CN105432030B - 电流电压转换电路、光接收器及光终端装置 - Google Patents

Abstract

将光接收元件(111)输出的电流信号转换为电压信号的跨阻放大器(112)的电流电压转换增益为可变。增益控制电路(114)对跨阻放大器(112)输出的电压信号检测底部电压，基于该检测结果来控制跨阻放大器(112)的转换增益。收敛判定电路(115)判定增益的控制是收敛状态还是非收敛状态，并将表示判定结果的判定信号输出到增益控制电路(114)。增益控制电路(114)在判定信号表示从非收敛状态转移至收敛状态时将转换增益保持为转移时的值。

Description

电流电压转换电路、光接收器及光终端装置

技术领域

本发明涉及将脉冲电流信号转换成电压信号的电流电压转换电路、接收脉冲光信号的光接收器、光终端装置。

背景技术

近年来，在用于将多媒体服务(Multimedia Service)提供给各家庭的接入类网络(Access Network)中，广泛地使用被称为PON(Passive Optical Network：无源光网络)系统的点对多点(Point to Multi-point)的接入类光通信系统，该PON系统利用使用光纤的公共线路网来实现。

PON系统由作为基站侧装置的1台OLT(Optical Line Terminal：光用户线路终端装置)、以及经由光星形耦合器(Star Coupler)连接的多个作为用户侧终端装置的ONU(Optical Network Unit：光网络装置)构成。对于多个ONU，由于能够共用OLT和作为传输路径的光纤的大部分，因此可期待运行成本的降低，并且无需对无源元器件即光星形耦合器进行供电，从而具有室外设置容易，可靠性也较高的优点。基于具有这些优点，正积极地推进将其导入来作为实现宽带网络的光通信系统。

例如，在由ITU-T的国际标准规格G.984系列进行标准化的传输速度为下行2.5Gbit/s、上行1.25Gbit/s的G-PON系统中，从OLT到ONU的下行方向采用使用了光波长为1480～1500nm波段的广播通信方式。各ONU从由OLT发送来的光信号中仅提取出所分配的时隙的数据。另一方面，从各ONU到OLT的上行方向采用使用了光波长为1290～1330nm波段，且对传输时间进行控制以避免各ONU发送的数据发生冲突的时分多路复用通信方式。另外，传输时间并不是固定的，且各ONU发送的数据之间也存在无信号期间，因此，OLT接收的信号是脉冲光信号。

此外，在由ITU-T的国际标准规格G.987系列进行标准化的传输速度为下行10Gbit/s、上行2.5Gbit/s的XG-PON系统中，从OLT到ONU的下行方向采用使用了光波长为1575～1580nm波段的广播通信方式。各ONU从由OLT发送来的光信号中仅提取出所分配的时隙的数据。另一方面，从各ONU到OLT的上行方向采用使用了光波长为1260～1280nm波段，且对传输时间进行控制以避免各ONU发送的数据发生冲突的时分多路复用通信方式。

在上述PON系统中，由于各ONU位于距OLT不同的距离，因此，对于OLT中接收到的各ONU发送来的光信号的光接收电平根据OLT从各ONU接收的每个接收数据包的不同而不同。因此，要求OLT的光接收器具有使不同的光接收电平的数据包稳定、且高速地进行再生的宽动态范围特性(Wide Dynamic Range)。因此，OLT用的光接收器中具有AGC(Automatic GainControl：自动增益调整)电路，该AGC电路使将光电流转换为电压信号的跨阻放大器的转换增益高速地变化成与光接收电平相对应的适当的增益。

AGC电路具有在开始接收数据包信号之后直到转换增益收敛为止的时间常数，因此，OLT用的光接收器在开始接收数据包信号之后直到稳定地进行数据再生为止需要规定的时间。此处，直到转换增益收敛为止所需要的时间受到系统的传输速度的限制。在为G-PON系统或XG-PON系统的情况下，需要在几十ns以下的时间内使转换增益收敛，要求具有高速的AGC功能。

