CN110940416A - 一种多通道并行的光电探测电路结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种多通道并行的光电探测电路结构，包括顺次连接的探测器、第一级放大单元、第二级放大单元、滤波单元和多路同步ADC；探测器将光信号转换成电流信号；第一级放大单元由跨阻放大器构成，将电流信号放大成电压信号；第二级放大单元由放大倍数不同的n个运算放大器构成，并行连接在跨阻放大器之后形成并行n通道；滤波单元由带宽不同的n个低通滤波器构成，并行连接在n个运算放大器之后；多路同步ADC连接在n个低通滤波器之后，同步采集n个放大倍数下的数据。该电路采用多通道并行结构，可在同一时刻采集多档位增益的信号，提高探测效率，有效降低噪声和提高信噪比，提高探测的动态范围。

Description

一种多通道并行的光电探测电路结构

【技术领域】

本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种多通道并行的光电探测电路结构。

【背景技术】

随着光通信技术的快速发展，目前已经普遍通过监控光网络系统链路中的光信号强度，实现对光网络系统中光纤光路性能劣化或者故障的监控，进而提高光网络系统的稳定性与可靠性。一种典型的应用于光网络系统监控中的光电探测电路结构如图1所示，包括探测器、跨阻放大器、低通滤波器、模数转换器(Analog to Digital Converter，简写为ADC)和处理器。其中，探测器主要是将光信号转换成电信号；跨阻放大器主要是将转换成的微弱电信号放大到ADC的输入范围之内；低通滤波器主要是滤除带宽以外的噪声；ADC主要是完成对模拟信号的采集，并转换成数字信号给处理器；处理器主要是处理数字信号，进而根据得到的信息完成系统的监控。其中，光电探测电路结构是光纤光路监控中的重要组成部分。

然而，上述光电探测电路结构通常存在以下缺点：当探测电路增益较小时，对于输入光功率较低的光信号，转换成的电压信号可能会低于ADC的最小输入电压，使得信号被淹没在噪声中，无法进行分析和监控；而当探测电路增益较大时，对于输入光功率较高的光信号，转换成的电压信号可能会高于ADC的最大输入电压，使得信号出现饱和失真，同样无法进行有效的分析与监控。

为解决上述问题，目前业界的光电探测电路主要运用了一种多增益档位跨阻可变的跨阻放大器，电路结构如图2所示，APD对应于图1中的探测器，BIAS_Voltage为探测器APD的偏置电压；U对应于图1中的跨阻放大器，R1’、R2’、R3’分别为跨阻放大器U的三个不同跨阻，C1’、C2’、C3’为对应的不同反馈电容，SW1、SW2、SW3对应三个通道上的控制开关，三个通道分别对应不同的增益档位。在图2中，通过处理器控制在不同时刻实现不同增益的方式，实现跨阻增益可变：在小光功率输入的时候采用大增益档位，在大光功率输入的时候采用小增益档位，使探测电路的输出电压满足ADC的输入范围，既不会出现由于光功率过大而造成信号的饱和失真，也不会出现由于光功率过小而造成信号采样不到，从而提高电路的动态范围。

但是，上述方法在同一时刻只能处于一个增益档位，实际上是基于时分复用的串行方式，即SW1、SW2、SW3三个开关只能闭合一个；针对输入光功率变化较大的应用场景，需要经常切换增益档位，即在三个开关之间来回切换，造成探测效率较低。同时，由于是串行的模式，进入ADC之前的低通滤波器必须满足最小档位增益对应的带宽，带宽为单一固定的较大值，而由于噪声是对带宽的积分，带宽越大，噪声越大，信噪比也会降低，影响光电探测的动态范围。

鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

【发明内容】

本发明需要解决的技术问题是：

传统的光电探测电路采用多增益档位跨阻可变的跨阻放大器，同一时刻只能处于一个增益档位，是一种串行方式，当输入光功率变化较大时需要经常切换增益档位，探测效率较低；而且，低通滤波器的带宽为单一固定的较大值，噪声大，信噪比低，影响光电探测的动态范围。

