CN108028703A - 动态调整光功率接收范围的光模块 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及光通信领域，尤其涉及无源光网络中的动态调整光模块的光功率接收范围技术。在一种动态调整光功率接收范围的光模块中，光信号接收端，接收光信号；雪崩二极管，将光信号转换为光电流；光功率检测模块，获取光电流的光功率值；主控芯片，根据光功率值，对可变反馈电阻电路的阻值进行调整；跨导放大器，根据可变反馈电阻电路的阻值以及光电流输出电压。通过本申请提供的方案，根据该光功率值对可变反馈电阻电路的阻值进行调整，进而调整反馈增益，控制跨导放大器输出电压Uout的输出范围在合适的范围内，有效的降低误码率,达到扩展光模块的接收光功率范围的目的，增强了系统的健壮性。

Description

动态调整光功率接收范围的光模块 技术领域
本发明涉及光通信领域，尤其涉及无源光网络中动态调整OLT光模块的光功率接收范围的技术。
背景技术
无源光纤网络(Passive Optical Network，简称：PON)系统中，光线路终端(optical line terminal，简称：OLT)与光网络单元(optical network unit，简称ONU)之间为一对多的链接方式。
在实际环境中，由于每个ONU与OLT的距离相差很大，且每个ONU经过的光衰减不同，因此。同一个OLT端口接收到每个ONU的光功率差别很大；同时，同一个OLT端口下的ONU接收到的OLT的光功率差别也很大，导致OLT或ONU中光模块接收部分需支持较大的光功率接收范围，才可适应实际环境的应用。
目前，PON系统中，OLT的光功率接收范围是-8dBm至-28dBm；ONU的光功率接收范围是-8dBm至-27dBm。但在实际应用中，由于实际环境和器件布局等原因，大部分OLT或ONU的光功率接收范围处于上述范围的临界点，或超出上述范围，导致业务中断。
当前，OLT或ONU光模块(仅示出接收部分)如图1所示，该光模块包括：光信号接收端、雪崩二极管、跨导放大器以及反馈电阻R1。光信号接收端与雪崩二极管的负极连接；雪崩二极管的正极与跨导放大器的负输入端连接；反馈电阻R1的第一端与跨导放大器的负输入端连接；反馈电阻R1的第二端与跨导放大器的输出端连接；跨导放大器的正输入端接地。
光信号接收端接收到光信号后，将光信号传输至雪崩二极管。雪崩光电二级管在接收到光信号后产生光电流I，该光电流值与接收的光信号的光强度值成正比，雪崩二极管将光电流I传输至跨导放大器的负输入端，光电流I经跨导放大器和反馈电阻R1后，跨导放大器产生输出电压Uout＝I*R1，输出电压供后续的限幅放大器进行电压幅度的处理。
但是，上述光模块接收部分也存在下述缺陷，由于反馈电阻R1在产品中为固化设置，使得光模块接收部分接收的光功率接收范围固定；而在实际应用中，OLT或ONU接收的光功率可能会超出固定的光功率范围，导致实际应用中出现误码。
发明内容
本发明提供了一种动态调整光功率接收范围的光模块，以实现对接收的光功率接收范围进行调节，并降低误码率。
一方面，本发明实施例提供了一种动态调整光功率接收范围的光模块，该光模块具有的功能可以通过硬件实现，所述硬件包括一个或多个功能模块。
该光模块包括：光信号接收端、、跨导放大器以及雪崩二极管，其特征在于，电路还包括：主控芯片、光功率检测模块以及可变反馈电阻电路，所述光信号接收端与所述雪崩二极管的负极连接，所述雪崩光电二极管的正极分别与所述光功率检测模块的第一端和所述跨导放大器的负输入端连接，所述跨导放大器的正输入端接地；所述可变反馈电阻电路连接在所述跨导放大器的负输入端与输出端之间，所述主控芯片的第一端与所述可变反馈电阻电路连接，所述主控芯片的第二端与所述功率检测模块的第二端连接；
所述光信号接收端，用于接收光信号，并将所述光信号传输至所述雪崩二极管；所述雪崩二极管，用于将接收到的所述光信号转换为光电流，并将所述光电流传输至所述光功率检测模块和所述跨导放大器；所述光功率检测模块，用于根据接收到的所述光电流获取与所述光电流对应的光功率值，并 将所述光功率值传输至所述主控芯片；所述主控芯片，用于根据接收到的所述光功率值对所述可变反馈电阻电路的阻值进行调整；所述跨导放大器，用于根据所述可变反馈电阻电路的阻值和所述光电流输出电压。
在PON系统中，光模块根据光功率值对可变反馈电阻电路的阻值进行调整，进而控制输出电压Uout的输出范围在合适的范围内，有效的降低误码率，达到扩展光模块的接收光功率范围的目的，增强了系统的健壮性。
在一种可能的设计中，可变反馈电阻电路包括：第一场效应晶体管以及第一电阻，第一场效应晶体管设置为非完全导通状态；
所述第一场效应晶体管的源级与所述第一电阻的第一端分别连接在所述跨导放大器的负输入端，所述第一场效应晶体管的漏级与所述第一电阻的第二端分别连接在所述跨导放大器的输出端，所述第一场效应晶体管的栅极与所述主控芯片的第一端连接。
由于第一场效应晶体管可等效为不同的电阻，因此，通过第一场效应晶体管以及第一电阻实现可变反馈电阻电路，可动态调整可变反馈电阻电路的阻值，进而使得跨导放大器输出的电压也会随之改变，灵活扩展光模块接收光功率的范围。
在一种可能的设计中，可变反馈电阻电路包括：第一电阻、第二电阻以及第一开关，所述第一开关用于控制所述第二电阻与所述第一电阻的连接状态；
所述第一电阻的第一端和所述第二电阻的第一端分别与所述跨导放大器的负输入端连接，所述第一电阻的第二端与所述跨导放大器的输出端连接，所述第二电阻的第二端与所述第一开关的输入端连接，所述第一开关的输出端与所述跨导放大器的输出端连接，所述第一开关的控制端与所述主控芯片的第一端连接。
主控芯片通过对第一开关的闭合或者断开进行控制，使第二电阻接入或者不接入光模块，实现动态调整可变反馈电阻电路的阻值，进而使得跨导放 大器输出的电压也会随之改变，灵活扩展光模块接收光功率的范围，同时，采用开关对电阻的接入进行调整，还可节约光模块成本。
