CN203747833U - 一种具有光接收信号告警功能的光模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有光接收信号告警功能的光模块，包括跨阻放大器和第一限幅放大器；所述跨阻放大器接收光电转换后的电信号并将其发送给第一限幅放大器进行处理，在光模块中还包括跟随电路和第二限幅放大器，所述跨阻放大器输出电信号经由跟随电路进行电压跟随后，通过耦合电容隔直以及匹配电阻进行阻抗匹配后，传输至第二限幅放大器，通过第二限幅放大器输出光接收丢失告警信号。本实用新型通过在光模块的常规光接收信号传输线路中引入一个呈高阻态的电路分支，一方面保证光模块对光接收信号具有良好的灵敏度；另一方面可以将影响LOS信号响应速度的耦合电容和匹配电阻的参数值选取得尽量小，从而使LOS信号的响应速度符合要求。
Description
技术领域
本实用新型属于光纤通信技术领域，具体地说，是涉及一种用于检测光信号是否发生接收丢失问题的具有光接收信号告警功能的光模块。
背景技术
由于光模块要对突发光信号进行接收和检测，因此光模块需要对光信号具有较高的响应速度。对于GPON OLT和XG-PON1 OLT光模块来说，其最短光包的长度短于500ns，要响应如此短的光包，就需要对OLT光模块的接收信号检测功能提出更高的要求。
对于普通的PON OLT光模块，在突发光包到来时，可以迅速地实现信号检测从无光到有光的信号丢失去告警信号LOS D，但在突发光包结束之后，较难实现信号检测从有光到无光的信号丢失告警信号LOS A。
目前，光模块中的限幅放大器LIA都带有接收信号检测功能，OLT光模块中的限幅放大器LIA通过耦合电容C1、C2与跨阻放大器TIA连接，并设置匹配电阻R1、R2实现线路的阻抗匹配，参见图1所示。经实际测试发现，LOS A的响应时间与时间常数 有很大的关系，越大，响应时间就会越长。因此，为了减小响应时间，需要减小耦合电容C1、C2的容值和匹配电阻R1、R2的阻值。而在实际应用过程中，为了实现限幅放大器LIA的电平匹配以及使光模块具有良好的接收灵敏度，耦合电容C1、C2和匹配电阻R1、R2的取值又不能太小。因此，如何在保证光模块对光信号接收灵敏度要求的前提下，尽可能地减小丢失告警信号LOS A的响应时间，是目前光模块设计领域需要解决的一项主要问题。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种具有光接收信号告警功能的光模块，解决了当光接收信号发生丢失时，现有的光模块不能快速做出响应的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
一种具有光接收信号告警功能的光模块，包括跨阻放大器和第一限幅放大器；所述跨阻放大器接收光电转换后的电信号并将其发送给第一限幅放大器进行处理，在所述具有光接收信号告警功能的光模块中还包括跟随电路和第二限幅放大器，所述跨阻放大器输出电信号经由跟随电路进行电压跟随后，通过耦合电容隔直以及匹配电阻进行阻抗匹配后，传输至第二限幅放大器，通过第二限幅放大器输出光接收丢失告警信号。
进一步的，所述跟随电路为射极跟随器，设置有NPN型三极管，所述NPN型三极管的基极连接所述跨阻放大器的信号输出端，集电极连接直流电源，发射极通过电阻接地，发射极输出电信号至所述的第二限幅放大器。
优选的，所述耦合电容串联在所述NPN型三极管的发射极与第二限幅放大器的信号输入端之间，所述第二限幅放大器的信号输入端通过匹配电阻连接第二参考电源。
为了提高LOS A的响应速度，所述耦合电容的容值小于75pF，所述匹配电阻的阻值小于100Ω。