本发明通过如下技术方案达到上述目的：

本发明提供了一种多通道并行的光电探测电路结构，包括顺次连接的探测器、第一级放大单元、第二级放大单元、滤波单元和多路同步ADC；

其中，所述探测器用于将输入的光信号转换成电流信号；

所述第一级放大单元由跨阻放大器构成，用于将电流信号转换并放大成电压信号，实现第一级信号放大；

所述第二级放大单元由放大倍数不同的n个运算放大器构成，对应n个不同增益档位，所述n个运算放大器并行连接在所述跨阻放大器之后形成并行的n通道，并实现对应通道上的第二级电压放大；其中，n≥2；

所述滤波单元由带宽不同的n个低通滤波器构成，所述n个低通滤波器对应并行连接在所述n个运算放大器之后，用于对应通道上的滤波；

所述多路同步ADC连接在所述n个低通滤波器之后，用于同步采集n通道n个放大倍数下的测试数据，并将模拟信号转换为数字信号。

优选的，当所述探测器采用APD时，对于每一个通道，所述跨阻放大器与对应通道上运算放大器的级联增益G＝M*R1*a；其中，M为所述APD的增益因子，R1为所述跨阻放大器的跨阻，a为对应通道上运算放大器的放大倍数。

优选的，当所述多路同步ADC为差分ADC时，所述第二级放大单元和所述滤波单元之间还连接有差分ADC驱动单元；

所述差分ADC驱动单元由n个单端转差分放大器构成，所述n个单端转差分放大器对应并行连接在所述n个运算放大器之后，用于将对应通道上的电压信号从单端转换成差分；相应地，所述滤波单元的n个低通滤波器对应并行连接在所述n个单端转差分放大器之后。

优选的，在不同的通道上，所述运算放大器与所述单端转差分放大器的总放大倍数不同。

优选的，当所述探测器采用APD时，对于每一个通道，所述跨阻放大器与对应通道上运算放大器、对应通道上单端转差分放大器的级联增益G＝M*R1*a*b；

其中，M为所述APD的增益因子，R1为所述跨阻放大器的跨阻，a为对应通道上运算放大器的放大倍数，b为对应通道上单端转差分放大器的放大倍数。

优选的，在所述第二级放大单元中，所述运算放大器的带宽小于等于所述跨阻放大器的带宽，同时小于等于对应通道上单端转差分放大器的带宽。

优选的，各低通滤波器的带宽根据对应通道上运算放大器的带宽来设计；其中，所述运算放大器的带宽与其放大倍数呈反比关系，运算放大器的放大倍数越大，其带宽越低，对应通道上低通滤波器的带宽越低。

优选的，所述低通滤波器采用RC低通滤波器、LC低通滤波器或LRC低通滤波器。

优选的，对于各低通滤波器，通过调试对应电感L、电阻R和/或电容C的大小来达到所需的带宽；其中，电感L、电阻R和/或电容C的值越小，低通滤波器的带宽越大。

优选的，所述探测器可探测的光功率动态范围与所述跨阻放大器的跨阻R1以及各通道上的增益有关。

本发明的有益效果是：

本发明提供的光电探测电路采用多通道并行的结构，可在同一时刻采集多档位增益的信号，提高了探测效率，在相同测试时间内测试数据在处理器中的平均次数更多，可有效降低噪声和提高信噪比，进而提高动态范围，一次测量即可得到整个大动态范围的测试数据；同时，采用细粒度的低通滤波器带宽设计，针对不同的放大档位设计与之匹配的滤波器带宽，带宽较小，降低电路底噪，提高信噪比，进而提高光电探测的动态范围。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的一种应用于光网络系统监控中的光电探测电路结构图；

图2为图1中多增益档位跨阻可变的跨阻放大器的基本电路示意图；

图3为本发明实施例提供的一种多通道并行的光电探测电路结构图；

图4为本发明实施例提供的另一种多通道并行的光电探测电路结构图；

图5为图4中对应光电探测电路结构的基本电路示意图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。

在本发明各实施例中，符号“/”表示同时具有两种功能的含义，而对于符号“A和/或B”则表明由该符号连接的前后对象之间的组合包括“A”、“B”、“A和B”三种情况。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本发明。

