CN114152337B - 光检测装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种光检测装置及系统，属于光通信技术领域，光检测装置包括光检测模块，光检测模块包括：光电流输入端；分别与光电流输入端相连的第一支路和第二支路，第一支路和第二支路分别包括n个MOS管，第一支路中n个MOS管G极相连；第二支路中n个MOS管G极相连；与第一支路和第二支路相连的控制模块，以在控制电压的控制下切换第二支路中n个MOS管的导通或断开；与第一支路和第二支路相连的第一电流输出端。可以解决传统的光检测装置的动态检测范围较小，导致检测精度较低的问题；可以实现在检测PD第一工作电流时和第二工作电流时导通的MOS管均处于饱和状态，可以实现PD电流的精准检测。

Description

光检测装置及系统
【技术领域】
本申请涉及一种光检测装置及系统，属于光通信技术领域。
【背景技术】
目前，光接收端通常采用光电二极管(Photo diode，PD)将光信号转换为电流信号。由于PD产生的工作电流和漏电流通常比较微弱，且伴随着大量噪声，因此，PD输出的工作电流通常需要输入光检测装置(如跨阻放大器(trans-impedance amplifier，TIA))进行噪声抑制并放大电流，以便检测光强度，以判断PD的质量。
参考图1，传统的光检测装置通常包括两个镜像设置的金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)，以将PD输出的电流镜像为输出电流IRSSI，该输出电流IRSSI经过检测电阻RRSSI生成检测电压。这样，可以根据检测电压的电压值判断输入PD的光信号的强度。
由于光检测装置的电流来自于PD，而PD输出的光电流的电流范围从几十uA一直到几个mA，而传统的光检测装置的电流检测范围不够大，对于超出光检测装置的电流检测范围的光电流，光检测装置的检测精度较低。
【发明内容】
本申请提供了一种光检测装置及系统，可以解决传统由于光检测装置的电流检测范围较小，导致的对超出该电流检测范围的电流检测精度不高的问题。本申请中，提出了一种自适应结构，在扩展光检测装置的动态检测范围的同时，提高检测精度。本申请提供如下技术方案：
第一方面，提供一种光检测装置，所述光检测装置包括光检测模块，所述光检测模块包括：
光电流输入端，以接收光电转换装置输出的光电流；
分别与所述光电流输入端相连的第一支路和第二支路，所述第一支路和所述第二支路分别包括n个MOS管，所述第一支路中的MOS管与所述第二支路中的MOS管镜像设置，所述n为大于或等于2的正整数；所述第一支路中n个MOS管G极相连；所述第二支路中n个MOS管G极相连；
与所述第一支路和所述第二支路相连的控制模块，以在控制电压的控制下切换所述第二支路中n个MOS管的导通或断开；
与所述第一支路和所述第二支路相连的第一电流输出端，以基于所述第一电流输出端输出的电流确定所述光电流的电流值。
可选地，所述第一支路包括第一MOS管和第二MOS管；相应地，所述第二支路包括与所述第一MOS管镜像设置的第一镜像MOS管和与所述第二MOS管镜像设置的第二镜像MOS管；
所述第一MOS管和第一镜像MOS管与所述光电流输入端相连；
所述第二MOS管和第二镜像MOS管与所述第一电流输出端相连。
可选地，所述控制模块包括第一控制开关和第二控制开关；
在所述第一控制开关断开、且所述第二控制开关导通的情况下，所述第二支路中的各个MOS管截止，所述光检测模块处于第一工作电流检测模式；
在所述第二控制开关断开、且所述第一控制开关导通的情况下，所述第二支路中的各个MOS管导通，所述光检测模块处于第二工作电流检测模式。
可选地，
所述第一控制开关的一端与所述第一支路中各个MOS管的G极相连、另一端与所述第二支路中各个MOS管的G极相连；
所述第二控制开关的一端与所述第二支路中各个MOS管的G极相连、另一端与电压源相连。
可选地，所述光检测装置还包括触发模块，以输出控制电压；
所述触发模块的第一输出端与所述第一控制开关相连，以通过第一控制电压控制所述第一控制开关的导通或断开；
所述触发模块的第二输出端与所述第二控制开关相连，以通过第二控制电压控制所述第二控制开关的导通或断开。
可选地，所述光检测模块还包括与所述第一支路和所述第二支路相连的第二电流输出端；
所述触发模块的输入端通过电压检测电路与所述第二电流输出端相连，以将所述第二电流输出端输出的电流转换为电压信号输入所述触发模块；
在所述光电流为第一工作电流的情况下，所述电压检测电路将所述第二电流输出端输出的电流转化为第一电压信号输入所述触发模块，以使所述第一控制电压为低电平、且所述第二控制电压为高电平；