此处，各数据包信号由开销(overhead)区域和数据区域来构成，开销区域是“01”交替的固定字符串，数据区域是随机的字符串。OLT用的光接收器的AGC功能的理想动作是在开销区域高速地进行收敛，且在数据区域保持固定的增益。

对于具有高速响应性且在数据区域利用适当的增益进行稳定化的AGC电路，提出了各种方式(例如专利文献1)。专利文献1所记载的自动增益调整电路具备基于峰值电平检测电路的检测结果来控制转换增益的功能，自动增益调整电路的响应速度仅在接收的数据包信号的起始附近变为高速。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平5-75544号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

专利文献1所记载的自动增益调整电路中，为了在开销区域中完成瞬态响应，峰值电平检测电路中具备由电容器等构成的时间常数电路。由此,说明了自动增益调整电路在开销区域中具有高速响应性，且在经过一定时间后的数据区域中能够利用稳定的增益来进行动作。该自动增益调整电路在数据包信号结束时，通过检测出脉冲列中断了一定时间的情况，从而利用复位信号使峰值电平检测电路的时间常数电路的电容器的电荷进行放电，由此恢复到可进行高速响应的初始状态。

此处，G-PON系统或XG-PON系统中各数据包信号中，在数据区域包含有为随机的字符串且同字符连续形式。在自动增益调整电路的增益带宽相对于码率不恰当的情况下，数据包信号内的数据区域中峰值电平检测值发生变动，由此即使处于数据区域的中途，自动增益调整电路的放大增益也有可能会发生变化，从而存在下述问题，即：进行稳定的接收信号再生变得困难。即，到瞬态响应收敛为止所需要的时间、与对于数据区域所包含的同字符连续形式的耐性存在权衡关系，从而如何同时实现高速响应性和数据区域的增益的稳定化成为课题。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供电流电压转换电路等，能够在数据包接收开始时使转换增益高速地进行响应，且在数据区域中稳定为恰当的转换增益。

解决技术问题所采用的技术手段

为实现上述目的，本发明的电流电压转换电路包括：跨阻放大器，该跨阻放大器将电流信号转换为电压信号，且转换增益为可变；增益控制电路，该增益控制电路基于跨阻放大器输出的电压信号的底部电压来控制转换增益；以及收敛判定电路，该收敛判定电路判定增益控制电路是收敛状态还是非收敛状态，并将判定信号输出至增益控制电路，增益控制电路在判定信号表示从非收敛状态转移至收敛状态时将转换增益保持为转移时的值。

发明效果

根据本发明，在数据包接收开始时能够使转换增益高速地进行响应，且在数据区域中稳定为恰当的转换增益。

附图说明

图1是表示实施方式所涉及的光通信系统的结构的框图。

图2是表示光接收器的电路结构的图。

图3是表示实施方式所涉及的光接收器中各部分的信号的时序的图。

图4是表示在没有收敛判定电路的情况下的各部分的信号的时序的图。

具体实施方式

实施方式.

参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。

实施方式所涉及的光通信系统1是采用点对多点(Point to Multi-point)形式的PON(Passive Optical Network：无源光网络)系统。光通信系统1如图1所示，包括：作为基站侧装置的1台OLT(Optical Line Terminal：光用户线路终端装置)10、多个作为用户侧终端装置的ONU(Optical Network Unit：光网络装置)20、以及无源地对光信号进行分支·合流的光星形耦合器30。所有的ONU20均经由一个以上的光星形耦合器30和光纤32与OLT10相连接。

OLT10由光接收器11、光发送器12、波分多路复用耦合器13、传输控制部14构成。波分多路复用耦合器13用于将光波长不同的下行信号和上行信号输出到规定的方向。波分多路复用耦合器13将从ONU20输出且经由光纤32传输来的光信号输出到光接收器11一侧，将从光接收器12输出的光信号输出到连接有ONU20的光纤32一侧。

