CN110278040A - 一种高速微弱光信号接收模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高速微弱光信号接收模块，属于光电检测技术领域。所述高速微弱光信号接收模块包括：前置放大电路，包括光电传感器，所述光电传感器检测光信号并转化为电流信号，所述前置放大电路将该电流信号放大并同时转为电压信号；电压调整电路，调节电压信号的均值，使其在零值附近；滤波电路，滤除所述光电传感器所接偏置电压的高频干扰以及避免低频扰动；主放大电路，对滤波后的电压信号进行二次放大；整形电路，包括二极管V1、V2和所述主放大电路，用于去除负信号。本发明提高了光信号的探测能力和接收速度，有利于光信号的深度挖掘和高频传输，符合信息化的发展趋势。
Description
技术领域
本发明涉及光电检测技术领域，特别涉及一种高速微弱光信号接收模块。
背景技术
对微弱或极微弱光的检测，在科学研究和军事等领域有广泛的应用。微弱光信号检测的一般办法是通过光电转换器件将微弱的光信号转换成为微弱电信号，然后再通过电路放大，将这个微弱电信号转变为可处理的电信号。
微弱光信号检测的难点在于光电器件接收到的光信号和转换后的电信号都很微弱，很容易淹没在各种噪声中，为了得到有效的信号以便于后级电路的分析处理，制作低噪声、高精度光电放大器是非常重要的。随着无线光通信技术的快速发展，微弱光信号的探测能力成为了制约距离扩展的关键因素，所以，研制一种高速微弱光信号接收模块很有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高速微弱光信号接收模块，以解决目前难以对微弱光信号进行检测的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种高速微弱光信号接收模块，包括：
前置放大电路，包括光电传感器，所述光电传感器检测光信号并转化为电流信号，所述前置放大电路将该电流信号放大并同时转为电压信号；
电压调整电路，调节电压信号的均值，使其在零值附近；
滤波电路，滤除所述光电传感器所接偏置电压的高频干扰以及避免低频扰动；滤除所述电压信号中的直流分量，避免信号因为放大而饱和；
主放大电路，对滤波后的电压信号进行二次放大；
整形电路，包括二极管V1、V2和所述主放大电路，用于去除负信号。
可选的，所述前置放大电路还包括运算放大器U2和电阻R6；
所述运算放大器U2的型号为OPA657，采用正负电压供电；
所述电阻R6连接于所述运算放大器U2的负输入端和输出端之间。
可选的，所述光电传感器的一端接负的偏置电压，另一端接所述运算放大器U2的负输入端。
可选的，所述电压调整电路包括运算放大器U1、运算放大器U2和电容C4；
所述运算放大器U1的型号为LMV710，所述电容C4的一端接所述运算放大器U1的负输入端，另一端接所述运算放大器U1的输出端。
可选的，所述滤波电路包括高通滤波电路和低通滤波电路；所述高通滤波电路包括电容C10和电阻R14，所述低通滤波电路包括电容C2和电阻R3。
可选的，所述主放大电路包括运算放大器U3、电阻R5、R9和R14；其中，
所述运算放大器U3的型号为OPA657，其正输入端与所述电阻R14连接，负输入端与所述电阻R9连接，所述电阻R5连接于所述运算放大器U3的负输入端和输出端之间。
在本发明中提供了一种高速微弱光信号接收模块，能够捕获快速变化的微弱光信号，对于光波波长在850nm附近的光信号效果更好，可以将周期性变化的光信号转化为标准电平，能够检测光功率大于10nW的交流弱信号，能够保证10M的信号带宽，有较强的抗干扰能力，转化后的信号噪声和失真度较小，不会形成自激振荡。高速微弱光信号接收模块应用在光通信系统接收端，同发射端结合起来可实现2公里的语音通信。
附图说明
图1是高速微弱光信号接收模块的结构框图示意图；
图2是高速微弱光信号接收模块的电路结构示意图；
图3是前置放大电路的结构示意图；
图4是电压调整电路的结构示意图；
图5是主放大及整形电路的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种高速微弱光信号接收模块作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
本发明提供了一种高速微弱光信号接收模块，其结构框图如图1所示。所述高速微弱光信号接收模块包括前置放大电路1、电压调整电路2、滤波电路3、主放大电路4和整形电路5。所述高速微弱光信号接收模块的具体整体电路结构如图2所示，所述前置放大电路1包括光电传感器D1，所述光电传感器D1检测环境中光信号的变化，将高速微弱的光信号转化为便于检测的电流信号，所述前置放大电路1将该电流信号放大并同时转为电压信号；所述电压调整电路2调节电压信号的均值，使其在零值附近；所述滤波电路3滤除所述光电传感器D1所接偏置电压的高频干扰以及避免低频扰动；滤除所述电压信号中的直流分量，避免信号因为放大而饱和；所述主放大电路4，对滤波后的电压信号进行二次放大；所述整形电路5，包括二极管V1、V2和所述主放大电路4，用于去除负信号。