在一种可能的设计中，主控芯片具体用于，判断所述光功率值是否大于预设的第一功率阈值；
如果所述光功率值大于所述第一功率阈值，则将所述第一开关的控制端与所述开关的输出端闭合；
如果所述光功率值不大于所述第一功率阈值，则将所述第一开关的控制端与所述开关的输出端断开。
主控芯片根据光功率值与第一功率阈值的比较结果，控制第一开关的闭合或者断开，使第二电阻接入或者不接入光模块，实现动态调整可变反馈电阻电路的阻值，进而使得跨导放大器输出的电压也会随之改变，灵活扩展光模块接收光功率的范围。
在一种可能的设计中，所述第一开关具体为第二场效应晶体管；
所述第一电阻的第一端与所述跨导放大器的负输入端连接，所述第一电阻的第二端与所述跨导放大器的输出端连接，所述第二电阻的第一端与所述跨导放大器的负输入端连接，所述第二电阻的第二端与所述第二场效应晶体管的源级连接，所述第二场效应晶体管的漏级与所述跨导放大器的输出端连接，所述第二场效应晶体管栅极与所述主控芯片的第一端连接；
所述主控芯片具体用于，判断所述光功率阈值是否大于预设的第一功率阈值；
如果所述光功率值大于所述第一功率阈值，则将所述第二场效应晶体管设置为导通状态；
如果所述光功率值不大于所述第一功率阈值，则将所述第二场效应晶体管设置为截止状态。
采用场效应晶体管替代开关，可使主控芯片更快速、灵活地调整可变反馈电阻电路的阻值，进而使得跨导放大器输出的电压也会随之改变；同时， 主控芯片根据光功率值与第一功率阈值的比较结果，控制第二场效应晶体管的导通或者截止，使第二电阻接入或者不接入光模块，实现动态调整可变反馈电阻电路的阻值，扩展光模块接收光功率的范围。
在一种可能的设计中，所述可变反馈电阻电路还包括：第三电阻和第二开关；所述第二开关用于控制所述第三电阻与所述第一电阻、所述第二电阻的连接状态；
所述第三电阻的第一端分别与所述第一电阻的第一端、所述第二电阻的第一端以及所述跨导放大器的负输入端连接，所述第一电阻的第二端与所述跨导放大器的输出端连接；所述第二电阻的第二端与所述第一开关的输入端连接，所述第一开关的输出端与所述跨导放大器的输出端连接，所述第一开关的控制端与所述主控芯片的第一端连接，所述第三电阻的第二端与所述第二开关的输入端连接，所述第二开关的输出端分别与所述跨导放大器的输出端连接，所述第二开关的控制端与所述主控芯片的第三端连接。
通过将多个开关控制多个电阻并联接入光模块，进一步扩大了光模块的光接收范围，满足光模块的设计要求，使光模块接收到较大或较小光功率时，仍能正常工作，更进一步降低了光接收功率饱和情况以及光接收功率无法识别出现的概率。
在一种可能的设计中，所述主控芯片具体用于，判断所述光功率值与预设的第一功率阈值和预设的第二功率阈值的大小关系；
如果所述光功率值不大于所述第一功率阈值，则将所述第一开关的控制端与所述第一开关的输出端断开，将所述第二开关的控制端与所述第二开关的输出端断开；
如果所述光功率值大于所述第一功率阈值，且不大于所述第二功率阈值，则将所述第一开关的控制端与所述开关的输出端闭合，将所述第二开关的控制端与所述第二开关的输出端断开；
如果所述光功率值大于所述第二功率阈值，则将所述第一开关的控制端 与所述第一开关的输出端闭合，将所述第二开关的控制端与所述第二开关的输出端闭合。
主控芯片根据光功率值与多个功率阈值的比较结果，控制第一开关、第二开关的闭合或者断开，使第二电阻、第三电阻接入或者不接入光模块，进一步扩大了光模块的光接收范围，满足光模块的设计要求，使光模块接收到较大或较小光功率时，仍能正常工作，更进一步降低了光接收功率饱和情况以及光接收功率无法识别出现的概率。
在一种可能的设计中，所述第一开关具体为第二场效应晶体管；所述第二开关具体为第三场效应晶体管；
所述第一电阻的第一端、所述第二电阻的第一端、所述第三电阻的第一端分别与所述跨导放大器的负输入端连接，所述第一电阻的第二端与所述跨导放大器的输出端连接，所述第二电阻的第二端与所述第二场效应晶体管的源级连接，所述第二场效应晶体管的漏级与所述跨导放大器的输出端连接，所述第二场效应晶体管栅极与所述主控芯片的第一端连接；所述第三电阻的第二端与所述第三场效应晶体管的源级连接，所述第三场效应晶体管的漏级与所述跨导放大器的输出端连接，所述第三场效应晶体管栅极与所述主控芯片的第三端连接；
所述主控芯片具体用于，判断所述光功率值与预设的第一功率阈值和预设的第二功率阈值的大小关系；
如果所述光功率值不大于所述第一功率阈值，则将所述第二场效应晶体管设置为截至状态，将所述第三场效应晶体管设置为截止状态；
如果所述光功率值大于所述第一功率阈值，且不大于所述第二功率阈值，则将所述第二场效应晶体管设置为导通状态，将所述第三场效应晶体管设置为截止状态；
如果所述光功率值大于所述第二功率阈值，则将所述第二场效应晶体管设置为导通状态，将所述第三场效应晶体管设置为导通状态。
采用场效应晶体管替代开关，可使主控芯片更快速、灵活地调整可变反馈电阻电路的阻值，进而使得跨导放大器输出的电压也会随之改变；同时，主控芯片根据光功率值与多个功率阈值的比较结果，控制多个场效应晶体管的导通或者截止，使第二电阻、第三电阻接入或者不接入光模块，实现动态调整可变反馈电阻电路的阻值，扩展光模块接收光功率的范围。
在一种可能的设计中，主控芯片具体用于，获取所述光功率值与所述第一场效应晶体管的栅极电压之间的对应关系表；
根据所述对应关系表，获取所述第一场效应晶体管的栅极电压；
将获取的所述栅极电压加载在所述第一场效应晶体管的栅极。
主控芯片通过光功率值与第一场效应晶体管的栅极电压之间的对应关系表，获取第一场效应晶体管的栅极电压，进而对第一场效应晶体管的栅极电压进行加载，使得第一场效应晶体管等效为一个电阻值，实现动态调整可变反馈电阻电路的阻值，进而使得跨导放大器输出的电压也会随之改变，灵活扩展光模块接收光功率的范围。
在一种可能的设计中，电路还包括：固定电阻；