传输控制部14基于从互联网等外部网络40输入的基带信号生成调制信号，并输入到光发送器12。光发送器12利用从传输控制部14输入的调制信号对半导体激光等发光元件所发出的光进行调制。经调制的光信号作为下行信号经由波分多路复用耦合器13输出，在光纤32中进行传输，然后由各ONU20接收光。

从ONU20发送出且经由光纤32传输来的上行信号的光信号经由波分多路复用耦合器13被输入到光接收器11。光接收器11对所输入的光信号进行光电转换，将其解调为电压信号的接收信号，并输出到传输控制部14。传输控制部14将所输入的接收信号转换为基带信号，并输出至外部网络40。

此处，由各ONU20发送的光信号是多个数据包信号间断地连续的脉冲(burst)信号，对多个数据包信号进行时分多路复用后得到的光信号被输入OLT10。由于各ONU20经由任意长度的光纤32以及任意个数的光星形耦合器30与OLT10相连接，因此，OLT10的光接收器11接收到的光信号的强度根据每个数据包的不同而存在较大差异。即，为了从这种光信号稳定地得到接收信号，光接收器11需要具有能够支持宽动态范围的结构。

OLT10的光接收器11如图2所示，包括：输出与所接收到的光信号相对应的电流信号的光接收元件111、将光接收元件111输出的电流信号转换为电压信号的跨阻放大器(Trance-impedance-Amplifier：TIA)112、以及输出以大致相同的振幅对跨阻放大器112输出的电压信号进行了放大后的接收信号的限幅放大器(Limiting Amplifier：LIM)113。光接收器11还包括：检测跨阻放大器112输出的电压信号的底部电压、并基于此来控制跨阻放大器112的增益的增益控制电路114、以及判定增益控制电路114输出的增益控制信号的收敛状态的收敛判定电路115。

跨阻放大器112包括固定电阻1121和可变电阻元件1122，由它们的电阻值来决定跨阻放大器112的电流/电压转换增益。可变电阻元件1122例如由FET(field-effecttransistor：场效应晶体管)等构成，是能够根据输入电压来控制电阻值的电路元件。增益控制电路114基于电压信号的底部电压而生成的增益控制信号被输入至可变电阻元件1122。由此，跨阻放大器112能够输出利用基于底部电压而控制得到的转换增益来进行了电流电压转换后的电压信号。

增益控制电路114具有下述结构：运算放大器1141的输出部与二极管1142的阴极侧端子相连接，二极管1142的阳极侧端子与运算放大器1141的反相输入部相连接。二极管1142的阳极端子还与电容器1143相连接，利用阳极端子电压对该电容器1143进行充电。并且，与电容器1143并联配置有开关1144，该开关1144用于根据外部复位信号使充电至电容器1143的电荷进行放电。此处，外部复位信号是从检测数据包信号的结束的任意电路输出的脉冲信号，例如，从传输控制部14输出。

收敛判定电路115由比较器1151和逻辑电路1152构成，该比较器1151将运算放大器1141的输出电压与预先设定的阈值电压进行比较，并用高电平/低电平(High/Low)的电压输出比较结果，该逻辑电路1152基于比较器1151的输出信号和外部复位信号生成收敛判定信号。

收敛判定电路115的逻辑电路1152输出的收敛判定信号被输入到运算放大器1141的关闭(shutdown)端子。增益控制电路114基于收敛判定信号，在非收敛状态时跟随输入电压波形进行检测底部电压的动作，在收敛状态时停止跟随动作，并进行动作以使得无论输入电压波形如何均保持从非收敛状态转移到收敛状态时的底部电压检测结果。

关于具有上述结构的光接收器11的各部分的动作，使用图3的时序图来进行说明。光接收器11接收的数据包信号如图3(a)所示，由开销区域和数据区域构成，该开销区域由“01”交替的固定字符串来形成，该数据区域由包含同字符连续形式的随机形式来形成。