具体的，所述前置放大电路1还包括运算放大器U2、电阻R6和其他外围电阻和外围电容，其结构如图3所示。所述光电传感器D1外壳同外壳地相连，一端接运算放大器U2的反相输入端，另一端接电阻R13，所述电阻R13接负的偏置电压；所述运算放大器U2选用高精密低噪声运算放大器，型号为OPA657，采用正负电压供电；所述电阻R6连接于所述运算放大器U2的负输入端和输出端之间。所述前置放大电路1工作在光导模式，所述光电传感器11的一端接负的偏置电压，另一端接所述运算放大器U2的负输入端，可实现高速切换。所述前置放大电路1属于跨阻放大电路，在满足其他条件的前提下，提高电阻R6的阻值可有效提高信噪比，所述前置放大电路1中电阻R6的阻值优选取为330KΩ。
所述电压调整电路2包括运算放大器U1、运算放大器U2和电容C4，具体结构如图4所示。所述运算放大器U1的型号为LMV710，所述电容C4的一端接所述运算放大器U1的负输入端，另一端接所述运算放大器U1的输出端。由于所述电容C4的存在，所述运算放大器U1及其他外围电路构成的电压调整电路对低频信号放大倍数较高，对高频信号放大倍数很低，所以，所述电压调整电路2对运算放大器U2输出的电压信号影响较小，对直流电压影响较大，可调节所述运算放大器U2输出的电压信号的均值，使其在零附近。
具体的，请同时参阅图3和图4，所述滤波电路3包括高通滤波电路和低波滤波电路；电容C11和电容C16具有低通滤波功能，一方面可滤除所述光电传感器所接偏置电压的高频干扰，另一方面可避免低频扰动；如图2所示，所述高通滤波电路包括电容C10和电阻R14，所述低通滤波电路包括电容C2和电阻R3，可隔断直流分量。
如图5所示，所述主放大电路4包括运算放大器U3、电阻R5、R9和R14；其中，所述运算放大器U3的型号为OPA657，对所述运算放大器U2输出的滤波后的信号进行二次放大，其正输入端与所述电阻R14连接，负输入端与所述电阻R9连接，所述电阻R5连接于所述运算放大器U3的负输入端和输出端之间。
请继续参阅图5，所述整形电路5包括二极管V1、V2和所述主放大电路4，用于去除负信号。
本发明提供的高速微弱光信号接收模块具体整体电路结构示意图如图2所示，该高速微弱光信号接收模块能够捕获快速变化的微弱光信号，对于光波波长在850nm附近的光信号效果更好，可以将周期性变化的光信号转化为标准电平，能够检测光功率大于10nW的交流弱信号，能够保证10M的信号带宽，有较强的抗干扰能力，转化后的信号噪声和失真度较小，不会形成自激振荡。高速微弱光信号接收模块应用在光通信系统接收端，同发射端结合起来可实现2公里的语音通信。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (6)
1.一种高速微弱光信号接收模块，其特征在于，包括：
前置放大电路，包括光电传感器，所述光电传感器检测光信号并转化为电流信号，所述前置放大电路将该电流信号放大并同时转为电压信号；
电压调整电路，调节电压信号的均值，使其在零值附近；
滤波电路，滤除所述光电传感器所接偏置电压的高频干扰以及避免低频扰动；滤除所述电压信号中的直流分量，避免信号因为放大而饱和；
主放大电路，对滤波后的电压信号进行二次放大；
整形电路，包括二极管V1、V2和所述主放大电路，用于去除负信号。
2.如权利要求1所述的高速微弱光信号接收模块，其特征在于，所述前置放大电路还包括运算放大器U2和电阻R6；
所述运算放大器U2的型号为OPA657，采用正负电压供电；
所述电阻R6连接于所述运算放大器U2的负输入端和输出端之间。
3.如权利要求2所述的高速微弱光信号接收模块，其特征在于，所述光电传感器的一端接负的偏置电压，另一端接所述运算放大器U2的负输入端。
4.如权利要求1所述的高速微弱光信号接收模块，其特征在于，所述电压调整电路包括运算放大器U1、运算放大器U2和电容C4；
所述运算放大器U1的型号为LMV710，所述电容C4的一端接所述运算放大器U1的负输入端，另一端接所述运算放大器U1的输出端。
5.如权利要求2所述的高速微弱光信号接收模块，其特征在于，所述滤波电路包括高通滤波电路和低通滤波电路；所述高通滤波电路包括电容C10和电阻R14，所述低通滤波电路包括电容C2和电阻R3。
6.如权利要求1所述的高速微弱光信号接收模块，其特征在于，所述主放大电路包括运算放大器U3、电阻R5、R9和R14；其中，
所述运算放大器U3的型号为OPA657，其正输入端与所述电阻R14连接，负输入端与所述电阻R9连接，所述电阻R5连接于所述运算放大器U3的负输入端和输出端之间。
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