进一步的，所述跨阻放大器的信号输出端为差分信号输出端，输出的正、负极性差分信号各自通过一路跟随电路进行电压跟随后，经由不同的耦合电容传输至第二限幅放大器的差分信号输入端，第二限幅放大器的正、负极性端子各自通过一路匹配电阻连接所述的第二参考电源。
进一步的，在所述跨阻放大器与第一限幅放大器的连接线路中串联有独立的耦合电容，所述第一限幅放大器的信号输入端通过独立的匹配电阻连接第一参考电源。
优选的，当所述光模块应用在以太无源光网络中时，所述独立的耦合电容的容值大于等于75pF，所述独立的匹配电阻的阻值大于等于51Ω；当所述光模块应用在吉比特无源光网络中时，所述独立的耦合电容的容值大于等于75pF，所述独立的匹配电阻的阻值大于等于4.7kΩ。
又进一步的，所述跨阻放大器的信号输出端为差分信号输出端，输出的差分信号分成两组，一组各自通过一路跟随电路进行电压跟随后，经由不同的耦合电容传输至第二限幅放大器的差分信号输入端，第二限幅放大器的正、负极性端子各自通过一路匹配电阻连接所述的第二参考电源；另一组差分信号各自通过一路独立的耦合电容连接至第一限幅放大器的正、负极性端子，所述第一限幅放大器的正、负极性端子各自通过一路独立的匹配电阻连接所述的第一参考电源。
再进一步的，所述第二限幅放大器输出光接收丢失告警信号至外部终端；所述第一限幅放大器将接收到的电信号进行限幅放大处理后，生成接收数据发送至所述的外部终端。
与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型采用第二限幅放大器配合跟随电路等器件，设计专用于生成LOS信号的光接收信号告警电路，对接收信号进行快速告警检测，通过在光模块的常规光接收信号传输线路中引入一个呈高阻态的电路分支，从而可以避免光接收信号告警电路对光模块中常规光接收信号传输线路产生影响，也即，接收信号告警电路与常规光接收信号传输线路互不影响。因此，在常规光接收信号传输线路中，通过对影响灵敏度的器件的参数进行优化设置，便可保证光模块对光信号具有良好的接收灵敏度。同时，由于光接收信号告警电路独立设置，因此可以将影响LOS A响应速度的耦合电容和匹配电阻的参数值选取得尽可能的小，从而使LOS A的响应速度符合要求。
结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是现有光模块实现接收信号告警功能所对应的电路原理图；
图2是本实用新型所提出的具有光接收信号告警功能的光模块的一种实施例的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。
下面结合图2，通过一个具体实施例对本实用新型所提出的光接收信号告警电路的具体电路组建结构及工作原理进行详细阐述。
本实施例的具有光接收信号告警功能的光模块主要由跨阻放大器U19和第一限幅放大器U1等部分组成，参见图2所示，光电转换器将接收到的光信号进行光电转换后，生成电信号并传输至跨阻放大器U19，通过跨阻放大器U19输出至第一限幅放大器U1，第一限幅放大器U1将接收到的电信号进行限幅放大处理后，生成接收数据传输至外部终端。为了对接收信号进行快速检测，在所述具有光接收信号告警功能的光模块中设计有跟随电路和第二限幅放大器U2，专用于对接收信号进行快速告警检测。通过跨阻放大器U19输出的电信号，经由跟随电路进行电压跟随后，通过耦合电容进行隔直通交以及匹配电阻进行阻抗匹配后，输出至第二限幅放大器U2，第二限幅放大器U2根据接收到的电信号生成光接收丢失告警信号，即LOS信号，传输至外部终端。