在所述光电流为第二工作电流的情况下，所述电压检测电路将所述第二电流输出端输出的电流转化为第二电压信号输入所述触发模块，以使所述第一控制电压为高电平、且所述第二控制电压为低电平；所述第二工作电流大于第一工作电流。
可选地，在所述第二支路的数量为至少两个的情况下，每个第二支路对应一组第一控制开关和第二控制开关，且每个第二支路对应一个触发模块和与所述触发模块相连的电压检测电路；
不同第二支路对应的工作电流检测范围不同，且不同第二支路对应的触发模块对应的翻转电压不同，所述翻转电压是指使得所述第一控制电压和所述第二控制电压发生翻转的电压值。
可选地，所述电压检测电路包括检测电阻，所述触发模块为施密特触发器；所述检测电阻的一端分别与所述第二电流输出端和所述触发模块的输入端相连、另一端接地；
且所述检测电阻的阻值满足下述条件：
所述第一工作电流与所述检测电阻阻值的乘积小于或等于所述施密特触发器的翻转电压；以及
所述第二工作电流与所述检测电阻阻值的乘积大于所述施密特触发器的翻转电压。
可选地，所述第一支路包括第三MOS管；相应地，所述第二支路包括与所述第三MOS管镜像设置的第三镜像MOS管；所述第二电流输出端与所述第三MOS管和所述第三镜像MOS管相连。
可选地，所述第一支路包括第二MOS管；相应地，所述第二支路包括与所述第二MOS管镜像设置的第二镜像MOS管；所述第一电流输出端和所述第二电流输出端均与所述第二MOS管和所述第二镜像MOS管相连；所述电压检测电路包括检测电阻；所述触发模块为施密特触发器；
所述施密特触发器的输入端与所述第二电流输出端相连；
所述检测电阻的一端与所述第一电流输出端相连，另一端接地；
且所述检测电阻的阻值满足下述条件：
所述第一工作电流与所述检测电阻阻值的乘积小于或等于所述施密特触发器的翻转电压；以及
所述第二工作电流与所述检测电阻阻值的乘积大于所述施密特触发器的翻转电压。
可选地，所述光检测装置还包括第一误差放大器；所述第一误差放大器，包括；
第一电压输入端，以接收参考电压；
第二电压输入端，以接收所述光电转换装置的反偏电压；
电压输出端，与偏置电压和所述第一支路中n个MOS管的G极相连，以将稳定的偏置电压输入所述第一支路中n个MOS管。
可选地，所述光检测装置还包括第二误差放大器和外接MOS管；所述第二误差放大器，包括：
第一电压输入端，以接收与所述光电流输入端相连的MOS管的D极与S极之间的电压差；
第二电压输入端，以接收与所述第一电流输出端相连的MOS管的D极与S极之间的电压差；
电压输出端；
所述外接MOS管，包括：
G极，与所述第二误差放大器的电压输出端相连；
电流输入端，与所述第一电流输出端相连；
电流输出端，以基于所述外接MOS管电流输出端输出的电流确定所述光电流的电流值。
可选地，所述第一支路中不同MOS管的沟道宽和长之间的比相同；所述第二支路中不同MOS管的沟道宽和长之间的比相同。
可选地，所述第一支路中任一MOS管的沟道宽和长之间的比小于或等于第二支路中与该MOS管镜像设置的镜像MOS管的沟道宽和长之间的比。
第二方面，提供一种光检测系统，所述系统包括：光电转换装置和与所述光电转换装置相连的光检测装置；
所述光检测装置包括第一方面提供的光检测装置。
本申请的有益效果至少包括：光检测装置包括光检测模块，光检测模块包括：光电流输入端，以接收光电转换装置输出的光电流；分别与光电流输入端相连的第一支路和第二支路，第一支路和第二支路分别包括n个MOS管，第一支路中的MOS管与第二支路中的MOS管镜像设置，n为大于或等于2的正整数；第一支路中n个MOS管G极相连；第二支路中n个MOS管G极相连；与第一支路和第二支路相连的控制模块，以在控制电压的控制下切换第二支路中n个MOS管的导通或断开；与第一支路和第二支路相连的第一电流输出端，以基于第一电流输出端输出的电流确定光电流的电流值。可以解决传统的光检测装置的动态检测范围较小，与PD输出的光电流的电流范围不匹配，导致检测精度较低的问题；可以实现在检测PD的第一工作电流时第一支路中导通的MOS管均处于饱和状态，在检测PD的第二工作电流时第一支路和第二支路中导通的MOS管均处于饱和状态，可以实现PD电流的精准检测。
另外，通过光检测模块输出的电流控制触发模块生成控制电压，来反向控制光检测模块中各个支路的通断状态，可以实现光检测装置的自适应控制。
另外，通过设置第二支路为至少两个，可以将PD电流的动态范围适应性地划分为至少三个，实现动态范围的扩展。
另外，在第一电流输出端和第二电流输出端均与第二MOS管和第二镜像MOS管相连的情况下，检测电阻R_det可以实现为芯片外部的检测RSSI电流的电阻，可以减少光检测装置中电子元件的数量。
