CN117318817A - 带迟滞控制的信号探测快速响应电路 - Google Patents

带迟滞控制的信号探测快速响应电路 Download PDF

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CN117318817A CN202210702209.7A CN202210702209A CN117318817A CN 117318817 A CN117318817 A CN 117318817A CN 202210702209 A CN202210702209 A CN 202210702209A CN 117318817 A CN117318817 A CN 117318817A
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胡童波
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Abstract

一种带迟滞控制的信号探测快速响应电路，包括开关元件以及比较器。开关元件包括第一输入端、第二输入端、第一输出端及控制端，第一输入端用于接收第一参考信号，第二输入端用于接收第二参考信号，控制端用于接收控制信号，且开关元件用于根据控制信号通过第一输出端输出第一参考信号或第二参考信号。比较器包括第三输入端、第四输入端以及第二输出端，第三输入端连接于第一输出端，第四输入端用于接收对应光输入的感测信号，且第二输出端连接于控制端并用于输出比较结果。

Description

带迟滞控制的信号探测快速响应电路
技术领域
本发明涉及一种信号响应电路，特别是一种带迟滞控制的信号探测快速响应电路。
背景技术
随着科技的迅速发展，网路带宽的需求也逐渐增加。各大营运商也开展了大规模的“宽带提速”、“光进铜退”的工程，以提供更好的服务品质。上述工程的发展都以无源光纤网络(Passive Optical Networks，PON)为基础进行延伸。PON所对应的光纤线路终端设备(Optical Line Termination，OLT)采用突发接收模式。随着网路速度的提升，数据的传输速率增加，PON光模组的接收速率也需上升，但在高速率突发接收模式且无时钟资料恢复(Clock Data Recovery，CDR)下，控制电路要达到信号快速响应则为艰难的挑战。
发明内容
根据前述，本发明提供一种带迟滞控制的信号探测快速响应电路，以解决信号接收过快而无法响应的问题。
依据本发明一实施例的一种带迟滞控制的信号探测快速响应电路，包括开关元件以及比较器。开关元件包括第一输入端、第二输入端、第一输出端及控制端，第一输入端用于接收第一参考信号，第二输入端用于接收第二参考信号，控制端用于接收控制信号，且开关元件用于根据控制信号通过第一输出端输出第一参考信号或第二参考信号。比较器包括第三输入端、第四输入端以及第二输出端，第三输入端连接于第一输出端，第四输入端用于接收对应光输入的感测信号，且第二输出端连接于控制端并用于输出比较结果。
综上所述，本发明的带迟滞控制的信号探测快速响应电路，可以不受网路速率及CDR影响，并针对光输入的感测信号进行快速且准确判断，且可适用于无源光纤网络的各种光纤线路终端设备，各种光纤线路终端设备的无源光纤网络光模组例如为千兆无源光纤网络(Gigabit Passive Optical Networks，GPON)光模组、十千兆无源光纤网络(10GigabitPassive Optical Networks，XGPON)光模组、以太网无源光纤网络(Ethernet PassiveOptical Network，EPON)光模组等等。且相较于单纯通过微控制器进行光输入大小的判断，信号探测快速响应电路具有更高的响应速度。再者，藉由上述两种判断基准的切换，信号探测快速响应电路可具有迟滞控制功能。
附图说明
图1为依据本发明一实施例所绘示的带迟滞控制的信号探测快速响应电路配置图；
图2为依据本发明另一实施例所绘示的带迟滞控制的信号探测快速响应电路配置图；
图3为依据本发明一实施例所绘示的带迟滞控制的信号探测快速响应电路以第一参考信号为判断基准时的运作的讯号模拟图；
图4为依据本发明一实施例所绘示的带迟滞控制的信号探测快速响应电路以第二参考信号为判断基准时的运作的讯号模拟图。