为提高光电探测的动态范围和探测效率，本发明实施例提供了一种多通道并行的光电探测电路结构，可广泛应用于光网络监控、仪表、光纤传感和激光雷达等光通信领域。如图3所示，所述光电探测电路结构主要包括顺次连接的探测器、第一级放大单元、第二级放大单元、滤波单元和多路同步ADC。

所述探测器用于将输入的光信号转换成电流信号，实现光电转换，从而方便后续电信号的处理。其中，所述探测器可选用雪崩光电二极管APD、PIN光电二极管或其他合适的光电探测器，具体类型在此不做限定。

所述第一级放大单元由跨阻放大器U1构成，用于将微弱的电流信号转换并放大成电压信号，实现第一级信号放大，再送给后级电路进行放大。

所述第二级放大单元由放大倍数不同的n个运算放大器构成，所述n个运算放大器并行连接在所述跨阻放大器U1之后，形成并行的n个通道，各运算放大器用于实现对应通道上的第二级电压放大。其中，n≥2，所述n个通道对应n个不同的增益档位。

所述滤波单元由带宽不同的n个低通滤波器构成，所述n个低通滤波器对应并行连接在所述n个运算放大器之后，用于对应通道上的滤波，即滤除带宽以外的噪声。其中，所述低通滤波器可选用的种类很多，在此不做唯一限定；例如，所述低通滤波器可采用RC低通滤波器(由电阻R和电容C构成)、LC低通滤波器(由电感L和电容C构成)或LRC低通滤波器(由电感L、电阻R和电容C构成)；另外，所述低通滤波器还可以是由电感L、电阻R和电容C构成的一阶或者多阶低通滤波器，等等。

所述多路同步ADC作为采样单元连接在所述n个低通滤波器之后，可用于同步采集n通道、n个放大倍数下的测试数据，相当于同时得到不同增益档位的测试数据模拟信号，并将模拟信号转换为数字信号。

其中，对于整个光电探测电路来说，所述探测器可探测的光功率动态范围与所述跨阻放大器的跨阻R1以及各通道上的增益有关，具体将在后面介绍。

在所述第二级放大单元中，通过为所述n个运算放大器设计n个大小不同的放大倍数，可实现n个通道对应n个不同增益档位；而不同通道对应的增益不同，可探测光功率的动态范围也就不同。其中，对于输入光功率较低的光信号，其转换的电流信号也较弱，此时可通过增益档位较大(即放大倍数较大)的通道，将较弱的电流信号放大到所述多路同步ADC的输入范围；而对于输入光功率较高的光信号，其转换的电流信号也较强，此时可通过增益档位较小(即放大倍数较小)的通道，将较强的电流信号放大到所述多路同步ADC的输入范围。传统电路在同一时刻只能处于一个放大倍数，而本方案在任一时刻均可处于多个放大倍数，再由ADC同步采集多个放大倍数下的数据，即一次测量即可得到整个大动态范围的测试数据；理论上来讲，设置n个通道，采用n个不同的放大倍数，可使探测效率提高n倍。

本发明实施例提供的上述光电探测电路中设计并行的多个运算放大器和滤波器，并利用多路同步ADC进行采样，通过多通道并行的结构可在同一时刻采集多档位增益的信号，提高了探测效率，在相同测试时间内测试数据在处理器中的平均次数更多，可有效降低噪声和提高信噪比，进而提高动态范围，一次测量即可得到整个大动态范围的测试数据。

图3中以n＝3为例，所述第二级放大单元由放大倍数不同的3个运算放大器构成，分别为U2、U4和U6，形成3个并行通道；所述滤波单元由带宽不同的3个LRC低通滤波器构成，3个LRC低通滤波器分别由(L1，R4，C2)、(L2，R5，C3)和(L3，R6，C4)构成；所述多路同步ADC具体可采用单端ADC。通过图3对应的光电探测电路结构，可实现3种放大倍数和3个并行通道，但并不唯一限定，还可使n取其他数值，并进行放大倍数的设计，在此不做赘述。