另外，通过设置第一误差放大器与光检测模块相连，可以在保证光检测精度的同时，保证PD偏置电压的稳定性。
另外，通过设置第二误差放大器与光检测模块相连，可以保证与光电流输入端相连的MOS管的D极与S极之间的电压差和与第一电流输出端相连的MOS管的D极与S极之间的电压差相等，可以进一步保证光检测精度。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
【附图说明】
图1是本申请一个实施例提供的传统光检测装置的示意图；
图2是本申请一个实施例提供的光检测系统的示意图；
图3是本申请一个实施例提供的光检测模块的示意图；
图4是本申请另一个实施例提供的光检测模块的示意图；
图5是本申请又一个实施例提供的光检测模块的示意图；
图6是本申请另一个实施例提供的光检测系统的示意图；
图7是本申请一个实施例提供的光检测装置的示意图；
图8是本申请另一个实施例提供的光检测装置的示意图；
图9是本申请又一个实施例提供的光检测系统的示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式做进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。
MOS管的工作区包括三种即截止区、饱和区和可变电阻区(或称非饱和区或线性区)。截止区是指MOS管不工作处于截止状态。可变电阻区是指MOS管开始工作，且D极、S极间相当于一个受电压UGS控制的可变电阻的状态。饱和区位于可变电阻区之后，且D极、S极间相当于一个受电压UGS控制的电流源。MOS管用于放大电路时，一般工作在饱和区，所以饱和区也称为放大区。
根据上述工作区域可知，参考图1，在MOS管导通、且流入MOS管的电流较小时，可能使得MOS管工作在可变电阻区，此时，光检测装置中MOS管未处于饱和状态，得到的检测结果精度较低。
基于上述技术问题，本申请中通过增加一路PD光电流镜像电路，检测镜像电流的大小，来控制给PD提供电流的MOS管的导通个数，实现小电流时，给PD提供电流的MOS管导通个数少；大电流的情况下，给PD提供电流的MOS管导通个数多，确保大小电流情况下，给PD提供电流的MOS管工作在饱和状态，从而确保电流镜的精度，即接收的信号强度指示(Received Signal Strength Indication,RSSI)电流的精度。
下面对本申请提供的光检测装置和系统进行介绍。
图2是本申请一个实施例提供的光检测系统的结构示意图，根据图2可知，光检测系统包括光电转换装置110和与光电转换装置110相连的光检测装置120。
光电转换装置110用于将光信号转换为电信号输出。示意性地，光电转换装置110可以实现为PD，PD的数量为一个或至少两个，本实施例不对光电转换装置110的实现方式作限定。
光电转换装置110存在光照射时，生成光电流。此时，光电转换装置110将光信号转换为工作电流输出至光检测装置120，以进行光强度检测。光电流通常为几十μA至几十mA。
光检测装置120用于接收光电转换装置110输出的光电流，以进行光强度检测。
具体地，光检测装置120包括光检测模块C，光检测模块C包括：光电流输入端I_PD、偏置电压输入端Vgc、第一支路M、第二支路N、控制模块SW和第一电流输出端I_RSSI。
光电流输入端I_PD，以接收光电转换装置输出的光电流。其中，光电流为第一电流或第二电流，第一电流小于第二电流。
第一支路M和第二支路N分别与光电流输入端I_PD相连。第一支路M和第二支路N分别包括n个MOS管，第一支路中M的MOS管与第二支路中N的MOS管镜像设置，n为大于或等于2的正整数；第一支路M中n个MOS管G极相连；第二支路N中n个MOS管G极相连。
第一电流输出端I_RSSI与第一支路M和第二支路N相连，以基于第一电流输出端I_RSSI输出的电流确定光电流的电流值。
由于n为大于或等于2的正整数，所以第一支路M至少包括第一MOS管M1a和第二MOS管M2a，相应地，第二支路N至少包括与第一MOS管M1a镜像设置的第一镜像MOS管M1b和与第二MOS管M2a镜像设置的第二镜像MOS管M2b。
在一个示例中，第一MOS管M1a和第一镜像MOS管M2a与光电流输入端I_PD相连；第二MOS管M2a和第二镜像MOS管M2b与第一电流输出端I_RSSI相连。
可选地，第一MOS管M1a的沟道宽和长之间的比为M，第二MOS管M2a的沟道宽和长之间的比为Mrssi；第一镜像MOS管M1b的沟道宽和长之间的比为N，第二镜像MOS管M2b的沟道宽和长之间的比为Nrssi。