【附图标记说明】
1,1’：带迟滞控制的信号探测快速响应电路
10：开关元件
11：第一输入端
12：第二输入端
13：第一输出端
14：控制端
20：比较器
21：第三输入端
22：第四输入端
23：第二输出端
30：与门
31：第五输入端
32：第六输入端
33：第三输出端
40：非门
41：第七输入端
42：第四输出端
50：光感测电路
51：第八输入端
52：第五输出端
60：微控制器
61：第六输出端
62：第七输出端
RF1：第一参考信号
RF2：第二参考信号
R1：采样电阻
R2：上拉电阻
SD：控制信号
SO1：讯号输出端
VCC：供应电压
Vrssi：感测信号
具体实施方式
请参阅图1，其为依据本发明一实施例所绘示的带迟滞控制的信号探测快速响应电路配置图。如图1所示，带迟滞控制的信号探测快速响应电路1包括开关元件10以及比较器20。开关元件10包括第一输入端11、第二输入端12、第一输出端13及控制端14，第一输入端11用于接收第一参考信号，第二输入端12用于接收第二参考信号，控制端14用于接收控制信号，且开关元件10用于根据控制信号通过第一输出端13输出第一参考信号或第二参考信号。比较器20包括第三输入端21、第四输入端22以及第二输出端23，第三输入端21电性连接于第一输出端13，第四输入端22用于接收对应光输入的感测信号，且第二输出端23电性连接于控制端14并用于输出比较结果。比较器20所输出的比较结果关联于控制端14所接收的控制信号。
举例来说，开关元件10可选用纳秒(ns)级高速模拟开关，其响应时间约为50ns；比较器20可选用ns高速比较器，其响应时间约为6ns。
在本实施例中，比较器20的比较结果可作为控制端14的控制信号。具体而言，比较结果为表示感测信号的信号位准大于第一参考信号的信号位准、感测信号的信号位准小于第一参考信号的信号位准、感测信号的信号为准大于第二参考信号的信号位准或感测信号的信号为准小于第二参考信号的信号位准，控制端14接收比较结果以作为开关元件10输出第一参考信号或第二参考信号的基准，换言之，开关元件10能根据控制信号的信号为准选择性输出第一参考信号及第二参考信号。其中，第二参考信号的信号位准大于第一参考信号的信号位准。进一步而言，当控制信号为低电平时，开关元件10输出第一参考信号，而当控制信号为高电平时，开关元件10输出第二参考信号。其中，高电平的控制信号指示告警状态，意谓可能无光输入或光输入不足，低电平的控制信号则指示正常状态，意谓光输入充足。
更进一步而言，控制信号的初始状态为高电平。换言之，信号探测快速响应电路1的初始状态为告警状态，此时开关元件10通过第一输出端13输出第二参考信号至比较器20，比较器20从第四输入端22接收对应光输入的感测信号。当感测信号的信号位准小于第二参考信号的信号位准时，比较器20通过第二输出端23输出高电平的比较结果至控制端14以作为控制信号，维持告警状态，开关元件10通过第一输出端13输出第二参考信号；当感测信号的信号位准大于等于第二参考信号的信号位准时，比较器20通过第二输出端23输出低电平的比较结果至控制端14以作为控制信号，消除告警状态，开关元件10通过第一输出端13输出第一参考信号。
当控制信号为低电平而表示正常状态时，开关元件10通过第一输出端13输出第一参考信号至比较器20，比较器20从第四输入端22接收对应光输入的感测信号。当感测信号的信号位准小于第一参考信号的信号位准时，比较器20通过第二输出端23输出高电平的比较结果至控制端14以作为控制信号，显示告警状态，开关元件10通过第一输出端13输出第二参考信号；当感测信号的信号位准大于等于第一参考信号的信号位准时，比较器20通过第二输出端23输出低电平的比较结果至控制端14，维持正常状态，开关元件10通过第一输出端13输出第一参考信号。
上述电路可实现判断基准的自动切换，当控制信号指示告警状态时，上述电路可以自动将判断基准切换为第二参考信号，若此时光输入变大至大于或等于判断基准，则告警消除，而当控制信号指示正常状态时，上述电路可以自动将判断基准切换为第一参考信号，若此时光减小至小于判断基准，则产生告警。