结合图3，当n＝3时，跨阻放大器U1与运算放大器U2形成第一路级联放大器，跨阻放大器U1与运算放大器U4形成第二路级联放大器，跨阻放大器U1与运算放大器U6形成第三路级联放大器。由于U2、U4和U6的放大倍数不同，则每一路级联放大器的总放大倍数不同，级联增益也不同，进而实现不同的增益档位；而不同通道对应的增益不同，所述探测器可探测的光功率动态范围也就不同。例如，当所述探测器采用APD时，对于每一个通道，所述跨阻放大器U1与对应通道上运算放大器形成的级联放大器的级联增益G满足：G＝M*R1*a；M为所述APD的增益因子，R1为所述跨阻放大器U1的跨阻，a为对应通道上运算放大器的放大倍数。由于不同通道上运算放大器的放大倍数a不同，则级联增益G不同，进而对应不同的探测动态范围。

从输入端口来看，所述多路同步ADC有单端ADC和差分ADC之分，当所述多路同步ADC为单端ADC时，可直接采用如图3所示的光电探测电路结构；当所述多路同步ADC为差分ADC时，为保证差分ADC的高速差分输入，则所述第二级放大单元和所述滤波单元之间还需连接设置差分ADC驱动单元，即采用如图4所示的光电探测电路结构。结合图4，所述差分ADC驱动单元由n个单端转差分放大器构成，所述n个单端转差分放大器对应并行连接在所述n个运算放大器之后，主要用于将对应通道上的电压信号从单端转换成差分，以满足ADC的差分输入需求，同时还可进行小幅度的电压放大(放大倍数很小，通常为1-10倍)；相应地，所述滤波单元的n个低通滤波器对应并行连接在所述n个单端转差分放大器之后。其中，采用差分信号能够对共模噪声进行抑制，提高信噪比。

图4中仍以n＝3为例，所述第二级放大单元由放大倍数不同的3个运算放大器构成，分别为U2、U4和U6，形成3个并行通道；所述差分ADC驱动单元由3个单端转差分放大器构成，分别为U3、U5和U7；所述滤波单元由带宽不同的3个LRC低通滤波器构成，分别为(L1，R4，C2)、(L2，R5，C3)和(L3，R6，C4)；所述多路同步ADC采用差分ADC。其中，跨阻放大器U1、运算放大器U2和单端转差分放大器U3形成第一路级联放大器，跨阻放大器U1、运算放大器U4和单端转差分放大器U5形成第二路级联放大器，跨阻放大器U1、运算放大器U6和单端转差分放大器U7形成第三路级联放大器。

在上述电路结构中，为实现不同通道上不同的增益档位，每一路级联放大器的级联增益需设计为不同；因此，对于不同的通道，所述运算放大器与对应单端转差分放大器的总放大倍数需设计为不同，以保证每一路级联放大器的总放大倍数不同，级联增益也不同，进而实现不同的增益档位；而不同通道对应的增益不同，所述探测器可探测的光功率动态范围也就不同。例如，当所述探测器采用APD时，对于每一个通道，所述跨阻放大器U1与对应通道上运算放大器、对应通道上单端转差分放大器三者形成的级联放大器的级联增益G满足：G＝M*R1*a*b；M为所述APD的增益因子，R1为所述跨阻放大器U1的跨阻，a为对应通道上运算放大器的放大倍数，b为对应通道上单端转差分放大器的放大倍数。结合公式可知，由于不同通道上所述运算放大器与对应单端转差分放大器的总放大倍数不同，即对应a*b的值不同，则级联增益G不同，进而对应不同的探测动态范围。