可选地，为了简化设计难度，本实施例中以第一支路中不同MOS管的沟道宽和长之间的比相同；第二支路中不同MOS管的沟道宽和长之间的比相同为例进行说明，在实际实现时第一支路中不同MOS管的沟道宽和长之间的比相同或不同，第二支路中不同MOS管的沟道宽和长之间的比相同或不同，本实施例不对第一支路和第二支路中不同MOS管的沟道宽和长之间的比的大小作限定。
可选地，第一支路中任一MOS管的沟道宽和长之间的比小于或等于第二支路中与该MOS管镜像设置的镜像MOS管的沟道宽和长之间的比。
在一个示例中，设第一支路中MOS管的沟道宽和长之间的比均为M，第二支路中与该MOS管镜像设置的镜像MOS管的沟道宽和长之间的比均为N，N与M的比值大于或等于1。
可选地，本实施例中MOS管的大小是可以调节的，即一个大尺寸的MOS管可以由N多个小MOS管组成，本实施例MOS管的尺寸大小作限定。
在一个示例中，n的数量为2，参考图3，第一支路M中的MOS管M1a、M2a与第二支路N中的MOS管M1b、M2b镜像设置。具体地，M1a/M1b镜像、M2a/M2b镜像。PD的光电流I_PD切分为两路，即M1a/M1b；镜像电流I_RSSI和I_det也一样由M2a/M2b两路汇总而成。
在另一个示例中，n的数量为3，参考图4，第一支路M中的MOS管M1a、M2a、M3a与第二支路N中的MOS管M1b、M2b、M3b镜像设置。具体地，M1a/M1b镜像、M2a/M2b镜像、M3a/M3b镜像。PD的光电流I_PD切分为两路，即M1a/M1b，镜像电流I_RSSI和I_det也一样由两路汇总而成，具体地，I_RSSI由M2a/M2b两路汇总而成，I_det由M3a/M3b两路汇总而成。
在以上两个示例中分别以n的数量为2和3为例进行说明，在实际实现时，n的数量也可以为更多，本实施例不对n的取值作限定。
可选地，图3中和图4中，以第二支路的数量为1个为例进行说明，在实际实现时，第二支路的数量为一个或至少两个，第二支路的数量基于光电流的动态范围确定。
图5为第二支路的数量为2个分别为N1和N2的示意图，根据图5可知，每个第二支路的中的MOS管均与第一支路中的MOS管镜像设置。
可选地，根据第二支路的数量将光电流的动态调整范围进行划分。
在一个示例中，第二支路为一个，则将光电流的动态调整范围中电流大小小于预设阈值的电流为第一工作电流，电流大小大于或等于预设阈值的电流为第二工作电流；其中，预设阈值根据n的大小、第一支路中MOS管的沟道宽和长之间的比和第二支路中MOS管的沟道宽和长之间的比确定。
在另一个示例中，第二支路为两个，则将光电流的动态调整范围中电流于大小小于第一预设阈值的电流为第一工作电流，电流大小大于或等于第一预设阈值且小于第二阈值的电流为第二工作电流，电流大小大于或等于第二预设阈值的电流为第三工作电流，其中，预设第一阈值和预设第二阈值根据n的大小、第一支路中MOS管的沟道宽和长之间的比和第二支路中MOS管的沟道宽和长之间的比确定。
可选地，第一支路M和第二支路N中的MOS管可以为NMOS，也可以是PMOS，不同支路中使用的MOS管的类型相同或不同，同一支路中使用的MOS管的类型相同或不同。本实施例中，以第一支路M和第二支路N中的MOS管为NMOS为例进行说明。在第一支路M和第二支路N中的MOS管为PMOS的情况下，光检测模块C的结构需要适应性修改，如：各个MOS管的D极从与GND相连修改为与VCC相连。
偏置电压输入端Vgc，与第一支路中各个MOS管的G极相连，以通过接收到的偏置电压控制第一支路M中各个MOS管的导通或截止。
控制模块SW与第一支路M和第二支路N相连，以在控制电压的控制下切换第二支路N中各个MOS管的导通或截止。
示意性地，参考图3至图5，每个第二支路对应的控制模块SW包括第一控制开关SW1和第二控制开关SW2。可选地，第一控制开关SW1和第二控制开关SW2均为单控开关。
在第一控制开关SW1断开、且第二控制开关SW2导通的情况下，第二支路中的各个MOS管截止，光检测模块C处于第一工作电流检测模式；在第二控制开关SW2断开、且第一控制开关SW1导通的情况下，第二支路中的各个MOS管导通，光检测模块C处于第二工作电流检测模式。
光检测装置120还包括电压源输入端。在MOS管为NMOS的情况下，该电压源输入端为接地端GND，以与接地线相连。在MOS管为PMOS的情况下，该电压源输入端为供电电压输入端VCC，以与供电电压相连。
具体地，第一控制开关的一端与第一支路中各个MOS管的G极相连、另一端与第二支路中各个MOS管的G极相连；第二控制开关的一端与第二支路中各个MOS管的G极相连、另一端与电压源相连。
在MOS管为NMOS的情况下，电压源与接地线相连。在MOS管为PMOS的情况下，该电压源与供电电压VCC相连。