藉由本实施例的电路设置，对光输入的感测信号强度进行判断(即为光功率判断)，进而辅助光纤线路终端设备判断是否有接收到光讯号，信号探测快速响应电路1可以不受网路速率CDR影响，可适用于无源光纤网络的各种光纤线路终端设备，且相较于单纯通过微控制器进行光输入大小的判断，信号探测快速响应电路1具有更高的响应速度。再者，藉由上述两种判断基准的切换，信号探测快速响应电路1可具有迟滞控制功能。
请参阅图2，其为依据本发明另一实施例所绘示的带迟滞控制的信号探测快速响应电路配置图。如图2所示，带迟滞控制的信号探测快速响应电路1’包括开关元件10以及比较器20，其中开关元件10和比较器20可以前述图1实施例的开关元件10和比较器20实现，于此不予赘述。本实施例与图1实施例的差异之处在于：信号探测快速响应电路1’可更包括与门30、非门40、光感测电路50、微控制器60、采样电阻R1、上拉电阻R2及讯号输出端SO1。其中，与门30、非门40、光感测电路50、微控制器60、采样电阻R1、上拉电阻R2以及讯号输出端SO1为选择性设置元件。
与门30包括第五输入端31、第六输入端32以及第三输出端33，第五输入端31电性连接于第二输出端23，第六输入端32接收关联于重置信号的输入信号，第三输出端33电性连接于开关元件10的控制端14并电性连接讯号输出端SO1。非门40包括第七输入端41及第四输出端42，第七输入端41用于接收重置信号，第四输出端42电性连接于第六输入端32。换句话说，控制端14电性连接讯号输出端SO1以及第三输出端33，第五输入端31接收比较结果，第六输入端32接收经过非门40运算后的重置信号。
具体而言，第五输入端31接收比较结果，非门40将重置信号的相位进行反向，并将反向后重置信号输入至第六输入端32，与门30针对反向后重置信号和比较结果进行运算并通过第三输出端33输出控制信号，控制信号通过控制端14和讯号输出端SO1分别传输至开关元件10和外部主机(例如交换机)。其中重置信号来自外部主机，并用于指示光输入源的切换。进一步来说，终端设备为光纤线路终端设备并于光输入源切换时发出高电平的重置信号至非门40，非门40则输出低电平的重置信号以指示光输入。
光感测电路50包括第八输入端51及第五输出端52，第八输入端51用于接收光输入，第五输出端52电性连接于第四输入端22，采样电阻R1设置于第五输出端52和第四输入端22之间，光感测电路50根据光输入产生对应的感测信号，并通过第五输出端52输出感测信号至第四输入端22。进一步来说，光感测电路50接收光输入时产生电流，电流经过采样电阻R1而产生电压，此电压作为感测信号以输入至比较器20。
在一实施态样中，光感测电路50包括光电二极体和跨阻放大器，光电二极体接收光输入来产生电流，镜像电流经跨阻放大器输出。在另一实施态样中，光感测电路50包括雪崩光电二极体和电流镜，雪崩光电二极体接收光输入来产生电流，电流镜接收并产生与雪崩二极管相同或固定比例的电流。
微控制器60包括第六输出端61及第七输出端62，第六输出端61电性连接于第一输入端11，第七输出端62电性连接于第二输入端12。微控制器60通过第六输出端61和第七输出端62输出第一参考信号和第二参考信号至开关元件10，而第二参考信号的信号位准大于第一参考信号的信号位准，开关元件10根据控制信号输出第一参考信号或第二参考信号。其中，微控制器60通过两线式串行总线电路(Inter-Integrated Circuit，I2C)控制并输出第一参考信号和第二参考信号。举例来说，当控制信号为低电平时，开关元件10输出第一参考信号；当控制信号为高电平时，开关元件10输出第二参考信号。通过微控制器60提供不同位准的参考信号，达到讯号侦测迟滞(signal detect hysteresis)调整的功能，特别是0.5～21dB的调整范围，以因应不同种类的光模组，进而具有高适应性及高准确度。微控制器60亦可对参考信号进行校准，以提供且更准确的响应。
上拉电阻R2的一端电性连接于第三输出端33及控制端14，上拉电阻R2的另一端用于电性连接于用于输出供应电压VCC的供应电压线，控制信号具有初始位准。换句话说，上拉电阻R2的一端也电性连接讯号输出端SO1。又，因上拉电阻R2和供应电压线的设置，使控制信号的讯号位准不为零而为初始位准(其可为高电平)，使开关元件10能正常运作。