从各ONU20输入到OLT10的数据包信号通过时分多路复用以彼此不会发生冲突的方式进行发送，图3(b)所示那样的外部复位信号被插入到各个数据包信号之间。利用该外部复位信号，开关1144变为导通状态，充电至电容器1143的电荷被放电。由此，如图3(c)所示，增益控制电路114的输出电压(C点电压)被初始化，从而成为高电平(High)，可变电阻元件1122的电阻值变为最大。即，跨阻放大器112的电流电压转换增益在最大增益的状态下，被用于下一个输入的数据包信号。

若接收到下一个数据包信号，则如图3(c)所示，在开销区域的起始，反相放大器即跨阻放大器112的输出部(A点)输出经最大增益放大后的电压信号。同时，增益控制电路114的输出部(C点)的电压开始下降，增益控制电路114开始进行跟随动作，以使得增益控制电路114的输出部(C点)的电压与A点的电压波形的底部电压成为相同电压。

由于在C点的电压下降时，可变电阻元件1122的电阻值下降，跨阻放大器112的转换增益也下降，因此，进行动作以使得A点处的电压波形的振幅过渡地变小。若C点的电压变为与A点的底部电压相等，则电流不流过二极管1142，电荷不再对增益控制电路114的电容器1143进行充电，从而C点的电压不会再继续下降。

此外，由于二极管1142的阳极侧端子(C点)与运算放大器1141的反相输入端子相连接，因此，运算放大器1141的输出部(B点)的电压与C点同样，在接收数据包信号后下降。然后，若C点的电压变为与A点的底部电压值相等，则B点的电压开始上升。

收敛判定电路115的比较器1151根据输入电压(B点)是否高于阈值电压(D点)来输出高电平(High)、低电平(Low)的电压。这里，将比较器1151的阈值电压(D点)设定为B点电压的变动范围内的所期望的电压。如图3(d)所示，比较器1151的输出部(E点)的电压在B点电压下降的情况下从高电平转移为低电平，在B点电压上升的情况下从低电平转移为高电平。

逻辑电路1152如图3(e)所示，在外部复位信号的上升沿生成从高电平转移为低电平的选通信号(F点)，在E点电压的上升沿生成从低电平转移为高电平的选通信号(F点)。逻辑电路1152输出的选通信号(F点)表示增益控制电路114是否收敛，在非收敛状态时为低电平的信号，在收敛状态时为高电平的信号。

收敛判定电路115的逻辑电路1152的输出(F点)与增益控制电路114的运算放大器1141的关闭电路部相连接。运算放大器1141在F点电压为低电平时(非收敛状态)进行通常的动作，在F点电压为高电平时(收敛状态)关闭从而输出恒定电压。由此，C点电压在F点电压为低电平时进行下降的动作，直到与输入到运算放大器1141的电压信号的底部电压相同，若运算放大器1141被关闭，则保持F点电压从低电平转移为高电平的时刻的值。

即，增益控制电路114在非收敛状态时跟随输入电压波形进行检测底部电压的动作，在收敛状态时进行动作以使得无论输入电压波形如何，均保持从非收敛状态转移至收敛状态的时刻的底部电压检测结果。跨阻放大器112的增益如图3(f)所示那样，在非收敛状态时，从高增益开始增益缓缓地下降，在收敛状态保持固定的增益。

接着，在该数据包信号的接收完成，且在接收下一个数据包信号之前，通过从传输控制部14等外部输入外部复位信号，开关1144变为导通状态，使充电至电容器1143的电荷进行放电。由此，增益控制电路114的输出电压被初始化而变为高电平，可变电阻元件1122的电阻值变为最大。跨阻放大器112的转换增益在最大增益的状态下，被用于下一个数据包信号的接收。

为了说明本实施方式所涉及的光接收器11的效果，利用图4的时序图来说明不具备收敛判定电路115的情况下的动作。

在开销区域，A点及C点的动作与本实施方式的光接收器11的动作(图3)相同。然而，例如，在相对于码率，跨阻放大器112的增益带宽不足的情况下，数据区域中如图4(c)所示，A点及C点进行不同的动作。

