CN202798734U - 一种自由空间光通讯接收电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于通信领域，公开了一种自由空间光通讯接收电路。其特征是：空间光信号探测电路将光学天线接收到的空间光信号进行光电转换得到电信号；该电信号通过前级放大器MMIC放大；放大后的电信号输入到能工作于不同速率的带限幅功能的时钟数据恢复芯片，该电信号通过时钟数据恢复芯片的再生、整形和再定时功能得到所需的高速差分信号。通过配置时钟数据恢复芯片的工作速率可以使该自由空间光通讯接收电路工作于不同工作速率下。

Description

一种自由空间光通讯接收电路

技术领域

本实用新型属于通信领域，尤其涉及一种自由空间光通讯接收电路。

背景技术

自由空间光通讯（Free space optics，FSO）是一种基于光传输方式，采用红外激光承载高速信号的无线传输技术。由于其具有高带宽、低误码率、快速安装、使用方便和安全性能高等优点，在解决宽带网络“最后一公里”瓶颈方面有重要的意义和作用。FSO可用于闭环、光纤网络备份、基站数据的回传和其它高速接入网络的应用中。

为了满足不断增高的网络带宽和多样化的网络环境的应用需求，FSO技术也朝着高带宽、多速率的方向发展，因此FSO接收电路应当满足能支持多种工作速率的要求。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型要解决的技术问题是提供一种自由空间光通讯接收电路，能够支持多种工作速率。

本实用新型解决上述技术问题的自由空间光通讯接收电路包括：

空间光信号探测电路，用于将光学天线接收到的空间光信号进行光电转换得到电信号。上述空间光信号探测电路包括雪崩光电二极管D1、电阻R1和负高压产生电路；电阻R1和雪崩光电二极管D1串联接在负高压产生电路的输出端，负高压产生电路负高压输出端接雪崩光电二极管D1阳极，雪崩光电二极管D1阴接连电阻R1一端，电阻R1另一端接负高压产生电路接地端，雪崩光电二极管D1阴极电压为上述空间光信号探测电路的输出。其中负高压产生电路的负高压输出端输出电压为-120V时，雪崩光电二极管承受的偏压为120V，这时探测器能获得最优性能。上述空间光信号探测电路也可以由PIN光电二极管实现。

单片微波集成电路（Monolithic Microwave Integrated Circuit，MMIC）U1，其输入端通过耦合电容C1与空间光信号探测电路的输出连接，作为前级放大器，用于对电信号进行放大。具体连接方式为：空间光信号探测电路输出的电信号连接耦合电容C1的一端，耦合电容C1的另一端连接到单片微波集成电路U1输入端。

能工作于不同速率的带限幅功能(Limiting Amplifier，LA)的时钟数据恢复芯片(Clock Data Recovery，CDR)U4，其输入端与单片微波集成电路U1的输出连接，用于对单片微波集成电路U1放大后的电信号实现再生、整形和再定时（Regeneration，Reshaping，Retiming，3R）功能。

晶体振荡器（Crystal Oscillator，XO）U5，与时钟数据恢复芯片U4连接，用于提供时钟数据恢复芯片U4的参考时钟。上述晶体振荡器可以为通过I2C总线可编程的晶体振荡器。软件可以通过I2C总线配置该晶体振荡器和时钟数据恢复芯片的内部寄存器，使其工作于不同速率下。

可选择地，本实施例还包括空间光信号强弱检测电路，包括对数放大器U2和运算放大器U3。上述对数放大器U2的输入端与所述单片微波集成电路U1的输出端通过电阻R3连接，上述对数放大器U2的输出端与所述运算放大器U3连接，上述运算放大器U3输出的信号送给模数转换模块，用于判断空间光信号的强弱。该信号的强弱信息可以用于判断光学天线是否对准光信号发送装置。

由于时钟数据恢复芯片可以工作在不同的工作速率下，因此本实施例提供的自由空间光通讯接收电路能够支持多种工作速率。通过I2C总线配置晶体振荡器和时钟数据恢复芯片的内部寄存器可以方便的改变工作速率，满足不同网络环境的应用，降低成本。空间光信号探测电路中使用不同的光电二极管可以使该自由空间光通讯接收电路接收不同的空间激光波长，丰富了该自由空间光通讯接收电路的应用。空间光信号强弱检测电路检测的光信号强弱信息可以用于判断光学天线是否对准光信号发送装置，帮助提高整个FSO设备的性能。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的电路原理图；

图2是单片微波集成电路INA-02186增益、噪声与频率的对应关系图；

图3是对数放大器AD8307不同频率下输入分贝毫瓦与输出电压对应关系图；

图4是本实用新型实施例二提供的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1为本实用新型实施例一提供的一种自由空间光通讯接收电路：

空间光信号探测电路包括电阻R1、雪崩光电二极管D1和负高压产生电路。负高压产生电路输入为5V，输出为-120V，负高压产生电路可以是开关电源或其它输出电压可以满足需求的电源，这里不一一赘述。R1和D1串联连接并接在高压产生电路输出端，D1阳极接-120V端以实现反向偏置，D1的阴极电压为转换后的电信号输出，此时的电信号为小信号。

空间光信号探测电路的输出通过耦合电容C1与前级放大器MMIC输入端连接，MMIC对空间光信号探测电路输出的小信号进行放大。经MMIC放大后的信号通过限流电阻R2与时钟数据恢复芯片连接，信号通过时钟数据恢复芯片实现高速信号的3R功能，得到所需的高速差分信号。

