CN117938259A - 一种带反馈的光接收模块、应用及其传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带反馈的光接收模块、应用及其传输方法，包括：光输入输出接口，与光输入输出接口连接的光收发组件BOSA，与BOSA中的PD探测器连接、获取表征光功率等级的电流信号并转化成电压信号的跨阻放大器，与跨阻放大器连接、将跨阻放大器输出的电压信号进行分发的信号分发器，连接在信号分发器与光收发组件BOSA之间、预设反馈电信号的脉宽长度、并将分发的电压信号转化成反馈电信号的反馈支路，与信号分发器连接、对信号分发器输出的电压信号进行放大的输出放大器，以及与输出放大器连接的电信号输出接口；所述光收发组件BOSA由一体的PD探测器和DFB激光器组成。

Description

一种带反馈的光接收模块、应用及其传输方法

技术领域

本发明涉及光纤链路通信技术领域，尤其是一种带反馈的光接收模块、应用及其传输方法。

背景技术

目前，光通信已经在很多领域中进行了广泛应用，像一些单端信号传输的应用场合，如时钟信号、串行信号拉远、触发信号拉远、同步信号拉远等，因光纤通信损耗低、传输远、抗干扰、成本低等优点，慢慢地也成了优选的解决方案。有些工业控制应用的场合，通信链路的稳定性、可恢复性、维修及时性等要求非常高，所以需要对传输光链路的工作状态进行实时监测。另外，在多通道的同步系统中，其需要实现各通道的时间同步。现有技术中的光通信模块，其无法进行反馈通信。

例如“专利公开号为：CN112272061A、名称为：一种光接收机模拟前端电路”的中国发明专利，其包括光电探测器、跨阻放大器、可变增益放大电路、增益控制电路；光电探测器与跨阻放大器通过自偏置方式连接；跨阻放大器的输出端连接至可变增益放大电路的输入端；增益控制电路连接外部电压，可变增益放大电路与增益控制电路之间通过双端控制电压Vb1、Vb2连接，增益控制电路用于为可变增益放大电路提供偏置控制电压。该技术的缺点在于：第一，其输出为差分形式；第二，不能用于传输低频脉冲信号；第三，需要进行增益控制，实现方案较为复杂；第四，不带反馈光信号。

另外，如“专利公开号为：CN109510598A、名称为：一种高灵敏度宽动态范围光接收机前置放大电路”的中国发明专利，其包括光电二极管、跨阻放大器、单端转差分放大器、输出缓冲电路、峰值检测电路和直流消失调电路。该技术的缺点在于：第一，输出为差分形式；第二，不能用于传输低频脉冲信号；第三，主要是为了提高动态范围进行增益控制，实现方案较为复杂；第四，不带反馈光信号。

再如“专利公开号为：CN117278133A、名称为：减小稳定时间的内置复位信号突发模式光接收机电路”的中国发明专利，其包括：跨阻放大器、可变增益放大器以及由限幅放大器、包络检波器、比较器和脉宽扩展电路组成的内部复位信号生成回路；所述跨阻放大器的前级与光电二极管的电流信号连接，用于根据自身增益将电流信号进行放大；所述可变增益放大器的输入端与所述跨阻放大器的输出端连接，用于根据自身增益将所述跨阻放大器放大的电流信号在预设动态范围内进行放大；所述限幅放大器的输入端与所述可变增益放大器的输出端连接，用于将所述可变增益放大器的输出信号进行放大；所述包络检波器的输入端与所述限幅放大器的输出端连接，用于检测数据流的包络信息；所述比较器的正向输入端与所述包络检波器的输出端连接，反向输出端与基准电压连接，用于对所述包络检波器的输出信号与基准电压进行比较，得到比较信号；所述脉宽扩展电路的输入端与所述比较器的输出端连接，输出端分别与所述跨阻放大器和所述可变增益放大器的输入端连接，用于根据所述比较信号调节所述脉宽扩展电路的脉冲宽度后，输出复位信号，并将所述复位信号发送至所述跨阻放大器和所述可变增益放大器，以控制所述跨阻放大器和所述可变增益放大器的自身增益。该技术的缺点在于：第一，输出为差分形式；第二，不能用于传输低频重频脉冲信号；第三，闭环控制环路为了减小稳定时间，是一种集成电路技术，实现方案较为复杂；第四，不带反馈光信号。