所述固定电阻的第一端与所述主控芯片的第一端连接，所述固定电阻的第二端与所述第一场效应晶体管的栅极连接。
所述固定电阻R可用于维持主控芯片输出的信号电压恒定。
另一方面，本发明实施例提供了一种光线路终端OLT，所述OLT包括前述方面提供的光模块。
再一方面，本发明实施例提供了一种光网络单元ONU，所述ONU包括前述方面提供的光模块。
相较于现有技术，本发明提供的方案可以更加灵活的扩展光模块可接收光功率的范围，降低误码率，改善接收灵敏度和接收饱和光功率指标。
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简单地介绍。显而易见地，下面附图中反映的仅仅是本发明的一部分实施例，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本发明的其他实施方式。而所有这些实施例或实施方式都在本发明的保护范围之内。
图1为现有技术中光模块接收部分电路图；
图2为本发明实施例提供的一种PON系统示意图；
图3为本发明实施例提供的一种动态调整光功率接收范围的光模块的接收部分电路图；
图4为本发明实施例提供的另一种动态调整光功率接收范围的光模块的接收部分电路图；
图5为本发明实施例提供的多个ONU发送光信号示意图；
图6为本发明实施例提供的输出电压摆幅变化图；
图7为本发明实施例提供的另一种动态调整光功率接收范围的光模块的接收部分电路图；
图8为本发明实施例提供的另一种动态调整光功率接收范围的光模块的接收部分电路图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例描述的网络架构以及业务场景是为了更加清楚的说明本发明实施例的技术方案，并不构成对于本发明实施例提供的技术方案的限定， 本领域普通技术人员可知，随着网络架构的演变和新业务场景的出现，本发明实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
图2示出了本发明实施例提供的一种PON系统示意图，其主要包括OLT、至少一个光配线网络(optical distribution network，简称：ODN)以及至少一个ONU。在PON系统中，一个OLT可同时与至少1个ONU进行光信号的传输，OLT以广播方式向至少一个ONU发送以太网数据，并在每个上行帧中为每个ONU分配上行发光时隙，每个ONU选择接收OLT发送的广播数据，并在分配的上行发光时隙中向OLT发送光信号，ODN用于为OLT和ONU之间提供光传输通道。
其中，OLT和ONU之间均包括动态调整光功率接收范围的光模块，通过动态调整光功率接收范围的光模块，OLT或ONU接收对方发送的光信号，将光信号转换为电信号，进而获取对应的数据或信息。
下面将基于上面所述的本发明涉及的共性方面，对本发明实施例进一步详细说明。
本发明实施例中以OLT中包括的动态调整光功率接收范围的光模块为例进行说明，可以理解的是，ONU中也可包括动态调整光功率接收范围的光模块，且原理相同。
OLT在每个上行帧中为与其连接的每个ONU分配上行发光时隙，每个ONU在分配的上行发光时隙中向OLT发送光信号，下面以OLT中光模块接收一个ONU发送的光信号为例进行说明。
图3示出了本发明实施例提供的一种动态调整光功率接收范围的光模块接收部分电路图，该光模块包括：光信号接收端310、雪崩二极管320以及跨导放大器340。
在本发明实施例中，该电路还包括：光功率检测模块330、主控芯片350以及可变反馈电阻电路。
光信号接收端310的反向高压VPD与雪崩光电二极管320的负极连接， 雪崩光电二极管320的正极分别与光功率检测模块330的第一端和跨导放大器340的负输入端连接，跨导放大器340的正输入端接地；可变反馈电阻电路连接在跨导放大器340的负输入端与跨导放大器340的输出端之间，主控芯片350的第一端与可变反馈电阻电路连接，主控芯片350的第二端与功率检测模块330的第二端连接。
在PON系统中，光模块根据光功率值对可变反馈电阻电路的阻值进行调整，进而控制输出电压Uout的输出范围在合适的范围内，有效的降低误码率，达到扩展光模块的接收光功率范围的目的，增强了系统的健壮性。
在本发明实施中，光信号接收端310，用于接收光信号，并将光信号传输至雪崩二极管320。图3中光信号接收端包括光信号接收端的反向高压VPD。
雪崩二极管320，用于接收将接收到的光信号转换为光电流，并将光电流传输至光功率检测模块330和跨导放大器340。
光功率检测模块330，用于根据接收到的光电流获取与光电流对应的光功率值，并将光功率值传输至主控芯片350。光功率检测模块330对光信号进行检测，得到光电流对应的光功率值。
主控芯片350，用于根据接收到的光功率值对可变反馈电阻电路的阻值进行调整。
在本发明实施例中，主控芯片具体为PON MAC，PON MAC为一种信号处理芯片，可具有简单的处理功能，例如：识别光功率值与功率阈值大小关系的功能、对可变反馈电阻电路的阻值进行调整等。该信号处理芯片可集成在光模块中的某一模块中，例如，处理模块；可以理解的是，PON MAC还可集成在光模块的MCU中。主控芯片包括：处理器，收发器、存储器等器件，其中，处理器实现主控芯片的各种功能，收发器实现与其他器件的通信，存储器用于存储程序代码。
跨导放大器340，用于根据可变反馈电阻电路的阻值和光电流输出电压。
在本发明实施例中，跨导放大器340输出的电压Uout满足下述公式一：
Uout＝I1*R可变反馈           公式一
其中，I1为光电流；R可变反馈为可变反馈电阻。
在本发明实施例提供的光模块，由于主控芯片350可根据光功率值对可变反馈电阻电路的阻值进行动态调整，跨导放大器340输出的电压跟随可变反馈电阻电路的阻值调整而改变，使得光模块接收到较大或较小光功率时，仍能正常工作。本发明实施例提供的动态调整光功率接收范围的电路可扩展光模块可接收光功率的范围，改善接收灵敏度和接收饱和光功率指标。