本实施例中，以每个第二支路对应的控制模块包括第一控制开关SW1和第二控制开关SW2为例进行说明，在实际实现时，第一控制开关SW1和第二控制开关SW2也可以通过一个双控开关实现，本实施例不对控制模块的实现方式作限定。
可选地，控制模块SW的控制电压是通过触发模块生成的。触发模块可以实现在光检测装置120中，也可以作为与光检测装置120相独立的装置实现，本实施例不对触发模块的实现方式限定。本申请中，以触发模块实现在光检测装置120中为例进行说明。此时，参考图2，光检测装置120还包括触发模块B，以输出控制电压。
触发模块B的第一输出端Vcon与第一控制开关SW1相连，以通过第一控制电压控制第一控制开关的导通或断开。
示意性地，第一控制电压为高电平时，第一控制开关SW1导通；第一控制电压为低电平时，第一控制开关SW1断开。在其它实施例中，也可以实现为第一控制电压为低电平时，第一控制开关SW1导通；第一控制电压为高电平时，第一控制开关SW1断开，本实施例不对第一控制开关SW1的控制方式作限定。
触发模块B的第二输出端Vconf与第二控制开关SW2相连，以通过第二控制电压控制第二控制开关的导通或断开。
示意性地，第二控制电压为高电平时，第二控制开关SW2导通；第二控制电压为低电平时，第二控制开关SW2闭合。在其它实施例中，也可以实现为第二控制电压为低电平时，第二控制开关SW2导通；第二控制电压为高电平时，第二控制开关SW2闭合，本实施例不对第二控制开关SW2的控制方式作限定。
可选地，触发模块B生成的控制电压可以是其它设备生成并输入至光检测模块C的。或者，触发模块B生成的控制电压也可以是基于光检测模块C输出的电流生成的，此时，触发模块B可以根据光检测模块C输出的电流自适应地切换光检测模块C的工作状态，实现第一工作电流检测和第二工作电流检测的自适应切换。
可选地，在触发模块B生成的控制电压是基于光检测模块C输出的电流生成的情况下，光检测模块C还包括与第一支路和第二支路相连的第二电流输出端I_det。相应地，触发模块B的输入端通过电压检测电路与第二电流输出端I_det相连，以将第二电流输出端I_det输出的电流转换为电压信号输入触发模块B。
示意性地，在光电流为第一工作电流的情况下，电压检测电路将第二电流输出端输出的电流转化为第一电压信号输入触发模块B，以使第一控制电压为低电平、且第二控制电压为高电平。
在光电流为第二工作电流的情况下，电压检测电路将第二电流输出端输出的电流转化为第二电压信号输入触发模块，以使第一控制电压为高电平、且第二控制电压为低电平。
可选地，参考图2，电压检测电路包括检测电阻R_det；检测电阻的一端分别与第二电流输出端和触发模块B的输入端相连、另一端接地。在实际实现时，为了避免高频影响，检测电阻两端还跨接有电阻R1和电容C1构成的低通滤波器。
可选地，在第二支路的数量为至少两个的情况下，每个第二支路对应一组第一控制开关和第二控制开关，且每个第二支路对应一个触发模块和与触发模块相连的电压检测电路；不同第二支路对应的工作电流检测范围不同，且不同第二支路对应的触发模块对应的翻转电压不同，翻转电压是指使得第一控制电压和第二控制电压发生翻转的电压值。
具体地，参考图7和图8为图5所示的2个第二支路时对应的触发模块和电压检测电路的示意图，根据图7和图8可知，每个第二支路对应一个触发模块和一个电压检测电路。
可选地，第一支路还包括第三MOS管；相应地，第二支路包括与第三MOS管镜像设置的第三镜像MOS管；第二电流输出端与第三MOS管和第三镜像MOS管相连。
可选地，参考图6，在第一电流输出端和第二电流输出端均与第二MOS管和第二镜像MOS管相连的情况下，电压检测电路包括检测电阻R_det；检测电阻的一端与第一电流输出端相连，另一端接地；触发模块B的输入端与第二电流输出端相连，此时，检测电阻R_det可以实现为芯片外部的检测RSSI电流的电阻，即不需要额外添加一个检测电阻R_det和检测RSSI电流的电阻并联。在实际实现时，为了避免高频影响，触发模块B的输入端通过电阻R1与第二电流输出端相连，同时触发模块B的输入端还通过电容C1接地，以构成低通滤波器。
下面，对光检测装置120的光检测原理进行介绍。
场景1：检测第一工作电流。由于第一工作电流较小，如果将第一支路和第二支路都处于导通状态会使所有的MOS管工作在非常弱的线性区，导致电流镜像精度不够。所以在工作电流为第一工作电流时，控制第二支路的MOS处于截止状态，以使得第一工作电流都从第一支路通过，从而使得第一支路中的MOS工作在饱和区，从而提高电流镜的精度。
本实施例中，以触发模块B为施密特触发器为例，为使得在光电流为第一工作电流时，第二支路的MOS处于截止状态，检测电阻R_det的阻值满足以下条件：第一工作电流与检测电阻R_det阻值的乘积小于或等于施密特触发器的翻转电压。
