CN1741420A - 用于光突发接收机中的判决电平快速检测电路 - Google Patents

Abstract

用于自适应光突发接收机中的判决电平快速检测电路，属于光纤通信技术领域，其特征在于：该电路位于接收跨导放大器输出端的、由交流耦合电容和后级限幅放大器等效电阻构成的串联阻容电路之后、后级限幅放大器之前，该电路依次由输入突发信号包络的上、下边沿检测电路、上下缓冲器及串联电阻网络依次串联构成，还有一个放电回路与上、下两个缓冲器的输入端相连，串联电阻网络的中点电压即为输往后级限幅放大器的判决电平值。本发明可以消除由于突发信号强弱以及交流耦合电容产生的判决电平波动对后级限幅放大器的影响，同时可大大降低突发光接收机中的跨大放大器和后级限幅放大器的设计要求。

Description

用于光突发接收机中的判决电平快速检测电路

技术领域：

本发明属于光电子技术和光纤通信技术领域。特别涉及无源光网络中光突发接收机中信号的快速判决电平检测技术。

背景技术：

在无源光网络的光突发接收中，各个发送单元发送的的光信号经过的光纤长度不同，且各发送单元的性能也不一，进入接收单元的光包的幅度和相位相差很大。所以，不能采取固定门限的光接收机，而必须使用动态门限的光接收机，以适应对各种幅度不同光信号的接收。因此，快速的进行判决电平的检测就成为了突发模式接收机中的关键技术。

目前比较成熟的快速电平检测技术是基于直流耦合的原理，即在跨导放大器(TIA)和作为主放大器之间限幅放大器(LA)之间采取直流耦合。这样可以避免由于线路中存在交流的耦合电容在突发包到来时的充放电效应引起的接收机电路不稳定工作。但是，由于直流耦合将会给跨导放大器和主放大器设计的复杂性大大加大，特别是直流工作点漂移的控制难度将大大加大，一般须将跨导放大器与主放大器集成在一起才能实现两者之间的直流耦合。另一方面，为了避免PIN输出的微弱电信受到噪声的干扰，跨导放大器一般是与PIN管混合封装在一起成PIN-TIA器件，而若再将功耗较大的限幅放大器集成在一起，对光电接收器的封装难度将大大提高，从而限制了光模块核心器件成本的下降。

本发明将提出一种基于交流耦合的突发信号判决电平检测技术。它可以快速地检测出由PIN-TIA交流耦合输出信号的电平波动。这些波动由光突发信号的强弱和突发信号通过交流耦合电容引起的充电效应两方面组成。通过判决电平的高速检测，这两方面的效应对光接收机性能的影响基本可以消除。同时，它可以大大降低突发光接收机中的跨导放大器和限幅放大器的设计要求，由于两者间是交流耦合的，它们可以分别设计，甚至可以由不同厂家分别生产。同时，功耗较大的限幅放大器也无需置于光电二极管的同轴封装中。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种可快速检测并消除由输入突发信号的强弱和所述突发信号通过交流耦合电容引起的充放电交应对后级限幅放大器产生影响的判决电平快速检测电路.

本发明的特征在于：突发信号上下沿的包络检波电路、缓冲器、串联电阻网络和放电回路，其中：

1.突发信号上边沿包络检测电路，由二极管D1以及和该二极管D1串联的阻容并联电路构成，所述的电阻用R2、电容用C2表示，所述二极管D1的正极和由交流耦合电容C1、后级限幅放大器的等效电阻R1串联构成的阻容串联电路输出端相连，该交流耦合电容C1的另一端接前级跨导放大器输出的输入突发信号；

2.突发信号下边沿包络检测电路，由二极管D2以及和该二极管D2正极相串联的另一个阻容并联电路构成，所述的电阻用R3、电容用C3表示，所述二极管D2的负极也与所述阻容串联电路输出端相连；

在所述的突发信号上下沿的包络检测电路中，所述电阻R2和R3、电容C3各有一端在相互连接后接地；

3.缓冲器B1，该缓冲器B1的输入端与所述突发信号上边沿包络检测电路的输出端即电阻R2、电容C2的另一个相并联的端相连；

4.缓冲器B2，该缓冲器B2的输入端与所述突发信号下边沿包络检测电路的输出端即电阻R3、电容C3的另一个相并联的端相连；

5.串联电阻网络，由电阻R4、R5串联构成，电阻R4的输入端与所述缓冲器B1的输出端相连，电阻R5的输入端与所述缓冲器B2的输出端相连，电阻R4、R5的串联点则向后级限幅放大器判决电平输入端输出所述输入突发信号的上、下边沿包络电压的判决电平平均值；

6.放电回路，该回路的两个输入端分别与所述缓冲器B1和缓冲器B2的输入端相连，而第三个输入端接控制信号。

本发明提出的一种基于交流耦合的突发信号判决电平快速检测电路.它可以快速地检测出由PIN-TIA交流耦合输出信号的电平波动.这些波动由光突发信号的强弱和突发信号通过交流耦合电容引起的充电效应两方面组成.通过判决电平的高速检测，这两方面的效应对光接收机性能的影响基本消除.同时，它可以大大降低突发光接收机中的跨导放大器和限幅放大器的设计要求，由于两者间是交流耦合的，它们可以分别设计，甚至可以由不同厂家分别生产.同时，功耗较大的限幅放大器也无需置于光电二极管的同轴封装中.