在本实施例中，所述跟随电路优选为射极跟随器，所述射极跟随器主要由NPN型三极管组成，所述NPN型三极管的基极为射极跟随器的输入端，与跨阻放大器U19的信号输出端连接，集电极连接直流电源，发射极通过电阻接地，NPN型三极管的发射极为射极跟随器的输出端，输出的电信号通过耦合电容传输至第二限幅放大器U2的信号输入端。为了实现阻抗匹配，所述第二限幅放大器U2的信号输入端通过匹配电阻连接第二参考电源VREF2。
跨阻放大器U19与第一限幅放大器U1之间的信号传输线路为常规光接收信号传输线路，跨阻放大器U19与第二限幅放大器U2之间的信号传输线路为光接收信号告警电路。由于射极跟随器的输入阻抗高，输出阻抗低，因此由跨阻放大器U19传输至第一限幅放大器U1的电信号不会受到光接收信号告警电路的影响。
当然，所述跟随电路也可以选择为电压跟随器，同样能够达到相同的技术效果。
接收信号告警检测原理是：第二限幅放大器U2根据接收到的电信号生成LOS信号，并通过其信号丢失告警端子输出至外部终端。在本实施例中，假设第二限幅放大器U2的信号丢失告警端子的初始状态为高电平，即LOS信号的初始状态为高电平。当突发光包到来时，由光电转换器将光信号转换成电流信号，并传输至跨阻放大器U19，跨阻放大器U19将电流信号转换成电压信号并传输至第二限幅放大器U2，第二限幅放大器U2根据接收到的电信号，与设定值进行比较，若大于设定值，则将信号丢失告警端子置低，输出低电平的LOS信号，即LOS信号由高电平跳变为低电平，形成丢失去告警信号LOS D。当突发光包结束时，第二限幅放大器U2将接收到的电压信号进行处理后与设定值进行比较，若小于设定值，信号丢失告警端子置高，输出高电平的LOS信号，即LOS信号由低电平跳变为高电平，形成丢失告警信号LOS A。
由于LOS A的响应速度与时间常数有关，越小，LOS A的响应速度越快。因此可以通过减小匹配电阻和耦合电容的取值来加快LOS A的响应速度。当然，虽然LOS D的响应速度已经满足实际需要，但是通过减小匹配电阻和耦合电容的取值，也可以加快LOS D的响应速度，使LOS D的响应速度更快，从而使告警电路获得更优良的性能。
为了隔直通交，在所述跨阻放大器U19与所述第一限幅放大器U1的连接线路中串联有独立的耦合电容，为了实现阻抗匹配，所述第一限幅放大器U1的信号输入端通过独立的匹配电阻连接第一参考电源VREF1。
当第二限幅放大器U2的信号丢失告警端子输出的LOS信号由高电平跳变为低电平，即形成LOS D信号时，触发外部终端开始接收由第一限幅放大器U1输出的信号。当第二限幅放大器U2的信号丢失告警端子输出的LOS信号由低电平跳变为高电平，即形成LOS A信号时，触发外部终端停止接收由第一限幅放大器U1输出的信号。
由于采用单端信号的形式传输数据易受到噪声干扰，影响传输质量，因此，在光模块中，通常采用差分信号的形式传输数据。
在本实施例中，所述跨阻放大器U19的信号输出端为差分信号输出端，第二限幅放大器U2的信号输入端为差分信号输入端，因此，所述的射极跟随器共设计有两路，即第一路射极跟随器和第二路射极跟随器。
参见图2所示，所述第一路射极跟随器主要由NPN型三极管Q24组成，所述NPN型三极管Q24的基极与跨阻放大器U19的正极性差分信号输出端out+连接，集电极通过电阻R196连接直流电源，发射极通过电阻R197接地，NPN型三极管Q24的发射极连接耦合电容C184的正极，耦合电容C184的负极连接第二限幅放大器U2的正极性差分信号输入端DIN，第二限幅放大器U2的正极性差分信号输入端DIN通过匹配电阻R190连接第二参考电源VREF2。同样的，所述第二路射极跟随器主要由NPN型三极管Q25组成，所述NPN型三极管Q25的基极与跨阻放大器U19的负极性差分信号输出端out-连接，集电极通过电阻R195连接直流电源，发射极通过电阻R198接地，NPN型三极管Q25的发射极连接耦合电容C185的正极，耦合电容C185的负极连接第二限幅放大器U2的负极性差分信号输入端/DIN，第二限幅放大器U2的负极性差分信号输入端/DIN通过匹配电阻R189连接第二参考电源VREF2。