这样，可以使得在光电流为第一工作电流时，施密特触发器接收到的电压不超过施密特触发器的翻转电压，此时，Vcon为低电平(GND)，即SW1断开，Vconf为高电平(即为电源电压，或者芯片内部参考电压)，即SW2导通；使得第二支路中的MOS管M1b/M2b/M3b截止，第一支路中的MOS管M1a/M2a/M3a工作在饱和状态，提高电流镜像精度，即RSSI精度。
场景2：检测第二工作电流。随着光信号在PD上产生的电流的增加，通过电流镜M1a/M1b到M3a/M3b的镜像，得到的电流I_det也增加了。此时，检测电阻R_det的阻值需要在满足上述检测第一工作电流的条件，即第一工作电流与检测电阻R_det阻值的乘积小于或等于施密特触发器的翻转电压的同时，还需要满足，第二工作电流与检测电阻R_det阻值的乘积大于施密特触发器的翻转电压。
这样，可以使得在光电流为第二工作电流时，施密特触发器接收到的电压超过施密特触发器的翻转电压，此时，Vcon为高电平(即为电源电压，或者芯片内部参考电压)，即SW1导通，Vconf为低电平(GND)，即SW2断开；使得第二支路中的MOS管M1b/M2b/M3b导通，第一支路中的MOS管M1a/M2a/M3a和第二支路中的MOS管M1b/M2b/M3b均工作在饱和状态，所以电流镜I_RSSI：I_PD＝Mrssi：M＝1：1的精度很高。其中，I_PD为第二工作电流。
可选地，在第二支路的数量为至少两个的情况下，可以实现进一步扩大光检测装置120的动态检测范围。此时，可以将PD的电流动态范围切分为2个以上的子动态范围，每个第二支路对应一个子动态范围，从而进一步提高电流镜的镜像精度，即提高RSSI精度。
具体地，根据以上工作原理的描述可知，本申请的思路相当于把整个PD的电流动态范围分为两段：即小电流和大电流。基于此，还可以通过调节R_det的大小，把大的动态范围切分成多个较小的动态范围区间。比如：将动态范围10uA～3mA，划分成10uA～150uA和150uA～3mA两个相对较小的动态范围区间，此时，大于10uA且小于或等于150uA的电流为第一工作电流，大于150uA且小于或等于3mA的电流为第二工作电流(此处，切换点150uA也可以根据需求调节为其它数值，本实施例中仅以范围切换点为150uA为例进行说明)。进一步地，如果为了获得更高的RSSI精度，我们还可以把PD的整个电流范围切分为3个(甚至是3个以上，以下描述已切分为3个为例进行说明)的更小的子动态范围。参考图7和图8，具体做法是把R_det切分成两个串联电阻，分别通过两个施密特触发器，以控制图5所示的光检测模块C中的M1b1/M1b2，M2b1/M2b2,M3b1/M3b2(即M1b，M2b，M3b也对应地切分成两份)。此时，相当于把整个PD的电流动态范围10uA～3mA，切分为10uA～100uA，100uA～1mA，1mA～3mA，三个小的动态范围(三个小动态范围的切换点，100uA，1mA可以根据需求调节为其它数值)。
图7所示的扩展方案为：在图2所示的光检测装置120的基础上，增加一个施密特触发器，让两个触发器的翻转电压不一样，实现不同电流大小，即不同动态范围的切分。
图8所示的扩展方案为：在图2所示的光检测装置120的基础上，把R_det分成两个，增加一个施密特触发器，实现不同电流大小，即不同动态范围的切分。
需要补充说明的是，在第二支路的数量为至少两个的情况下，即要实现至少3段的动态范围的分割，光检测模块C中的n的值为至少3个。或者，在n的取值为2时，需要将光检测装置120外部的IRSSI电阻也分成多个，对应的，光检测装置120中硅片的管脚PAD也需要增加，以把分段的电压反馈给装置内部的施密特触发器。
可选地，光检测装置120还包括第一误差放大器A1，第一误差放大器A1用于让PD的反偏电压与参考电压Vref保持一致，以确保PD反偏电压的稳定。
参考图2，第一误差放大器A1包括：第一电压输入端Vref、第二电压输入端Vip和电压输出端Vo1。
第一误差放大器A1的第一电压输入端Vref用于接收参考电压。
第一误差放大器A1的第二电压输入端Vip与接收光电转换装置的反偏电压。
第一误差放大器A1的电压输出端Vo1，与偏置电压和第一支路中n个MOS管的G极相连，以将稳定的偏置电压输入第一支路中n个MOS管。
第一误差放大器A1的电压输出端Vo1通过偏置电压输入端Vgc与第一支路中的n个MOS管的G极相连；
可选地，光检测装置120还包括第二误差放大器A2和外接MOS管Me，第二误差放大器A2用于让镜像电流的两条支路(I_PD，I_RSSI)的电压差(即第一MOS管M1a/第一镜像MOS管M1b和第二MOS管M2a/第二镜像管M2b的Vds电压差，即MOS管D端和S端电压差)相等，进一步提高电流镜的电压镜像精度，提高RSSI精度。