附图说明

图1为自适应突发模式光接收机原理示意图。

图2交流耦合的光线路端(OLT)突发模式光接收组件用的判决电平快速检测电路原理图。

图3.输入突发信号经过耦合电容前后的示意图：a：耦合前；b：耦合后。

图4.本发明所述判决电平快速检测电路中输入突发信号的包络上下沿和判决电平示意图：c：包络上边沿，d：包络下边沿，e：判决电平。

图5.实际得到的突发式光接收组件的输入、输出信号示意图：a：突发接收组件输出，b输入突发信号。

具体实施方式

突发模式光接收机的原理图如图1。光电检测器PIN-TIA将光电流转换为电压信号。输出电压信号通过交流耦合电容一路送至限幅放大器LA的输入端，另一路进入本发明提出的快速判决电平检测电路，它的输出作为判决电平输入限幅放大器LA进行突发数据信号的判决。其中PIN-TIA均为普通商用产品的改进版本，它为了适应接收突发信号的要求，去掉了响应较慢的自动增益控制电路部分和直流消偏反馈电路，而限幅放大器也为商用产品。快速峰值检测电路的作用是使接收模块能够在分组信号到来之后的较短时间内快速建立判决电平，从而实现不同幅度的分组信号的判决门限实现自适应控制。因此，本发明仅在现有价格低廉的商用的连续工作模块光收发模块上作局部改进，就可以使光收发模块在突发模式下工作，这将可以大大降低无源光网络中光突发模块的成本。

针对PIN-TIA或APD-TIA交流耦合输出的突发信号的判决电平检测电路的示意图如图2所示。由于突发信号注入由交流耦合电容C1和后级限幅放器的等效输入电阻R1构成的回路后，将对电容进行冲放电。1.25Gb/s的突发信号经过耦合电容C1前后的突发信号(分别为A点和B点)分别如如图3(a)和(b)所示。可以看出，由于电容的充放电效应，经过交流耦合后，突发信号的直流分量将发生波动，如果采用固定的判决电平，光收发模块将产生非常大的误码率。

经过交流耦合后的突发信号同时注入两个包络检波电路构成，它们分别由一个肖特基零偏二极管(D1或D2)和一个低通滤波回路(R2与C2及R3与C3)构成，实现突发信号的上下边的两个包络检测。这两个包络检波电路的输出电压经过缓冲器B1和B2后，经过R4，R5构成的电阻网络，得到两个包络信号电压的平均值，它作为判决电平电压送到限幅放大器的输入端。图4中曲线C和D分别是输入突发信号的上下包络电压，E点是它们的平均值。在突发包接收完毕后，系统端将给突发式光收发模块输入一复位信号，对突发模块上的电容进行放电。所用的缓器是常用射极跟随器，所用的放电回路是常用的RC回路.

本发明提出的对光突发信号的接收方案。其特点如下：

1，基于现有成熟的光电检测器和限幅放大器实现突发式光收发模块。

2，对经过电容耦合的突发信号进行上下沿包络检波，从而将其中心(判决)电平高速检测。

根据该发明设计的突发式光接收模块已经实现，图5给出了该光收发模块的输入光信号和输出电信号的示意图，可见其突发时间小于50ns，它能够在此时间范围之内恢复数据，满足通信协议IEEE 802.3ah的要求。此方案具有简单易行、装置成本低等特点，适合于无源光网络中的应用。

Claims (3)

1.用于自适应突发接收机中的判决电平快速检测电路，其特征在于突发信号上下沿的包络检波电路、缓冲器、串联电阻网络和放电回路，其中：

(1)突发信号上边沿包络检测电路，由二极管(D1)以及和该二极管(D1)串联的阻容并联电路构成，所述的电阻用(R2)、电容用(C2)表示，所述二极管(D1)的正极和由交流耦合电容(C1)、后级限幅放大器的等效电阻(R1)串联构成的阻容串联电路输出端相连，该交流耦合电容(C1)的另一端接前级跨导放大器输出的输入突发信号；

(2)突发信号下边沿包络检测电路，由二极管(D2)以及和该二极管(D2)正极相串联的另一个阻容并联电路构成，所述的电阻用(R3)、电容用(C3)表示，所述二极管(D2)的负极也与所述阻容串联电路输出端相连；

在所述的突发信号上下沿的包络检测电路中，所述电阻(R2)(R3)、电容(C2)(C3)各有一端在相互连接后接地；

(3)缓冲器(B1)，该缓冲器(B1)的输入端与所述突发信号上边沿包络检测电路的输出端即电阻(R2)、电容(C2)的另一个相并联的端相连；

(4)缓冲器(B2)，该缓冲器(B2)的输入端与所述突发信号下边沿包络检测电路的输出端即电阻(R3)、电容(C3)的另一个相并联的端相连；

(5)串联电阻网络，由电阻(R4)、(R5)串联构成，电阻(R4)的输入端与所述缓冲器(B1)的输出端相连，电阻(R5)的输入端与所述缓冲器(B2)的输出端相连，电阻(R4)、(R5)的串联点则向后级限幅放大器判决电平输入端输出所述输入突发信号的上、下边沿包络电压的判决电平平均值；

(6)放电回路，该回路的两个输入端分别与所述缓冲器(B1)和缓冲器(B2)的输入端相连，而第三个输入端接控制信号。

2.根据权利要求1，所述的用于自适应光突发接收机中的判决电平快速检测电路其特征在于突发信号上下沿的包络检波电路、缓冲器、串联电阻网络和放电回路。所述的缓冲器(B1)和缓冲器(B2)是常用驱动电路。

3.根据权利要求1所述的用于自适应光突发接收机中的判决电平快速检测，其特征在于突发信号上下沿的包络检波电路、缓冲器、串联电阻网络和放电回路，所述的放电电路是常用的RC放电回路。

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