因此，急需要提供一种结构简单、反馈通信可靠的带反馈的光接收模块及其传输方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种带反馈的光接收模块、应用及其传输方法，本发明采用的技术方案如下：

第一步，本技术提供了一种带反馈的光接收模块，其包括：

光输入输出接口，外接光信号；

光收发组件BOSA，与光输入输出接口连接，用于获取光信号和输出反馈光信号；所述光收发组件BOSA由一体的PD探测器和DFB激光器组成；所述光收发组件BOSA设有一信号反馈接口；所述PD探测器接收输入的光信号并转换为电信号；所述DFB激光器获取信号反馈接口的反馈电信号，并向光输入输出接口输出反馈光信号；所述DFB激光器与信号反馈接口连接；

跨阻放大器，与PD探测器连接，获取表征光功率等级的电流信号并转化成电压信号；

信号分发器，与跨阻放大器连接，接收跨阻放大器的电压信号，并分发输出两路LVCMOS电平信号；

反馈支路，连接在信号分发器与光收发组件BOSA之间，预设反馈电信号的脉宽长度，并将分发的LVCMOS电平信号转化成反馈电信号；所述反馈支路与信号反馈接口连接；

输出放大器，与信号分发器连接，对信号分发器输出的LVCMOS电平信号进行放大，并输出单端电信号；

以及电信号输出接口，与输出放大器连接，并进行单端电信号传输。

进一步地，所述带反馈的光接收模块，还包括：

接收二级放大器，连接在跨阻放大器与信号分发器之间，对跨阻放大器输出的电压信号进行放大；所述接收二级放大器放大后的电压信号的电压值大于信号分发器的输入电压门限。

进一步地，所述反馈支路包括依次连接的单稳态触发器和驱动电路；所述单稳态触发器与信号分发器连接，并预设反馈电信号的脉宽长度；所述驱动电路根据单稳态触发器内预设反馈电信号的脉宽长度，生成与预设反馈电信号的脉宽长度对应的反馈电信号，驱动DFB激光器输出反馈光信号。

进一步地，所述光收发组件BOSA内的输入光信号为1550nm，反馈光信号为1310nm；

或，所述光收发组件BOSA内的输入光信号为1310nm，反馈光信号为1550nm。

进一步地，所述电信号输出接口设置有一输出电压信号端；所述输出电压信号端外接50ohm负载、且电压大于2.5V。

第二部分，本技术提供了一种带反馈的光接收模块的传输方法，其包括以下步骤：

预设反馈电信号的脉宽长度；

利用光输入输出接口获取光信号输入；

利用光收发组件BOSA获取输入的光信号，并激发输出表征光功率等级的电流信号；

利用跨阻放大器获取表征光功率等级的电流信号并转化成电压信号，利用信号分发器接收跨阻放大器输出的电压信号，并分发输出LVCMOS电平信号；

利用反馈支路将分发的LVCMOS电平信号转化成反馈电信号；利用DFB激光器获取信号反馈接口的反馈电信号，并向光输入输出接口输出反馈光信号；

同时，利用输出放大器接收信号分发器输出的LVCMOS电平信号，放大并输出单端电信号。

进一步地，所述带反馈的光接收模块的传输方法，还包括：对信号分发器输出的电压信号进行放大，放大后接50ohm负载、且电压信号的电压大于2.5V。

第三部分，本技术提供了一种带反馈光接收模块的单通道传输装置，其包括采用光纤通信的控制端和接收端；所述接收端内设置有带反馈的光接收模块。

第四部分，本技术提供了一种多通道同步系统，其包括采用光纤双向通信的控制端和接收端；所述接收端内设置有两个及以上的带反馈的光接收模块。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明采用波长为1310nm或1550nm的反馈光信号，在控制端处理器发送控制信号或是同步信号，通过光收发模块转换为光信号，光信号经过单根光纤传输到接收端，接收端的带反馈光接收模块恢复出控制端发送过来的电信号，输出给接收端的被控制单元，并在内部生成反馈光信号，沿光纤返回到控制端。控制端的光收发模块将反馈光信号转换为电信号，输出给控制端处理器进行处理，以提供监测光信号反馈。