进一步地，该光模块还包括：限幅放大器360。限幅放大器360的输入端与跨导放大器340的输出端连接。
限幅放大器360接收跨导放大器340输出的电压Uout，并对电压Uout的电压幅度进行调整处理。限幅放大器360对电压Uout去除过高或过低的电压值，保护电路不因为太高或太低的电压，造成电路工作不正常。
下面结合附图4对本发明的实施例提供的具体电路进行说明。
图4示出了本发明实施例提供的另一种动态调整光功率接收范围的光模块接收部分电路图，图4是在图3基础上具体描述可变反馈电阻电路的详细结构，与图3相同部分请参见图3的描述，此处不再赘述。
在本发明实施例中，可变反馈电阻电路包括第一电阻R1、第二电阻R2和第一开关K1。
可选的，第一开关K1包括输入端、输出端和控制端。第一电阻R1的第一端和第二电阻R2的第一端分别与跨导放大器340的负输入端连接，第一电阻R1的第二端与跨导放大器340的输出端连接；第二电阻R2的第二端与第一开关K1的输入端连接，第一开关K1的输出端与跨导放大器340的输出端连接，第一开关K1的控制端与主控芯片330的第一端连接。需要说明的是，当第一开关K1的控制端与输出端闭合时，可变反馈电阻电路由第一电阻R1与第二电阻R2的并联组成；当第一开关K1的控制端与输出端断开时，可变反馈电阻电路由第一电阻R1组成。
主控芯片350通过控制第一开关K1的闭合或者断开，来动态调整可变反馈电阻电路的阻值，进而使得跨导放大器340输出的电压Uout也会随之改变，故可扩展光模块接收光功率的范围，即可提高光模块的光接收灵敏度，又可降低光接收功率饱和情况以及光接收功率无法识别情况出现的概率；同时，在本发明实施例中，采用开关对电阻的接入进行调整，还可节约光模块成本。
具体地，当光功率值大于第一功率阈值时，主控芯片330将第一开关K1的控制端与输出端闭合；当光功率值不大于第一功率阈值时，主控芯片330将第一开关K1的控制端与输出端断开。
需要说明的是，第一功率阈值为预先设置的值，该值的具体大小可以根据实际情况灵活设置，本发明实施例不做具体限定。
在本发明实施例中，主控芯片330中处理器将光功率值与第一功率阈值进行比较后，处理器输出数字信号，主控芯片330中的收发器将该数字信号输出至第一开关K1的控制端，以控制第一开关K1的控制端与输出端的闭合或断开，例如，主控芯片330输出1时，第一开关K1的控制端与输出端的闭合；主控芯片330输出0时，第一开关K1的控制端与输出端的断开。
可选的，第一开关K1也可由金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide semiconductor field effect transistor，简称MOS-FET)实现。
此时，第一电阻R1的第一端与跨导放大器340的负输入端连接，第一电阻R1的第二端与跨导放大器340的输出端连接，第二电阻R2的第一端与跨导放大器340的负输入端连接，第二电阻R2的第二端与场效应晶体管的源级连接，场效应晶体管的漏级与跨导放大器340的输出端连接，场效应晶体管的栅极与主控芯片350的第一端连接。(图4中未示出场效应晶体管)
进一步地，主控芯片350具体用于，根据光功率值与第一功率阈值的比较结果，控制场效应晶体管的导通或截止状态，通过场效应晶体管的导通或截止状态，实现将第二电阻R2并联至电路中。
例如，主控芯片330将接收的光信号的光功率值与第一功率阈值进行比较。当光功率值大于第一功率阈值时，主控芯片330将场效应晶体管设置为导通状态，此时，第二电阻R2与第一电阻R1进行并联连接，第一电阻R1与第二电阻R2的并联组合作为跨导放大器340的反馈电阻；当光功率值不大于第一功率阈值时，主控芯片330将场效应晶体管设置为截止状态，此时，第二电阻R2不再与第一电阻R1进行并联连接，第一电阻R1作为跨导放大器340的反馈电阻。
可以理解的是，主控芯片330中处理器输出的数字信号，还可用于控制场效应晶体管的导通或截止，例如，主控芯片330输出1时，场效应晶体管导通；主控芯片330输出0时，场效应晶体管截止。
上述实施例中，以光模块接收一个ONU发送的光信号进行说明。在实际应用中，光模块可同时接收与其连接的多个ONU发送的光信号，当光模块接收多个ONU发送的光信号时，主控芯片330还将记录与每个ONU对应的第一开关K1的设置状态；当接收到该ONU再次发送的光信号时，主控芯片330对第一开关K1的设置状态进行恢复；当该ONU下线时，主控芯片330删除与该ONU对应的第一开关K1的设置状态。通过上述主控芯片330记录、恢复、删除等动作，可使光模块自动根据光功率值调整第一开关K1的闭合状态，控制电压Uout的输出范围，使光模块工作在最佳状态，降低误码率，扩展光模块可接收光功率的范围。
例如，根据PON协议，OLT在每个上行帧中为每个ONU分配上行发光时隙，如图5所示，图5示出了本发明实施例提供的在第N个上行帧中，光模块中的光信号接收端310接收ONU1和ONU2在各自的上行发光时隙发送的光信号1和光信号2，主控芯片330检测出光信号1的光功率值1不大于功率阈值1，光信号2的光功率值2大于功率阈值2。
可以理解的是，光模块为不同的ONU预设不同的功率阈值，上述功率阈值1与功率阈值2为不同的功率阈值。
在光功率值1不大于功率阈值1时，主控芯片330将第一开关K1的控制端与输出端断开，即第二电阻R2不接入电路，第一电阻R1作为跨导放大器的反馈电阻，并记录ONU1对应的第一开关K1的设置状态。当在第N+1个上行帧中，再次接收到ONU1发送的光信号时，主控芯片330按照记录的第一开关K1的设置对第一开关K1进行设置。当ONU1下线时，主控芯片330将删除与ONU1对应的第一开关K1的设置状态。