参考图9，误差放大器A2包括：第一电压输入端Vin，第二电压输入端Vip，电压输出端Vo2。
误差放大器A2的第一电压输入端Vin用于接收与光电流输入端相连的MOS管的D极与S极之间的电压差。
误差放大器A2的第二电压输入端Vip用于接收与第一电流输出端相连的MOS管的D极与S极之间的电压差。
外接MOS管Me包括：G极，电流输入端，电流输出端。
外接MOS管Me的G极与第二误差放大器的电压输出端Vo2相连；
外接MOS管Me的电流输入端与光检测模块C的第一电流输出端相连；
外接MOS管Me的电流输出端，以基于外接MOS管电流输出端端输出的电流确定光电流的电流值。
综上所述，本实施例提供的光检测系统包括光电转换装置和与光电转换装置相连的光检测装置；光检测装置包括光检测模块，光检测模块包括：光电流输入端，以接收光电转换装置输出的光电流；分别与光电流输入端相连的第一支路和第二支路，第一支路和第二支路分别包括n个MOS管，第一支路中的MOS管与第二支路中的MOS管镜像设置，n为大于或等于2的正整数；第一支路中n个MOS管G极相连；第二支路中n个MOS管G极相连；与第一支路和第二支路相连的控制模块，以在控制电压的控制下切换第二支路中n个MOS管的导通或断开；与第一支路和第二支路相连的第一电流输出端，以基于第一电流输出端输出的电流确定光电流的电流值。可以解决传统的光检测装置的动态检测范围较小，与PD输出的光电流的电流范围不匹配，导致检测精度较低的问题；可以实现在检测PD的第一工作电流时第一支路中导通的MOS管均处于饱和状态，在检测PD的第二工作电流时第一支路和第二支路中导通的MOS管均处于饱和状态，可以实现PD电流的精准检测。
另外，通过光检测模块输出的电流控制触发模块生成控制电压，来反向控制光检测模块中各个支路的通断状态，可以实现光检测装置的自适应控制。
另外，通过设置第二支路为至少两个，可以将PD电流的动态范围适应性地划分为至少三个，实现动态范围的扩展。
另外，在第一电流输出端和第二电流输出端均与第二MOS管和第二镜像MOS管相连的情况下，检测电阻R_det可以实现为芯片外部的检测RSSI电流的电阻，可以减少光检测装置中电子元件的数量。
另外，通过设置第一误差放大器与光检测模块相连，可以在保证光检测精度的同时，保证PD偏置电压的稳定性。
另外，通过设置第二误差放大器与光检测模块相连，可以保证与光电流输入端相连的MOS管的D极与S极之间的电压差和与第一电流输出端相连的MOS管的D极与S极之间的电压差相等，可以进一步保证光检测精度。
可选地，上述系统实施例中的光检测装置120可以作为一个单独的实施例实现。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (15)

1.一种光检测装置，其特征在于，所述光检测装置包括光检测模块，所述光检测模块包括：
光电流输入端，以接收光电转换装置输出的光电流；
分别与所述光电流输入端相连的第一支路和第二支路，所述第一支路和所述第二支路分别包括n个MOS管，所述第一支路中的MOS管与所述第二支路中的MOS管镜像设置，所述n为大于或等于2的正整数；所述第一支路中n个MOS管G极相连；所述第二支路中n个MOS管G极相连；
与所述第一支路和所述第二支路相连的控制模块，以在控制电压的控制下切换所述第二支路中n个MOS管的导通或断开；
与所述第一支路和所述第二支路相连的第一电流输出端，以基于所述第一电流输出端输出的电流确定所述光电流的电流值。
2.根据权利要求1所述的光检测装置，其特征在于，所述第一支路包括第一MOS管和第二MOS管；相应地，所述第二支路包括与所述第一MOS管镜像设置的第一镜像MOS管和与所述第二MOS管镜像设置的第二镜像MOS管；
所述第一MOS管和第一镜像MOS管与所述光电流输入端相连；
所述第二MOS管和第二镜像MOS管与所述第一电流输出端相连。
3.根据权利要求1所述的光检测装置，其特征在于，所述控制模块包括第一控制开关和第二控制开关；
在所述第一控制开关断开、且所述第二控制开关导通的情况下，所述第二支路中的各个MOS管截止，所述光检测模块处于第一工作电流检测模式；
在所述第二控制开关断开、且所述第一控制开关导通的情况下，所述第二支路中的各个MOS管导通，所述光检测模块处于第二工作电流检测模式。
4.根据权利要求3所述的光检测装置，其特征在于，
所述第一控制开关的一端与所述第一支路中各个MOS管的G极相连、另一端与所述第二支路中各个MOS管的G极相连；