（2）本发明通过设置带反馈的光接收模块，其可以提供反馈的光信号，可用于计算各光纤链路的时间延时量，并可以此对各通道进行延时调整。另外，采用本发明的带反馈的光接收模块，可以大大地减小光监测系统或是光同步系统接收端的设计复杂度。

综上所述，本发明具有结构简单、反馈通信可靠等优点，在光纤链路通信技术领域具有很高的实用价值和推广价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定，对于本领域技术人员来说，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相关的附图。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的带反馈光接收模块单通道的结构示意图。

图3为本发明的带反馈光接收模块外部接口的结构示意图。

图4为本发明的多通道同步系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更为清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例

本实施例中，术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

本实施例的说明书和权利要求书中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述对象的特定顺序。例如，第一目标对象和第二目标对象等是用于区别不同的目标对象，而不是用于描述目标对象的特定顺序。

在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个处理单元是指两个或两个以上的处理单元；多个系统是指两个或两个以上的系统。

如图1至图4所示，本实施例提供了一种带反馈的光接收模块、应用及其传输方法。

如图1所示，本实施例的带反馈的光接收模块包含了光输入输出接口101、光收发组件BOSA 102、跨阻放大器103、接收二级放大器104、信号分发器105、输出放大器106、电信号输出接口107、单稳态触发器108、驱动电路109。

其中，光输入输出接口101为光接收模块光物理接口，可接外部光纤，支持FC、SC、LC等光接口。在本实施例中，该光输入输出接口101外接光信号。

另外，光收发组件BOSA 102由一体的PD探测器和DFB激光器组成，该光收发组件BOSA设有一信号反馈接口。其中，PD探测器接收输入的光信号并转换为电信号。另外，DFB激光器获取信号反馈接口的反馈电信号，并向光输入输出接口输出反馈光信号。在本实施例中，接收光和反馈光的波长不同，可以实现单纤复用，例如：光收发组件BOSA内的输入光信号为1550nm，反馈光信号为1310nm；或者光收发组件BOSA内的输入光信号为1310nm，反馈光信号为1550nm。

在本实施例中，跨阻放大器103与DFB激光器连接，其作用是实现将光收发组件BOSA内部的光探测器输出的表征光功率大小的电流量转化为电压量，生成初始的电压信号。

在本实施例中，接收二级放大器104，将跨阻放大器输出的电信号进行进一步的放大，使电压输出达到2.5V以上，满足下一级信号分发器的电压门限要求，以便正确分辨出高低电平信号。

在本实施例中，信号分发器105与接收二级放大器104连接，可将接收二级放大器输出的电信号分成相同的两路信号输出，一路输出到输出放大器，另一路输出到单稳态触发器，信号分发器输出为单端高电平为3.3V的信号，可用时钟分发器件实现。

在本实施例中，输出放大器106与信号分发器105连接，输出最终的单端电信号，电压大于2.5V，可接50ohm负载，也就是驱动电流大于50mA。由于输出放大器的输入信号电压为3.3V，所以输出放大器106的放大倍数不需要太高，其只要满足驱动电流必须大于50mA的要求即可，输出电压可以通过设置输出放大器106的供电电压来确定。

在本实施例中，电信号输出接口107，单端电信号输出的物理接口，可以是插焊、表贴或是金手指的形式。

另外，在反馈支路中，单稳态触发器108与信号分发器105连接，其决定了反馈光信号的脉宽长度，其可以设置为us级或是ms级的输出信号，通过单稳态触发器的外部RC参数进行设置，得到固定脉宽的信号输出。当单稳态触发器接收到信号分发器发送过来的触发信号（LVCMOS电平信号）后，就会输出固定脉宽的信号，给到驱动电路109。

在本实施例中，驱动电路109，为光收发组件BOSA发送端的驱动，可以按单稳态触发器输出的固定脉宽，生成相应的驱动信号，给到光收发组件BOSA的发送端，输出反馈光信号。另外，驱动电路可以由运放电路实现。

如图2所示，该光接收模块的工作原理如下：

控制端与接收端用单根单模光纤连接，传输距离最远至少为2km。首先控制端发送控制信号，可以是一串数字信号或是单个脉冲信号，通过光收发器转换为光信号，输出到光纤中。信号沿着光纤输入到接收端的带反馈的光接收模块，恢复一个电信号输出给被控制单元，另外产生一个固定脉冲宽度的光脉冲沿光纤反馈给控制端。控制端的光收发模块将反馈光恢复为电信号输出给控制端处理器进行相应的处理。可用于判断接收端是否正常接收到控制端发送的信号。