同理，在光功率值2大于功率阈值2时，主控芯片330将第一开关K1的控制端与输出端闭合，即将第一电阻R1与第二电阻R2的并联组合作为跨导放大器340的反馈电阻，并记录ONU2对应的第一开关K1的设置状态。当在第N+1个上行帧中，再次接收到ONU2发送的光信号时，主控芯片330按照记录的第一开关K1的设置对第一开关K1进行设置。当ONU2下线时，主控芯片330将删除与ONU2对应的第一开关K1的设置状态。如图左侧为OLT接收到的光功率，右侧为经过本发明实施例提供的光模块调整后，ONU1和ONU2对应的电压Uout变化图。
图6中左半面为光模块接收到ONU1发送光信号的光功率值大于功率阈值1(简称大光)时，电压Uout的输出信号情况，右半面为光模块接收到ONU2发送光信号的光功率值不大于功率阈值2(简称小光)时，电压Uout的输出信号情况。当接收到ONU1发送的大光时，主控芯片330将第一开关K1的控制端与输出端闭合，将第一电阻R1与第二电阻R2的并联组合作为跨导放大器340的反馈电阻，以控制电压Uout的输出幅度不会因接收光功率太大而饱和；当接收到ONU2发送的小光时，主控芯片330在t时刻将第一开关K1的控制端与输出端断开，将第一电阻R1作为跨导放大器340的反馈电阻，以控制电压Uout的输出幅度不会因接收光功率太小而无法识别。
在本发明实施例中，第一电阻R1、第二电阻R2以及第一功率阈值可预先在出厂时进行设定，下面对第一电阻R1、第二电阻R2以及第一功率阈值的设定方法进行简要说明。
确定光模块可接收的光信号范围，即光模块可获取的光功率值的光功率最小值Pmin和光功率最大值Pmax，在[Pmin，Pmax]范围内，光模块可正常接收光信号。确定限幅放大器360可识别的输入电压最大值Uout_max和输入电压最小值Uout_min，以使得跨导放大器340输出的电压Uout满足Uout_min＜Uout＜Uout_max。当电压Uout处于[Uout_min，Uout_max]范围内时，限幅放大器360可对电压Uout进行正常识别，即识别为0或1。
根据光功率最小值Pmin和光功率最大值Pmax，查询出获取光功率最小值时对应的电流最小值Imin，以及获取光功率最大值Pmax时对应的电流最大值Imax；其中，Imax和Imin可通过光器件的出厂数据获得，或通过实测获得电流分布数据。
利用输入电压最小值Uout_min和电流最小值Imin，确定第一电阻值R1，第一电阻值R1满足下述公式二：
在实际应用中，为了保证设计裕量，一般确定为Imin*R1＝1.2Uout_min，则
利用确定的第一电阻值R1和输入电压最大值Uout_max，确定跨导放大器340的门限电流值I，门限电流值I满足下述公式三：
在实际应用中，为了保证设计裕量，一般确定为I*R1＝0.8Uout_max，则
根据门限电流值I，查询光器件的出厂数据，确定与门限电流值I对应的功率阈值P0；
根据门限电流值I、电流最大值Imax输入电压最大值Uout_max、输入电压最小值Uout_min和第一电阻值R1确定第二电阻R2，第二电阻R2满足下述公式六：
其中，光功率值为功率阈值P0时跨导放大器340的第一输出电压值U1，第一输出电压值U1
U1＝I*(R1//R2)＞Uout_min           公式五
光功率值为光功率最大值Pmax时跨导放大器340的第二输出电压值U2，第二输出电压值U2满足下述公式六：
U2＝Imax*(R1//R2)＜Uout_max          公式六
在实际应用中，为了保证设计裕量，一般确定为则根据确定第二电阻R2。
图7示出了本发明实施例提供的另一种动态调整光功率接收范围的光模块接收部分电路图，下面结合附图7，对光模块中采用多个电阻、多个开关来控制可变反馈电阻电路的方案进行说明。图7是在图4基础上再增加了第三电阻R3与第二开关K2的结构，与图4相同部分请参见图4的描述，此处不再赘述。
在本发明实施例中，可变反馈电阻电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一开关K1和第二开关K2。图4所描述的可变反馈电阻电路的方案，在一定程度上扩展了光模块的光接收范围，降低了光接收功率饱和情况以及光接收功率无法识别情况出现的概率，在图7所示的可变反馈电阻电路的方案中，通过多个开关控制并联多个电阻，在图4的基础上，进一步扩展了光模块的光接收范围，满足光模块的设计要求，使光模块接收到较大或较小光功率时，仍能正常工作，更进一步降低了光接收功率饱和情况以及光 接收功率无法识别出现的概率。
可选地，第二开关K2也包括输入端、输出端和控制端。第一电阻R1的第一端、第二电阻R2的第一端、第三电阻R3的第一端分别与跨导放大器340的负输入端连接，第一电阻R1的第二端与跨导放大器340的输出端连接；第二电阻R2的第二端与第一开关K1的输入端连接，第一开关K1的输出端与跨导放大器340的输出端连接，第一开关K1的控制端与主控芯片330的第一端连接，第三电阻R3的第二端与第二开关K2的输入端连接，第二开关K2的输出端与跨导放大器340的输出端连接，第二开关K2的控制端与主控芯片330的第三端连接。需要说明的是，当第一开关K1的控制端与输出端闭合，且第二开关K2的控制端与输出端闭合时，可变反馈电阻电路由第一电阻R1、第二电阻R2以及第三电阻R3的并联组成；当第一开关K1的控制端与输出端断开，且第二开关K2的控制端与输出端断开时，可变反馈电阻电路由第一电阻R1组成；当第一开关K1的控制端与输出端闭合，且第二开关K2的控制端与输出端断开时，可变反馈电阻电路由第一电阻R1、第二电阻R2的并联组成。
主控芯片350通过控制第一开关K1、第二开关K2的闭合或者断开，来动态调整可变反馈电阻电路的阻值，进而使得跨导放大器340输出的电压Uout也会随之改变，灵活扩展光模块接收光功率的范围。