所述第二控制开关的一端与所述第二支路中各个MOS管的G极相连、另一端与电压源相连。
5.根据权利要求3所述的光检测装置，其特征在于，所述光检测装置还包括触发模块，以输出控制电压；
所述触发模块的第一输出端与所述第一控制开关相连，以通过第一控制电压控制所述第一控制开关的导通或断开；
所述触发模块的第二输出端与所述第二控制开关相连，以通过第二控制电压控制所述第二控制开关的导通或断开。
6.根据权利要求5所述的光检测装置，其特征在于，所述光检测模块还包括与所述第一支路和所述第二支路相连的第二电流输出端；
所述触发模块的输入端通过电压检测电路与所述第二电流输出端相连，以将所述第二电流输出端输出的电流转换为电压信号输入所述触发模块；
在所述光电流为第一工作电流的情况下，所述电压检测电路将所述第二电流输出端输出的电流转化为第一电压信号输入所述触发模块，以使所述第一控制电压为低电平、且所述第二控制电压为高电平；
在所述光电流为第二工作电流的情况下，所述电压检测电路将所述第二电流输出端输出的电流转化为第二电压信号输入所述触发模块，以使所述第一控制电压为高电平、且所述第二控制电压为低电平；所述第二工作电流大于第一工作电流。
7.根据权利要求6所述的光检测装置，其特征在于，在所述第二支路的数量为至少两个的情况下，每个第二支路对应一组第一控制开关和第二控制开关，且每个第二支路对应一个触发模块和与所述触发模块相连的电压检测电路；
不同第二支路对应的工作电流检测范围不同，且不同第二支路对应的触发模块对应的翻转电压不同，所述翻转电压是指使得所述第一控制电压和所述第二控制电压发生翻转的电压值。
8.根据权利要求6所述的光检测装置，其特征在于，所述电压检测电路包括检测电阻，所述触发模块为施密特触发器；所述检测电阻的一端分别与所述第二电流输出端和所述触发模块的输入端相连、另一端接地；
且所述检测电阻的阻值满足下述条件：
所述第一工作电流与所述检测电阻阻值的乘积小于或等于所述施密特触发器的翻转电压；以及
所述第二工作电流与所述检测电阻阻值的乘积大于所述施密特触发器的翻转电压。
9.根据权利要求6所述的光检测装置，其特征在于，所述第一支路包括第三MOS管；相应地，所述第二支路包括与所述第三MOS管镜像设置的第三镜像MOS管；所述第二电流输出端与所述第三MOS管和所述第三镜像MOS管相连。
10.根据权利要求6所述的光检测装置，其特征在于，所述第一支路包括第二MOS管；相应地，所述第二支路包括与所述第二MOS管镜像设置的第二镜像MOS管；所述第一电流输出端和所述第二电流输出端均与所述第二MOS管和所述第二镜像MOS管相连；所述电压检测电路包括检测电阻；所述触发模块为施密特触发器；
所述施密特触发器的输入端与所述第二电流输出端相连；
所述检测电阻的一端与所述第一电流输出端相连，另一端接地；
且所述检测电阻的阻值满足下述条件：
所述第一工作电流与所述检测电阻阻值的乘积小于或等于所述施密特触发器的翻转电压；以及
所述第二工作电流与所述检测电阻阻值的乘积大于所述施密特触发器的翻转电压。
11.根据权利要求1至10任一所述的光检测装置，其特征在于，所述光检测装置还包括第一误差放大器；所述第一误差放大器，包括；
第一电压输入端，以接收参考电压；
第二电压输入端，以接收所述光电转换装置的反偏电压；
电压输出端，与偏置电压和所述第一支路中n个MOS管的G极相连，以将稳定的偏置电压输入所述第一支路中n个MOS管。
12.根据权利要求1至10任一项所述光检测装置，其特征在于，所述光检测装置还包括第二误差放大器和外接MOS管；所述第二误差放大器，包括：
第一电压输入端，以接收与所述光电流输入端相连的MOS管的D极与S极之间的电压差；
第二电压输入端，以接收与所述第一电流输出端相连的MOS管的D极与S极之间的电压差；
电压输出端；
所述外接MOS管，包括：
G极，与所述第二误差放大器的电压输出端相连；
电流输入端，与所述第一电流输出端相连；
电流输出端，以基于所述外接MOS管电流输出端输出的电流确定所述光电流的电流值。
13.根据权利要求1至10任一所述的光检测装置，其特征在于，所述第一支路中不同MOS管的沟道宽和长之间的比相同；所述第二支路中不同MOS管的沟道宽和长之间的比相同。
14.根据权利要求1至10任一项所述的光检测装置，其特征在于，所述第一支路中任一MOS管的沟道宽和长之间的比小于或等于第二支路中与该MOS管镜像设置的镜像MOS管的沟道宽和长之间的比。
15.一种光检测系统，其特征在于，所述系统包括：光电转换装置和与所述光电转换装置相连的光检测装置；
所述光检测装置包括权利要求1至14任一所述的光检测装置。
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