非雪崩区域； 

其中所述第一电压小于第二电压。

7.根据权利要求6所述的保护APD 接收器的方法，其特征在于，所述微处理器还用于通过与所述镜像电路的第二输出端连接的第一电阻监控采样在所述第一电压下工作的所述APD接收器的接收光功率，当所述接收光功率超过预定的阈值时，控制所述升压控制电路恢复输出电压至所述第二电压使所述APD接收器恢复正常工作在雪崩区域。

8.根据权利要求7所述的保护APD 接收器的方法，其特征在于，所述阈值的设定具体为：所述微处理器记录在所述第二电压下所述APD接收器工作时当所述LOS信号告警时所述APD接收器的接收光功率值，即为所述阈值。

9.一种光模块，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的保护APD 接收器的电路。

10.根据权利要求9所述的光模块，其特征在于，还包括依次连接的激光器驱动器和光发射组件TOSA。