具体地，当光功率值不大于第一功率阈值P1时，主控芯片330将第一开关K1的控制端与输出端断开，将第二开关K2的控制端与输出端断开；当光功率值大于第一功率阈值P1，且不大于第二功率阈值P2时，主控芯片330将第一开关K1的控制端与输出端闭合，将第二开关K2的控制端与输出端断开；当光功率值大于第二功率阈值P2，主控芯片330将第一开关K1的控制端与输出端闭合，将第二开关K2的控制端与输出端闭合。具体如下述表1所示。
需要说明的是，第一功率阈值P1、第二功率阈值P2为预先设置的值，该值的具体大小可以根据实际情况灵活设置，本发明实施例不做具体限定。
表1开关设置状态
光功率值 第一开关K1状态 第二开关K2状态
P≤P1 断开 断开
P1＜P≤P2 闭合 断开
P＞P2 闭合 闭合
可选的，第一开关K1、第二开关K2也可由场效应晶体管实现。此时，第一电阻R1的第一端、第二电阻的第一端、第三电阻的第一端分别与跨导放大器340的负输入端连接，第一电阻R1的第二端与跨导放大器340的输出端连接，第二电阻R2的第二端与场效应晶体管1的源级连接，场效应晶体管1的漏级与跨导放大器340的输出端连接，场效应晶体管1的栅极与主控芯片350的第一端连接，第三电阻R3的第二端与场效应晶体管2的源级连接，场效应晶体管2的漏级与跨导放大器340的输出端连接，场效应晶体管2的栅极与主控芯片350的第三端连接。(图7中未示出场效应晶体管1和场效应晶体管2)
进一步地，主控芯片350具体用于，根据光功率值与第一功率阈值P1、第二功率阈值P2的比较结果，控制场效应晶体管1、场效应晶体管2的导通或截止状态，通过场效应晶体管1、场效应晶体管2的导通或截止状态，实现将第二电阻R2、第三电阻R3并联至电路中。
例如，主控芯片330将接收的光信号的光功率值与第一功率阈值、第二功率阈值进行比较。当光功率值不大于第一功率阈值时，主控芯片330将场效应晶体管1设置为截止状态，将场效应晶体管2设置为截止状态，此时，第二电阻R2、第三电阻R3不与第一电阻R1进行并联连接，第一电阻R1作为跨导放大器340的反馈电阻；当光功率值大于第一功率阈值，且不大于第二功率阈值时，主控芯片将场效应晶体管1设置为导通状态，将场效应晶体管2设置截止状态，此时，第二电阻R2与第一电阻R1进行并联连接，第一电阻R1 与第二电阻的并联组合作为跨导放大器340的反馈电阻；当光功率值大于第二功率阈值时，主控芯片330将场效应晶体管1设置为导通状态，将场效应晶体管2设置为导通状态，此时，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3进行并联连接，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3的并联组合作为跨导放大器340的反馈电阻。
图8示出了本发明实施例提供的另一种动态调整光功率接收范围的光模块接收部分电路图，图8是在图3基础上具体描述可变反馈电阻电路的详细结构，与图3相同部分请参见图3的描述，此处不再赘述。
在本发明实施例中，可变反馈电阻电路包括第一电阻R1、和第一场效应晶体管Q1。
可选地，第一场效应晶体管Q1包括栅极、源级和漏级。第一场效应晶体管Q1的源级和第一电阻R1的第一端分别与跨导放大器340的负输入端连接，第一场效应晶体管Q1的漏级和第一电阻R1的第二端分别与跨导放大器340的输出端连接，第一场效应晶体管Q1的栅极与主控芯片330的第一端连接。
需要说明的是，在本发明实施例中，第一场效应晶体管Q1处于非完全导通状态。在非完全导通状态下，在第一场效应晶体管Q1的栅极加载不同的电压，第一场效应晶体管Q1等效为不同的电阻值，可变反馈电阻电路由第一电阻R1与第一场效应晶体管Q1等效的电阻并联组成。
主控芯片350在第一场效应晶体管Q1的栅极加载不同的电压，使第一场效应晶体管Q1等效为不同的电阻值，可动态调整可变反馈电阻电路的阻值，进而使跨导放大器340输出的电压Uout也会随之改变，故可扩展光模块接收光功率的范围。
具体地，当光功率值大于光模块可获取的光功率值的光功率最小值Pmin，且不大于第一功率阈值P1时，主控芯片330输出的电压为Vmin，并将电压Vmin加载在第一场效应晶体管Q1的栅极，该电压Vmin为第一场效应晶体管Q1的栅极电 压最小值；当光功率值大于第一功率阈值P1，且不大于第二功率阈值P2时，主控芯片330输出的电压为V1，并将电压V1加载在第一场效应晶体管Q1的栅极，电压V1为第一场效应晶体管Q1的栅极电压；当光功率值大于第二功率阈值P2，且不大于第三功率阈值P3时，主控芯片330输出的电压为V2，并将电压V2加载在第一场效应晶体管Q1的栅极，电压V2为第一场效应晶体管Q1的栅极电压；当光功率值大于第三功率阈值P3，且不大于光模块可获取的光功率值的光功率最大值Pmax时，主控芯片330输出的电压为V3，并将电压V3加载在第一场效应晶体管Q1的栅极，电压V3为第一场效应晶体管Q1的栅极电压；当光功率值大于光功率最大值Pmax时，主控芯片330输出的电压为V4，并将电压V4加载在第一场效应晶体管Q1的栅极，电压V4为第一场效应晶体管Q1的栅极电压。具体如下述表2所示。
表2光功率值与第一场效应晶体管Q1的栅极电压Vg关系表
光功率值 第一场效应晶体管Q1的栅极电压Vg
Pmin＜P≤P1 Vmin
P1＜P≤P2 V1
P2＜P≤P3 V2
P3＜P≤Pmax V3
Pmax＜P V4
如表2所示，Pmin、Pmax为光模块可获取的光功率值的光功率最小值和光功率最大值；Vmin为第一场效应晶体管Q1的栅极电压Vg最小值；V1、V2、V3以及V4为预设的第一场效应晶体管Q1的栅极电压Vg。
在本发明实施例中，主控芯片350通过光功率值与第一场效应晶体管的栅极电压之间的对应关系表，获取第一场效应晶体管的栅极电压，进而对第一场效应晶体管的栅极电压进行加载，使得第一场效应晶体管等效为一个电 阻值，实现动态调整可变反馈电阻电路的阻值，进而使得跨导放大器输出的电压也会随之改变，灵活扩展光模块接收光功率的范围，即可提高光模块的光接收灵敏度，又可降低光接收功率饱和情况以及光接收功率无法识别情况出现的概率。