当第八输入端51接收光输入时，光感测电路50根据光输入产生对应的电流，电流经过采样电阻R1而产生电压，此电压作为感测信号并通过第五输出端52输入至比较器20。控制信号由上拉电阻R2拉高至高电平，并指示告警状态及通过控制端14传输至开关元件10。开关元件10于接收高电平的控制信号时通过第一输出端13输出第二参考信号至比较器20，比较器20比较感测信号和第二参考信号。当感测信号的信号位准小于第二参考信号的信号位准时，比较器20所输出的比较结果为高电平，维持告警状态；当感测信号的信号位准大于等于第二参考信号的信号位准时，比较器20所输出的比较结果为低电平，告警状态消除。
此时，重置信号为低电平并于经过非门40后通过第四输出端42输出高电平的重置信号至与门30，与门30根据比较结果和高电平的重置信号输出控制信号。当比较结果和经过反转后的重置信号皆为高电平时，与门30通过第三输出端33输出高电平的控制信号，高电平的控制信号通过讯号输出端SO1传输至外部主机以指示告警状态且通过控制端14传输至开关元件10；当比较结果为低电平和经过反转后的重置信号为高电平时，与门30通过第三输出端33输出低电平的控制信号，低电平的控制信号通过控制端14传输至开关元件10。若重置信号从低电平变为高电平时，高电平的重置信号于经过非门40后通过第四输出端42输出低电平的经过反转后的重置信号至与门30，与门30通过第三输出端33输出低电平的控制信号。
当控制信号为低电平时，开关元件10根据低电平的控制信号通过第一输出端13输出第一参考信号，光感测电路50根据光输入产生感测信号并通过第五输出端52输入至比较器20，比较器20比较感测信号和第一参考信号。当感测信号的信号位准小于第一参考信号的信号位准时，比较器20所输出的比较结果为高电平并指示告警状态；当感测信号的信号位准大于等于第一参考信号的信号位准时，比较器20所输出的比较结果为低电平并指示正常状态。此时，重置信号为低电平并于经过非门40后通过第四输出端42输出高电平的重置信号至与门30，与门30根据比较结果和高电平的重置信号输出控制信号。当比较结果为高电平和经过反转后的重置信号为高电平时，与门30通过第三输出端33输出高电平的控制信号，高电平的控制信号通过讯号输出端SO1传输至外部主机以指示告警状态且通过控制端14传输至开关元件10；当比较结果为低电平和经过反转后的重置信号为高电平时，与门30通过第三输出端33输出低电平的控制信号，低电平的控制信号通过控制端14传输至开关元件10。若重置信号从低电平变为高电平时，高电平的重置信号于经过非门40后通过第四输出端42输出低电平的经过反转后的重置信号至与门30，与门30通过第三输出端33输出低电平的控制信号。
举例来说，开关元件10可选用ns级高速模拟开关，其响应时间约为50ns；比较器20可选用ns高速比较器，其响应时间约为6ns；与门30及非门40的常规响应时间约为5ns。信号探测快速响应电路1’的响应可在60ns内完成。
本实施例的电路可实现对第一参考信号和第二参考信号自动判断。当控制信号为高电平时(无光或弱光状态下)，本实施例的电路可自动切换为第二参考信号输出，若光输入所对应的感测信号大于第二参考信号时，控制信号从高电平变为低电平，告警状态的指示消除；若光输入所对应的感测信号小于第二参考信号时，控制信号维持高电平。当控制信号为低电平时，本实施例的电路可自动切换为第一参考信号输出，若光输入所对应的感测信号小于第一参考信号时，控制信号从低电平变为高电平，告警状态的指示产生；若光输入所对应的感测信号大于第一参考信号时，控制信号维持低电平。
藉由本实施例的电路设置，信号探测快速响应电路1’可具有与前述实施例的信号探测快速响应电路1具有同样的效果，于此不再重复叙述。
另外，通过微控制器60的设置，调整第一参考信号和第二参考信号的信号位准，以因应各种规格的终端设备的无源光纤网络光模组。通过非门40的设置，信号探测快速响应电路1’可因应在光输入源切换时所产生的重置讯号。
请参阅图3，其为依据本发明一实施例所绘示的带迟滞控制的信号探测快速响应电路以第一参考信号为判断基准时的运作的讯号模拟图。如图3所示，控制信号标示为SD，感测信号标示为Vrssi，第一参考信号标示为RF1。设定第一参考信号RF1为-17.5dBm、光感测器的向应度Res为1A/W以及采样电阻R1为5.1kΩ，第一参考信号RF1的取得可根据下式：(Res为光感测器的响应度，R1为采样电阻)，第一参考信号RF1所对应的电压值为72.6mV。在控制信号SD为低电平状态下，当感测信号Vrssi为从1024mV降为0V时，控制信号SD在ba时段内由低电平切换为高电平。