本实施例中前级放大器MMIC型号为INA-02186，时钟数据恢复芯片型号为ADN2813（工作速率范围为1Mbps到1.25Gbps），晶体振荡器为可通过I2C总线编程的晶振。通过I2C接口配置可编程晶振和ADN2813的内部寄存器，从而配套设置晶振的输出频率和ADN2813的工作速率，可以使ADN2813工作于多种工作速率下。从图2得知ADN2813工作在最高速率1.25Gbps时，前级放大器INA-02186频率达到1.25G时其增益和噪声仍处于一个较合理的范围内，因此本实施例的自由空间通讯接收电路最高工作速率可以达到1.25Gbps。

为了检测空间光信号的强弱可以增加一光信号强弱检测电路。在光通讯方面通常用分贝毫瓦（dBm）和毫瓦(mW)来作为光功率强度的单位，dBm与mW之间的换算关系如下：dBm=101g(P/1mW)，P为单位为mW的光功率值。上述空间光信号探测电路检测到的信号为光功率的值，且单位为dBm，所以光信号强弱检测电路需要对前级放大器的输出信号进行对数转换，因此引入一个对数放大器U2。

本实施例中采用的对数放大器型号为AD8307，图3为AD8307在不同频率下输入分贝毫瓦与输出电压对应关系图。AD8307输出的电压信号较小因此还需要一级运放U3对信号进行放大。U3放大后的信号送给模数转换模块，用于判断空间光信号的强弱，该空间光信号的强弱的信息可以用于判断光学天线是否对准光信号发送装置，帮助提高整个设备的性能。

图4是本实用新型实施例二提供的电路原理图，其中空间光信号探测电路包括PIN光电二极管D2、电阻R4和3.3V直流电源，3.3V直流电源可以为开关电源或其它输出电压可以满足需求的电源，这里不一一赘述。电阻R4、PIN光电二极管D2和3.3V直流电源串联连接，PIN光电二极管连接方向为反向偏置，PIN光电二极管D2阴极电压为所述空间光信号探测电路的输出。电路其它部分参考实施例一这里不再一一赘述。

空间光信号探测电路中使用不同的光电二极管可以使本自由空间光通讯接收电路接收不同的空间激光波长，如雪崩光电二极管可以用于接收波长为850nm的激光，PIN光电二极管可以用于接收波长为1550nm的激光，这大大丰富了本自由空间光通讯接收电路的应用。

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

Claims (7)

1.一种自由空间光通讯接收电路，其特征在于，包括：

空间光信号探测电路，用于将光学天线接收到的空间光信号进行光电转换得到电信号；

单片微波集成电路U1，其输入端通过耦合电容C1与所述空间光信号探测电路的输出连接，作为前级放大器，用于对所述电信号进行放大，具体连接方式为：空间光信号探测电路输出的电信号连接耦合电容C1的一端，耦合电容C1的另一端连接到单片微波集成电路U1输入端；

能工作于不同速率的带限幅功能的时钟数据恢复芯片U4，其输入端与所述单片微波集成电路的输出连接，用于对所述单片微波集成电路放大后的电信号实现再生、整形和再定时功能；

晶体振荡器U5，与所述时钟数据恢复芯片U4连接，用于提供所述时钟数据恢复芯片U4的参考时钟；

所述空间光信号探测电路包括雪崩光电二极管D1、电阻R1和负高压产生电路；电阻R1和雪崩光电二极管D1串联接在高压产生电路的输出端，具体连接方式为：负高压产生电路负高压输出端接雪崩光电二极管D1阳极，雪崩光电二极管D1阴接连电阻R1一端，电阻R1另一端连接负高压产生电路接地端，雪崩光电二极管D1阴极电压为所述空间光信号探测电路的输出。

2.根据权利要求1所述的自由空间光通讯接收电路，其特征在于，所述时钟数据恢复芯片U4通过I2C总线配置内部寄存器，以实现其工作于不同速率；所述晶体振荡器U5为通过I2C总线可编程的晶体振荡器，所述通过I2C总线可编程的晶体振荡器U5通过I2C总线配置其振荡频率，从而为所述时钟数据恢复芯片U4提供不同频率的参考时钟。

3.根据权利要求1或2所述的自由空间光通讯接收电路，其特征在于，所述单片微波集成电路U1输出端与所述时钟数据恢复芯片U4通过电阻R2连接，具体连接方式为：所述单片微波集成电路U1输出端连接电阻R2一端，电阻R2另一端连接所述时钟数据恢复芯片U4输入端。

4.根据权利要求1或2所述的自由空间光通讯接收电路，其特征在于，所述负高压产生电路输出的负高压为-120V。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的自由空间光通讯接收电路，其特征在于，所述空间光信号探测电路包括PIN光电二极管D2、电阻R4和3.3V直流电源；电阻R4、PIN光电二极管D2和3.3V直流电源串联连接，3.3V直流电源正极接PIN光电二极管阴极，PIN光电二极管阳极电阻R4一端，电阻R4另一端接3.3V直流电源接地端，所述PIN光电二极管D2阳极电压为所述空间光信号探测电路的输出。

6.根据权利要求1或2所述的自由空间光通讯接收电路，其特征在于，还包括空间光信号强弱检测电路：

所述空间光信号强弱检测电路包括对数放大器U2和运算放大器U3，所述对数放大器U2的输入端与所述单片微波集成电路U1的输出端连接，所述对数放大器U2的输出端与所述运算放大器U3连接，所述运算放大器U3输出的信号用于送给模数转换模块，用于判断空间光信号的强弱。

7.根据权利要求6所述的自由空间光通讯接收电路，其特征在于，所述对数放大器U2的输入端与所述单片微波集成电路U1的输出端通过电阻R3连接，具体连接方式为：所述单片微波集成电路U1的输出端连接电阻R3一端，电阻R3另一端连接所述对数放大器U2的输入端。

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