需要说明的是，第一功率阈值P1、第二功率阈值P2以及第三功率阈值P3为出厂时预先设置的值，该值的具体大小可以根据实际情况灵活设置，本发明实施例不做具体限定。
进一步地，主控芯片330包括处理器，收发器、存储器等器件(图8中未示出)，其中，处理器实现主控芯片的各种功能，收发器实现与其他器件的通信，存储器用于存储程序代码。处理器将光功率值与功率阈值进行比较后，输出数字信号。
主控芯片330还包括数/模转换器(图8中未示出)，数/模转换器用于将处理器输出的数字信号转换为模拟信号，该模拟信号携带主控芯片确定的第一场效应晶体管Q1的栅极电压。
进一步地，该光模块还包括：固定电阻R。固定电阻R的第一端与主控芯片330的第一端连接，固定电阻R的第二端与第一场效应晶体管Q1的栅极连接。该固定电阻R可用于维持主控芯片输出的模拟信号电压恒定。
在本发明实施例中，第一场效应晶体管Q1也可由多个场效应晶体管替代，多个场效应晶体管组成黑盒，主控芯片330对黑盒表征的电阻进行调整。
可以理解的是，根据预设的光模块的接收光功率的范围，在出厂前对光功率值与第一场效应晶体管Q1的栅极电压Vg的对应关系表进行设定。
下面对本发明实施例提供的光功率值与第一场效应晶体管Q1的栅极电压Vg的对应关系表的设定过程进行简要说明。
如前述实施例，第一电阻R1、功率阈值的设定方式在前述实施例中已详细说明，在此不再复述。
假设多个光功率值，将多个光功率值与多个功率阈值进行比较后，得到 光功率值的等级。根据输入电压最大值Uout_max和电流最大值Imax、输入电压最小值Uout_min和电流最小值Imin，确定每个光功率值的等级对应的可变反馈电阻电路的阻值区间，再根据确定的可变反馈电阻电路的阻值区间以及第一电阻R1，确定对应的第一场效应晶体管Q1的等效电阻R′。根据第一场效应晶体管Q1的等效电阻R′，确定与第一场效应晶体管Q1的等效电阻R′对应的第一场效应晶体管Q1的栅极电压，进而得到光功率值与第一场效应晶体管Q1的栅极电压Vg的对应关系表。
在本发明实施例中，确定光模块可接收的光信号范围，即光模块可获取的光功率值的光功率最小值Pmin和光功率最大值Pmax，根据光功率最小值Pmin和光功率最大值Pmax，查询出获取光功率最小值时对应的电流最小值Imin，以及获取光功率最大值Pmax时对应的电流最大值Imax；其中，Imax和Imin可通过光器件的出厂数据获得，或通过实测获得电流分布数据。
在[Pmin，Pmax]范围内，光模块可正常接收光信号，获取光信号的光功率值。确定限幅放大器360可识别的输入电压最大值Uout_max和输入电压最小值Uout_min，以使得跨导放大器340输出的电压Uout满足Uout_min＜Uout＜Uout_max。
根据输入电压最大值Uout_max和电流最大值Imax、输入电压最小值Uout_min和电流最小值Imin，确定可变反馈电阻电路的阻值区间，该可变反馈电阻电路的阻值为第一电阻R1与第一场效应晶体管Q1的等效电阻R′的并联电阻值，由此，可确定第一场效应晶体管Q1的等效电阻R′。
在本发明实施例中，第一场效应晶体管Q1的等效电阻R′满足下述公式七：
其中，k为第一场效应晶体管Q1的物理参数，由第一场效应晶体管Q1的具体结构、掺杂浓度决定；Vp为第一场效应晶体管Q1的阈值开启电压，由第一场效应晶体管Q1的具体结构、绝缘栅厚度、衬底和源漏极掺杂浓度决定；Vgs 为第一场效应晶体管Q1的栅极电压与源极电压之差。
由于跨导放大器340的差分输入端具有虚短的特性，因此，第一场效应晶体管Q1的源极电压等于跨导放大器340的输入端电压与基准电压Vref之和，且为一固定值。
第一场效应晶体管Q1的等效电阻R′可进一步精确为下述公式八：
其中，Vg为第一场效应晶体管Q1的栅极电压，Vref为跨导放大器340的基准电压。
因此，通过上述公式八可根据第一场效应晶体管Q1的等效电阻R′，得到第一场效应晶体管Q1的栅极电压Vg。
通过前述，即可得到光功率值与第一场效应晶体管Q1的栅极电压Vg的对应关系表。
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

  1. 一种动态调整光功率接收范围的光模块，所述光模块包括：光信号接收端、跨导放大器以及雪崩二极管，其特征在于，所述光模块还包括：主控芯片、光功率检测模块以及可变反馈电阻电路，所述光信号接收端与所述雪崩二极管的负极连接，所述雪崩光电二极管的正极分别与所述光功率检测模块的第一端和所述跨导放大器的负输入端连接，所述跨导放大器的正输入端接地；所述可变反馈电阻电路连接在所述跨导放大器的负输入端与输出端之间，所述主控芯片的第一端与所述可变反馈电阻电路连接，所述主控芯片的第二端与所述功率检测模块的第二端连接；
    所述光信号接收端，用于接收光信号，并将所述光信号传输至所述雪崩二极管；
    所述雪崩二极管，用于将接收到的所述光信号转换为光电流，并将所述光电流传输至所述光功率检测模块和所述跨导放大器；
    所述光功率检测模块，用于根据接收到的所述光电流，获取与所述光电流对应的光功率值，并将所述光功率值传输至所述主控芯片；
    所述主控芯片，用于根据接收到的所述光功率值，对所述可变反馈电阻电路的阻值进行调整；
    所述跨导放大器，用于根据所述可变反馈电阻电路的阻值和所述光电流输出电压。
  2. 根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述可变反馈电阻电路包括：第一场效应晶体管以及第一电阻，所述第一场效应晶体管设置为非完全导通状态；
    所述第一场效应晶体管的源级与所述第一电阻的第一端分别连接在所述跨导放大器的负输入端，所述第一场效应晶体管的漏级与所述第一电阻的第二端分别连接在所述跨导放大器的输出端，所述第一场效应晶体管的栅极与所述主控芯片的第一端连接。