如图4所示，在多通道的同步系统中，通道的工作方式与图2的原理相同，只是控制端处理器可接收到多路光反馈信号。同步系统一般传输的是单个脉冲信号，这里可以通过处理器计算出各通道相应的传输时延，可以通过发送信号和接收到光反馈信号之间的时间差计算出来。然后对各通道的发送时延进行调整，就可以达到各通道同步控制的效果。

上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种带反馈的光接收模块，其特征在于，包括：

光输入输出接口，外接光信号；

光收发组件BOSA，与光输入输出接口连接，用于获取光信号和输出反馈光信号；所述光收发组件BOSA由一体的PD探测器和DFB激光器组成；所述光收发组件BOSA设有一信号反馈接口；所述PD探测器接收输入的光信号并转换为电信号；所述DFB激光器获取信号反馈接口的反馈电信号，并向光输入输出接口输出反馈光信号；所述DFB激光器与信号反馈接口连接；

跨阻放大器，与PD探测器连接，获取表征光功率等级的电流信号并转化成电压信号；

信号分发器，与跨阻放大器连接，接收跨阻放大器的电压信号，并分发输出两路LVCMOS电平信号；

反馈支路，连接在信号分发器与光收发组件BOSA之间，预设反馈电信号的脉宽长度，并将分发的LVCMOS电平信号转化成反馈电信号；所述反馈支路与信号反馈接口连接；

输出放大器，与信号分发器连接，对信号分发器输出的LVCMOS电平信号进行放大，并输出单端电信号；

以及电信号输出接口，与输出放大器连接，并进行单端电信号传输。

2.根据权利要求1所述的一种带反馈的光接收模块，其特征在于，还包括：

接收二级放大器，连接在跨阻放大器与信号分发器之间，对跨阻放大器输出的电压信号进行放大；所述接收二级放大器放大后的电压信号的电压值大于信号分发器的输入电压门限。

3.根据权利要求1所述的一种带反馈的光接收模块，其特征在于，所述反馈支路包括依次连接的单稳态触发器和驱动电路；所述单稳态触发器与信号分发器连接，并预设反馈电信号的脉宽长度；所述驱动电路根据单稳态触发器内预设反馈电信号的脉宽长度，生成与预设反馈电信号的脉宽长度对应的反馈电信号，驱动DFB激光器输出反馈光信号。

4.根据权利要求1所述的一种带反馈的光接收模块，其特征在于，所述光收发组件BOSA内的输入光信号为1550nm，反馈光信号为1310nm；

或，所述光收发组件BOSA内的输入光信号为1310nm，反馈光信号为1550nm。

5.根据权利要求1所述的一种带反馈的光接收模块，其特征在于，所述电信号输出接口设置有一输出电压信号端；所述输出电压信号端外接50ohm负载、且电压大于2.5V。

6.一种根据权利要求1~5任一项所述的带反馈的光接收模块的传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

预设反馈电信号的脉宽长度；

利用光输入输出接口获取光信号输入；

利用光收发组件BOSA获取输入的光信号，并激发输出表征光功率等级的电流信号；

利用跨阻放大器获取表征光功率等级的电流信号并转化成电压信号，利用信号分发器接收跨阻放大器输出的电压信号，并分发输出LVCMOS电平信号；

利用反馈支路将分发的LVCMOS电平信号转化成反馈电信号；利用DFB激光器获取信号反馈接口的反馈电信号，并向光输入输出接口输出反馈光信号；

同时，利用输出放大器接收信号分发器输出的LVCMOS电平信号，放大并输出单端电信号。

7.根据权利要求6所述的一种带反馈的光接收模块的传输方法，其特征在于，还包括：对信号分发器输出的电压信号进行放大，且放大后接50ohm负载、且电压信号的电压大于2.5V。

8.一种带反馈光接收模块的单通道传输装置，其特征在于，包括采用光纤通信的控制端和接收端；所述接收端内设置有权利要求1~5任一项所述的带反馈的光接收模块。

9.一种多通道同步系统，其特征在于，包括采用光纤双向通信的控制端和接收端；所述接收端内设置有两个及以上的权利要求1~5任一项所述的带反馈的光接收模块。