无论是图3还是图4所示的电路结构，各运算放大器(即U2、U4、U6)的带宽均不能高于(即应小于等于)所述跨阻放大器U1的带宽，如果运算放大器的带宽高于所述跨阻放大器U1的带宽，则高于所述跨阻放大器UI带宽的信号在通过所述跨阻放大器U1就已经失真，后级放大就没有意义了；也就是说，各运算放大器的最大带宽由所述跨阻放大器U1的带宽决定。在图4中增设差分ADC驱动单元后，由于各单端转差分放大器(即U3、U5、U7)的放大倍数很小，所以带宽会很大；因此，此时所述运算放大器的带宽不仅小于等于所述跨阻放大器U1的带宽，还小于等于对应通道上单端转差分放大器的带宽。

传统电路中低通滤波器的带宽为单一固定的较大值，噪声大，信噪比低；本发明实施例为了解决上述问题，对所述低通滤波器的带宽进行细粒度的设计，对于每个通道，所述低通滤波器的带宽均选取所述跨阻放大器U1、对应运算放大器(即U2、U4或U6)以及对应单端转差分放大器(即U3、U5或U7)中的带宽最小值。由上述分析可知，无论是图3还是图4所示的电路结构，对于每个通道，所述运算放大器的带宽均为对应通道上的最小带宽；因此，各低通滤波器的带宽根据对应通道上运算放大器的带宽来设计。具体分析如下：

在电路结构中，各运算放大器均为电压反馈型运算放大器，运算放大器的带宽与其增益(即放大倍数)呈反比关系。在单极点运算放大器系统中，运算放大器的增益满足：增益*带宽＝增益带宽积，其中增益带宽积为所述运算放大器的固有参数；在多极点运算放大器系统中，趋势是一致的，带宽仍与增益成反比关系，即增益越大，带宽越低，增益越小，带宽越高。低通滤波器的带宽值由对应通道上运算放大器的带宽决定，而运算放大器的带宽由自身的增益带宽积和增益决定，运算放大器的增益确定后，可从相关手册中查到其增益带宽积，进而算出运算放大器的带宽，该带宽即为对应通道上的最小带宽值，也就是低通滤波器需要的最小带宽。由上可知，运算放大器的放大倍数越大，其带宽越低，对应通道上低通滤波器的带宽就设计的越低；运算放大器的放大倍数越小，就能达到更大的带宽，则对应通道上低通滤波器的带宽就设计的越大。

以图4为例，假设U1带宽设计的是200M，实际接收的信号只有10M，那么只需要先选择合适的信号放大档位，U2设计200M带宽，U4设计50M带宽，U6设计1M带宽。此时通过U2和U4放大均可，但是要确定放大后满足ADC的范围，此时对应U4的低通滤波器带宽为50M，相比于传统串行必须选取200M带宽的方案，减少了低通滤波器的带宽值，而噪声是带宽的积分值，因此可使噪声降低、信噪比提高。

本发明实施例相比于传统电路中单一较大的低通滤波器带宽，做了一个细粒度的低通滤波器带宽的设计，可根据放大电路增益与带宽的关系，针对不同增益档位设计对应的低通滤波器带宽，由于噪声是在带宽上的积分，带宽小降低了电路底噪，提高了信噪比，进而提高了动态范围。

在实际使用中，对于各低通滤波器，考虑到各种寄生参数影响，可通过调试对应电感L、电阻R和/或电容C的大小来达到所需的带宽，并保证信号不失真。其中，带宽与电感L、电阻R和/或电容C均成反比关系，即电感L、电阻R和/或电容C的值越小，低通滤波器的带宽越大；电感L、电阻R和/或电容C的值越大，低通滤波器的带宽越小。具体来讲，对于RC低通滤波器，其带宽与其电阻R、电容C均成反比，因此若想增大带宽，可将其电阻R和/或电容C调小；对于LC低通滤波器，其带宽与其电感L、电容C均成反比，因此若想增大带宽，可将其电感L和/或电容C调小；对于LRC低通滤波器，其带宽与其电感L、电阻R、电容C均成反比，因此若想增大带宽，可将其电感L、电阻R和/或电容C调小。结合上述反比关系进行调整，即可使低通滤波器获得所需要的带宽，在实际工程运用中，可通过仿真或软件来完成调节。