  3. 根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述可变反馈电阻电路包括：第一电阻、第二电阻以及第一开关，所述第一开关用于控制所述第二电阻与所述第一电阻的连接状态；
    所述第一电阻的第一端和所述第二电阻的第一端分别与所述跨导放大器的负输入端连接，所述第一电阻的第二端与所述跨导放大器的输出端连接，所述第二电阻的第二端与所述第一开关的输入端连接，所述第一开关的输出端与所述跨导放大器的输出端连接，所述第一开关的控制端与所述主控芯片的第一端连接。
  4. 根据权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述主控芯片具体用于，判断所述光功率值是否大于预设的第一功率阈值；
    如果所述光功率值大于所述第一功率阈值，则将所述第一开关的控制端与所述开关的输出端闭合；
    如果所述光功率值不大于所述第一功率阈值，则将所述第一开关的控制端与所述开关的输出端断开。
  5. [根据细则26改正12.09.2016]
    根据权利要求3或4所述的电路，其特征在于，所述开关具体为第二场效应晶体管；
    所述第一电阻的第一端与所述跨导放大器的负输入端连接，所述第一电阻的第二端与所述跨导放大器的输出端连接，所述第二电阻的第一端与所述跨导放大器的负输入端连接，所述第二电阻的第二端与所述第二场效应晶体管的源级连接，所述第二场效应晶体管的漏级与所述跨导放大器的输出端连接，所述第二场效应晶体管栅极与所述主控芯片的第一端连接；
    所述主控芯片具体用于，判断所述光功率阈值是否大于预设的第一功率阈值；
    如果所述光功率值大于所述第一功率阈值，则将所述第二场效应晶体管设置为导通状态；
    如果所述光功率值不大于所述第一功率阈值，则将所述第二场效应晶体管设置为截止状态。
  6. 根据权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述可变反馈电阻电路还包括：第三电阻和第二开关；所述第二开关用于控制所述第三电阻与所述第一电阻、所述第二电阻的连接状态；
    所述第三电阻的第一端分别与所述第一电阻的第一端、所述第二电阻的第一端以及所述跨导放大器的负输入端连接，所述第一电阻的第二端与所述跨导放大器的输出端连接；所述第二电阻的第二端与所述第一开关的输入端连接，所述第一开关的输出端与所述跨导放大器的输出端连接，所述第一开关的控制端与所述主控芯片的第一端连接，所述第三电阻的第二端与所述第二开关的输入端连接，所述第二开关的输出端分别与所述跨导放大器的输出端连接，所述第二开关的控制端与所述主控芯片的第三端连接。
  7. 根据权利要求6所述的光模块，其特征在于，所述主控芯片具体用于，判断所述光功率值与预设的第一功率阈值和预设的第二功率阈值的大小关系；
    如果所述光功率值不大于所述第一功率阈值，则将所述第一开关的控制端与所述第一开关的输出端断开，将所述第二开关的控制端与所述第二开关的输出端断开；
    如果所述光功率值大于所述第一功率阈值，且不大于所述第二功率阈值，则将所述第一开关的控制端与所述开关的输出端闭合，将所述第二开关的控制端与所述第二开关的输出端断开；
    如果所述光功率值大于所述第二功率阈值，则将所述第一开关的控制端与所述第一开关的输出端闭合，将所述第二开关的控制端与所述第二开关的输出端闭合。
  8. 根据权利要求6或7所述的光模块，其特征在于，所述第一开关具体为第二场效应晶体管；所述第二开关具体为第三场效应晶体管；
    所述第一电阻的第一端、所述第二电阻的第一端、所述第三电阻的第一 端分别与所述跨导放大器的负输入端连接，所述第一电阻的第二端与所述跨导放大器的输出端连接，所述第二电阻的第二端与所述第二场效应晶体管的源级连接，所述第二场效应晶体管的漏级与所述跨导放大器的输出端连接，所述第二场效应晶体管栅极与所述主控芯片的第一端连接；所述第三电阻的第二端与所述第三场效应晶体管的源级连接，所述第三场效应晶体管的漏级与所述跨导放大器的输出端连接，所述第三场效应晶体管栅极与所述主控芯片的第三端连接；
    所述主控芯片具体用于，判断所述光功率值与预设的第一功率阈值和预设的第二功率阈值的大小关系；
    如果所述光功率值不大于所述第一功率阈值，则将所述第二场效应晶体管设置为截至状态，将所述第三场效应晶体管设置为截止状态；
    如果所述光功率值大于所述第一功率阈值，且不大于所述第二功率阈值，则将所述第二场效应晶体管设置为导通状态，将所述第三场效应晶体管设置为截止状态；
    如果所述光功率值大于所述第二功率阈值，则将所述第二场效应晶体管设置为导通状态，将所述第三场效应晶体管设置为导通状态。
  9. 根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述主控芯片具体用于，
    获取所述光功率值与所述第一场效应晶体管的栅极电压之间的对应关系表；
    根据所述对应关系表，获取所述第一场效应晶体管的栅极电压；
    将获取的所述栅极电压加载在所述第一场效应晶体管的栅极。
  10. 根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述电路还包括：固定电阻；
    所述固定电阻的第一端与所述主控芯片的第一端连接，所述固定电阻的第二端与所述第一场效应晶体管的栅极连接。
  11. 一种光线路终端OLT，其特征在于，所述OLT包括前述权利要求1-10 任一项的光模块。
  12. 一种光网络单元ONU，其特征在于，所述ONU包括前述权利要求1-10任一项的光模块。
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