“01”交替的情况下，由于相对包含有较多的高频分量，因此，跨阻放大器112的输出振幅变小。另一方面，例如“00001111”这样的同字符连续的形式串的情况下，由于相对包含较多的低频分量，因此，跨阻放大器112的输出振幅变大。

即，跨阻放大器112的输出振幅产生形式依赖性，在由“01”交替的固定字符串构成的开销区域、以及由包含同字符连续形式的随机形式构成的数据区域中，跨阻放大器112的输出部(A点)的输出振幅、以及输出波形的最小底部电压互不相同。

该情况下，由于不会像本实施方式那样基于收敛判定电路115的判定信号来进行底部电压的保持，因此，在开销区域中暂时利用增益控制电路114来完成增益控制动作之后，由于在数据区域中再次开始底部电压检测动作，因此如图4(d)所示那样，跨阻放大器112的增益有可能会发生变动，稳定地进行接收信号再生变得困难。

与此相对地，本实施方式所涉及的光接收器11由于具备收敛判定电路115，因此，增益控制电路114在非收敛状态时跟随输入电压波形进行检测底部电压的动作，在收敛状态时进行不论输入电压波形如何，均保持从非收敛状态转移至收敛状态的时刻的底部电压检测结果的动作。因此，例如，即使跨阻放大器112的增益带宽相对于码率为不足，在由“01”交替的固定字符串构成的开销区域中底部电压检测动作进行了收敛之后，也能使跨阻放大器112的电流电压变化增益固定为恰当的值。因此，对于光接收器11，即使在由随机形式构成的数据区域中转换增益也不会发生变动，从而能够进行稳定的接收信号再生动作。

如上所述，根据本实施方式，针对进行了电流电压转换的跨阻放大器112输出的电压信号，增益控制电路114检测其底部电压，并基于该检测结果来控制跨阻放大器112的转换增益，收敛判定电路115判定增益的控制是收敛状态还是非收敛状态，在判定信号判定为从非收敛状态转移至收敛状态时，增益控制电路114将转换增益保持为转移时的值。由此，能够使开销区域中的增益控制高速地进行响应，并且能够提高数据区域中对于同字符连续数据的耐性。

为此，本发明包括：将电流信号转换为电压信号且转换增益为可变的跨阻放大器；检测跨阻放大器输出的电压信号的底部电压、并基于该检测结果来控制跨阻放大器的转换增益的增益控制电路；以及判定增益控制电路是收敛状态还是非收敛状态的收敛判定电路，增益控制电路在从非收敛状态转移至收敛状态之后，将转换增益保持为转移时的值。由此，能够在数据包接收开始时使转换增益高速地进行响应，且在数据区域中稳定为恰当的转换增益。

另外，本发明并不限于上述实施方式，在不脱离本发明要旨的范围内当然能够进行各种变更。

例如，在上述实施方式中，基于增益控制电路114检测出的底部电压来进行增益控制，并判定收敛状态，但也可以具备峰值电压检测电路，基于检测出的峰值电压来控制增益，并判定收敛状态。

上述实施方式中，采用将从光接收元件111输出的光电流转换为电压信号进行输出的结构，但并不限于此，也能够应用于输入动态范围较大的脉冲状的电流信号、并基于此来输出电压信号的任意的电流电压转换电路。

标号说明

1 光通信系统、10 OLT、20 ONU、30 光星形耦合器、32 光纤、40 外部网络、11 光接收器、111 光接收元件、112 跨阻放大器、1121 固定电阻、1122 可变电阻元件、113 限幅放大器、114 增益控制电路、1141 运算放大器、1142 二极管、1143 电容器、1144 开关、115收敛判定电路、1151 比较器、1152 逻辑电路、12 光发送器、13 波分多路复用耦合器、14传输控制部。

Claims (9)