在图4提供的光电探测电路结构的基础上，本发明进一步以n＝3为例将图4展开为如图5所示的基本电路图，提供了一个具体的探测电路实施例。下面结合图5，对该具体实施例展开说明：

APD为图4中的探测器，BIAS_Voltage为APD的偏置电压；其中，APD的偏置电压随温度自动调节，实现APD增益因子M＝10稳定。

U1为图4中的跨阻放大器，构成第一级放大单元，R1和C1分别为跨阻放大器U1的跨阻和反馈电容；其中，此处U1为高增益带宽积、低电流噪声、低偏置电流和低失调电压的高速跨阻放大器，从而将微弱电流信号转换并放大成电压信号。

U2、U4和U6为3个放大倍数不同的运算放大器，构成第二级放大单元，实现并行的3路放大。其中，U2设计成跟随器，其反馈电阻为R2，增益(即放大倍数a1)为1；U4的反馈电阻为100R2，增益(即放大倍数a2)为100；U6的反馈电阻为1000R2，增益(即放大倍数a3)为1000。此处U2、U4和U6均为高增益带宽积、低电压噪声、低偏置电流和低失调电压的高速运算放大器，实现对应通道上的第二级电压放大。

U3、U5和U7为3个单端转差分放大器，构成差分ADC驱动单元，可将电压信号从单端转换成差分，并进行小幅度的放大。其中，U3和U5的反馈电阻均为R3，增益(即放大倍数b1和b2)为1；U7的反馈电阻为10R3，增益(即放大倍数b3)为10。此时，第一通道上U2和U3的总放大倍数为1(即1*1)，第二通道上U4和U5的总放大倍数为100(即100*1)，第三通道上U6和U7的总放大倍数为10000(即1000*10)，3个通道上的总放大倍数均不同，因此可实现不同的增益档位，满足使用需求。

L1、R4和C2构成第一路信号放大的低通滤波器，L2、R5和C3构成第二路信号放大的低通滤波器，L3、R6和C4构成第三路信号放大的低通滤波器，3个LRC低通滤波器构成滤波单元。其中，各低通滤波器的带宽由对应通道上运算放大器的带宽决定，即低通滤波器(L1、R4、C2)的带宽根据U2的带宽设计，低通滤波器(L2、R5、C3)的带宽根据U4的带宽设计，低通滤波器(L3、R6、C4)的带宽根据U6的带宽设计；如此一来，每个低通滤波器均可选取对应通道上的最小带宽值。

ADC为图4中的高速差分多路同步ADC，构成采样单元，经过滤波后的各路信号进入多路同步ADC进行数据采样，并将模拟信号转换成数字信号。其中，ADC的输入电压范围为-1V～1V，最小分辨电压1mV。

当所述跨阻放大器U1的跨阻R1的值不同时，所述探测器可探测的光功率动态范围不同；因此，可通过设置跨阻R1的值来得到不同的动态范围。不同通道对应的增益档位不同，所述探测器可探测的光功率动态范围也不同。此处以R1＝1000Ω为例，则第一路级联放大器U1、U2和U3的级联增益为G＝M*R1*a1*b1＝10*1000*1*1＝10000，经检测发现可将-40dBm～-10dBm的光信号放大到ADC的输入范围1mv-1V。第二路级联放大器U1、U4和U5的级联增益G＝M*R1*a2*b2＝10*1000*100*1＝1000000，经检测发现可以将-60dBm～-30dBm的光信号放大到ADC的输入范围1mv-1V。第三路级联放大器U1、U6和U7的级联增益为G＝M*R1*a3*b3＝10*1000*1000*10＝10⁸，经检测发现可将-80dBm～-50dBm的光放大到ADC的输入范围1mv-1V。因此，整个电路能探测到的光功率输入范围为-80dBm～-10dBm，增加了整个电路光电探测的动态范围。相比于传统跨阻可变的探测电路，本电路一次探测即可得到整个-80dBm～-10dBm动态范围光的信号强度，而不需要多次探测，有效提高了探测效率。