请参阅图4，其为依据本发明一实施例所绘示的带迟滞控制的信号探测快速响应电路以第二参考信号为判断基准时的运作的讯号模拟图。如图4所示，控制信号标示为SD，感测信号标示为Vrssi，第二参考信号标示为RF2。设定第二参考信号RF2为-15dBm、光感测器的向应度Res为1A/W以及采样电阻R1为5.1kΩ，第二参考信号RF2的取得可根据下式：(Res为光感测器的响应度，R1为采样电阻)，第二参考信号RF2所对应的电压值为115mV。在控制信号SD为高电平状态下，当感测信号Vrssi为从0mV升高至1024mV时，控制信号SD在ab时段内由高电平切换为低电平。
综上所述，本发明的带迟滞控制的信号探测快速响应电路，不受网路速率影响，并针对光输入的感测信号进行快速且准确判断，而可适用于无源光纤网络的各种光纤线路终端设备，各种光纤线路终端设备的无源光纤网络光模组可包括千兆无源光纤网络(GigabitPassive Optical Networks，GPON)光模组、十千兆无源光纤网络(10Gigabit PassiveOptical Networks，XGPON)光模组、以太网无源光纤网络(Ethernet Passive OpticalNetwork，EPON)光模组等等。且相较于单纯通过微控制器进行光输入大小的判断，信号探测快速响应电路具有更高的响应速度。再者，藉由上述两种判断基准的切换，信号探测快速响应电路可具有迟滞控制功能。

Claims (9)

1.一种带迟滞控制的信号探测快速响应电路，其特征在于，包括：
开关元件，包括第一输入端、第二输入端、第一输出端及控制端，所述第一输入端用于接收第一参考信号，所述第二输入端用于接收第二参考信号，所述控制端用于接收控制信号，所述开关元件用于根据所述控制信号通过所述第一输出端输出所述第一参考信号或所述第二参考信号，且其中所述第二参考信号的信号位准大于所述第一参考信号的信号位准；以及
比较器，包括第三输入端、第四输入端以及第二输出端，所述第三输入端连接于所述第一输出端，所述第四输入端用于接收对应光输入的感测信号，且所述第二输出端连接于所述控制端并用于输出比较结果。
2.如权利要求1所述的带迟滞控制的信号探测快速响应电路，其特征在于，当所述控制信号具有低电平时，所述开关元件通过所述第一输出端输出所述第一参考信号，且当所述控制信号具有高电平时，该控制信号指示一告警状态且所述开关元件通过所述第一输出端输出所述第二参考信号。
3.如权利要求1所述的带迟滞控制的信号探测快速响应电路，其特征在于，更包括：
与门，包括第五输入端、第六输入端以及第三输出端，所述第五输入端连接于所述第二输出端，所述第六输入端接收关联于重置信号的一输入信号，所述第三输出端连接于所述开关元件的所述控制端。
4.如权利要求3所述的带迟滞控制的信号探测快速响应电路，其特征在于，更包括：
非门，包括第七输入端及第四输出端，所述第七输入端用于接收所述重置信号，所述第四输出端电性连接于所述第六输入端。
5.如权利要求3所述的带迟滞控制的信号探测快速响应电路，其特征在于，所述重置信号来自于终端设备，用于指示光输入源的切换。
6.如权利要求3所述的带迟滞控制的信号探测快速响应电路，其特征在于，更包括一上拉电阻，所述上拉电阻的一端连接于所述第三输出端及所述控制端，所述上拉电阻的另一端用于连接于用于输出供应电压的供应电压线，所述控制信号具有初始位准。
7.如权利要求1所述的带迟滞控制的信号探测快速响应电路，其特征在于，更包括光感测电路，所述光感测电路连接于所述第四输入端并根据所述光输入产生对应的所述感测信号。
8.如权利要求7所述的带迟滞控制的信号探测快速响应电路，其特征在于，更包括采样电阻，所述采样电阻设置于所述光感测电路和所述第四输入端之间。
9.如权利要求1所述的带迟滞控制的信号探测快速响应电路，其特征在于，更包括微控制器，所述微控制器连接于所述第一输入端及所述第二输入端以提供所述第一参考信号及所述第二参考信号。
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