1.一种电流电压转换电路，其特征在于，包括：

跨阻放大器，该跨阻放大器将电流信号转换为电压信号，且转换增益为可变；

增益控制电路，该增益控制电路检测出所述跨阻放大器输出的所述电压信号的底部电压，并基于所述电压信号的底部电压来控制所述跨阻放大器的所述转换增益；以及

收敛判定电路，该收敛判定电路判定所述增益控制电路是收敛状态还是非收敛状态，并将表示判定结果的判定信号输出至所述增益控制电路，

所述增益控制电路在所述判定信号表示从所述非收敛状态转移至所述收敛状态时，将所述转换增益保持为所述转移时的值。

2.如权利要求1所述的电流电压转换电路，其特征在于，

所述增益控制电路包括：运算放大器，将所述跨阻放大器输出的所述电压信号输入至该运算放大器；二极管，该二极管的阴极侧端子与所述运算放大器的输出端子相连接，其阳极侧端子与所述运算放大器的反相输入端子相连接；以及电容器，该电容器与所述二极管的所述阳极侧端子相连接，所述增益控制电路基于所述二极管的所述阳极侧端子的电压值来控制所述跨阻放大器的所述转换增益，

所述收敛判定电路基于对所述运算放大器的输出电压与基准电压进行比较的比较结果，判定所述增益控制电路是所述收敛状态还是所述非收敛状态。

3.如权利要求2所述的电流电压转换电路，其特征在于，

所述增益控制电路的所述运算放大器在所述判定信号表示所述非收敛状态时基于所输入的所述电压信号来进行动作，在所述判定信号表示所述收敛状态时将输出电压保持为固定。

4.如权利要求3所述的电流电压转换电路，其特征在于，

所述收敛判定电路根据复位信号的输入，使所述判定信号从所述收敛状态转移至所述非收敛状态，

所述增益控制电路的所述运算放大器基于转移至所述非收敛状态后的所述判定信号来开始动作。

5.一种光接收器，其特征在于，包括：

光接收元件，该光接收元件将光信号转换为电流信号；

跨阻放大器，该跨阻放大器将从所述光接收元件输出的电流信号转换为电压信号，且转换增益为可变；

限幅放大器，该限幅放大器对所述跨阻放大器输出的所述电压信号进行放大，并输出具有预先规定的振幅的接收信号；

增益控制电路，该增益控制电路检测所述跨阻放大器输出的所述电压信号的底部电压，并基于所述电压信号的底部电压来控制所述跨阻放大器的所述转换增益；以及

收敛判定电路，该收敛判定电路判定所述增益控制电路是收敛状态还是非收敛状态，并将表示判定结果的判定信号输出至所述增益控制电路，

所述增益控制电路在所述判定信号表示从所述非收敛状态转移至所述收敛状态时，将所述转换增益保持为所述转移时的值。

6.如权利要求5所述的光接收器，其特征在于，

所述增益控制电路包括：运算放大器，将所述跨阻放大器输出的所述电压信号输入至该运算放大器；二极管，该二极管的阴极侧端子与所述运算放大器的输出端子相连接，其阳极侧端子与所述运算放大器的反相输入端子相连接；以及电容器，该电容器与所述二极管的所述阳极侧端子相连接，所述增益控制电路基于所述二极管的所述阳极侧端子的电压值来控制所述跨阻放大器的所述转换增益，

所述收敛判定电路基于对所述运算放大器的输出电压与基准电压进行比较的比较结果，判定所述增益控制电路是所述收敛状态还是所述非收敛状态。

7.如权利要求6所述的光接收器，其特征在于，

所述增益控制电路的所述运算放大器在所述判定信号表示所述非收敛状态时基于所输入的所述电压信号来进行动作，在所述判定信号表示所述收敛状态时将输出电压保持为固定。

8.如权利要求7所述的光接收器，其特征在于，

所述收敛判定电路根据复位信号的输入，使所述判定信号从所述收敛状态转移至所述非收敛状态，

所述增益控制电路的所述运算放大器基于转移至所述非收敛状态后的所述判定信号来开始动作。

9.一种光终端装置，其特征在于，

包括权利要求5至8中的任一项所述的光接收器。