需要说明的是，图5中给出的各放大器的放大倍数均只对应于某一具体的实施例，具体取值并不唯一限定，在可选的实施例中，可灵活设计其他放大倍数或者对本电路结构做等效变换，在此不做赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多通道并行的光电探测电路结构，其特征在于，包括顺次连接的探测器、第一级放大单元、第二级放大单元、滤波单元和多路同步ADC；

其中，所述探测器用于将输入的光信号转换成电流信号；

所述第一级放大单元由跨阻放大器构成，用于将电流信号转换并放大成电压信号，实现第一级信号放大；

所述第二级放大单元由放大倍数不同的n个运算放大器构成，所述n个运算放大器并行连接在所述跨阻放大器之后，形成并行的n个通道；其中，各运算放大器用于实现对应通道上的第二级电压放大；

所述滤波单元由带宽不同的n个低通滤波器构成，所述n个低通滤波器对应并行连接在所述n个运算放大器之后，用于对应通道上的滤波；

所述多路同步ADC连接在所述n个低通滤波器之后，用于同步采集n通道n个放大倍数下的测试数据，并将模拟信号转换为数字信号；

其中，n≥2，所述n个通道对应n个不同的增益档位。

2.根据权利要求1所述的多通道并行的光电探测电路结构，其特征在于，当所述探测器采用APD时，对于每一个通道，所述跨阻放大器与对应通道上运算放大器的级联增益G＝M*R1*a；其中，M为所述APD的增益因子，R1为所述跨阻放大器的跨阻，a为对应通道上运算放大器的放大倍数。

3.根据权利要求1所述的多通道并行的光电探测电路结构，其特征在于，当所述多路同步ADC为差分ADC时，所述第二级放大单元和所述滤波单元之间还连接有差分ADC驱动单元；

所述差分ADC驱动单元由n个单端转差分放大器构成，所述n个单端转差分放大器对应并行连接在所述n个运算放大器之后，用于将对应通道上的电压信号从单端转换成差分；相应地，所述滤波单元的n个低通滤波器对应并行连接在所述n个单端转差分放大器之后。

4.根据权利要求3所述的多通道并行的光电探测电路结构，其特征在于，在不同的通道上，所述运算放大器与所述单端转差分放大器的总放大倍数不同。

5.根据权利要求4所述的多通道并行的光电探测电路结构，其特征在于，当所述探测器采用APD时，对于每一个通道，所述跨阻放大器与对应通道上运算放大器、对应通道上单端转差分放大器的级联增益G＝M*R1*a*b；

其中，M为所述APD的增益因子，R1为所述跨阻放大器的跨阻，a为对应通道上运算放大器的放大倍数，b为对应通道上单端转差分放大器的放大倍数。

6.根据权利要求3所述的多通道并行的光电探测电路结构，其特征在于，在所述第二级放大单元中，所述运算放大器的带宽小于等于所述跨阻放大器的带宽，同时小于等于对应通道上单端转差分放大器的带宽。

7.根据权利要求1-6任一所述的多通道并行的光电探测电路结构，其特征在于，各低通滤波器的带宽根据对应通道上运算放大器的带宽来设计；

其中，所述运算放大器的带宽与其放大倍数呈反比关系，运算放大器的放大倍数越大，其带宽越低，对应通道上低通滤波器的带宽越低。

8.根据权利要求1-6任一所述的多通道并行的光电探测电路结构，其特征在于，所述低通滤波器采用RC低通滤波器、LC低通滤波器或LRC低通滤波器。

9.根据权利要求8所述的多通道并行的光电探测电路结构，其特征在于，对于各低通滤波器，通过调试对应电感L、电阻R和/或电容C的大小来达到所需的带宽；其中，电感L、电阻R和/或电容C的值越小，低通滤波器的带宽越大。

10.根据权利要求1-6任一所述的多通道并行的光电探测电路结构，其特征在于，所述探测器可探测的光功率动态范围与所述跨阻放大器的跨阻R1以及各通道上的增益有关。

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