由跨阻放大器U19输出的正、负极性差分信号分别通过第一路射极跟随器、第二路射极跟随器传输至第二限幅放大器U2的正、负极性差分信号输入端。具体来说，跨阻放大器U19的正极性差分信号输出端out+输出的正极性差分信号通过所述第一路射极跟随器的输入端传输至第一路射极跟随器；由于射极跟随器的电压放大系数略小于1且输出电压与输入电压相位一致，因此第一路射极跟随器的输出端输出的正极性差分信号与输入端输入的正极性差分信号同相且幅值略小，第一路射极跟随器输出的正极性差分信号通过耦合电容C184传输至第二限幅放大器U2的正极性差分信号输入端DIN。同理，跨阻放大器U19的负极性差分信号输出端out-输出的负极性差分信号通过所述第二路射极跟随器的输入端传输至第二路射极跟随器；由于射极跟随器的电压放大系数略小于1且输出电压与输入电压相位一致，因此第二路射极跟随器的输出端输出的负极性差分信号与输入端输入的负极性差分信号同相且幅值略小，第二路射极跟随器输出的负极性差分信号通过耦合电容C185传输至第二限幅放大器U2的负极性差分信号输入端/DIN。
在本实施例中，第一限幅放大器U1的信号输入端为差分信号输入端，信号输出端为差分信号输出端。跨阻放大器U19的正极性差分信号输出端out+连接独立的耦合电容C180的正极，独立的耦合电容C180的负极连接第一限幅放大器U1的正极性差分信号输入端DIN；跨阻放大器U19的负极性差分信号输出端out-连接独立的耦合电容C181的正极，独立的耦合电容C181的负极连接第一限幅放大器U1的负极性差分信号输入端/DIN。第一限幅放大器U1的正极性差分信号输入端DIN通过独立的匹配电阻R185连接第一参考电源VREF1，第一限幅放大器U1的负极性差分信号输入端/DIN通过独立的匹配电阻R186连接第一参考电源VREF1。
由跨阻放大器U19输出的正、负极性差分信号分别通过独立的耦合电容C180、独立的耦合电容C181传输至第一限幅放大器U1的正、负极性差分信号输入端。
为了实现阻抗匹配，在以太无源光网络（EPON）中，独立的匹配电阻R185和独立的匹配电阻R186的阻值选择为大于等于51Ω；在吉比特无源光网络（GPON）中，独立的匹配电阻R185和独立的匹配电阻R186的阻值选择为大于等于4.7kΩ。独立的匹配电阻R185和独立的匹配电阻R186的参数相同。为了能够得到较好的灵敏度，在以太无源光网络（EPON）和吉比特无源光网络（GPON）中，独立的耦合电容C180和独立的耦合电容C181的容值选择为大于等于75pF，且独立的耦合电容C180和独立的耦合电容C181的参数相同。通过选择合适阻值的独立的匹配电阻R185、独立的匹配电阻R186，以及合适容值的独立的耦合电容C180、独立的耦合电容C181，保证了第一限幅放大器U1接收到的差分信号的质量。
为了加快LOS A的响应速度，耦合电容C184、耦合电容C185的容值选择为小于75pF，匹配电阻R190、匹配电阻R189的阻值选择为小于100Ω，且耦合电容C184和第二耦合电容C185的参数相同，匹配电阻R189和匹配电阻R190的参数相同。因此，可以根据实际情况选择匹配电阻R190和匹配电阻R189的阻值，以及耦合电容C184和耦合电容C185的容值，从而缩短了LOS A的响应时间。
应该指出的是，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种具有光接收信号告警功能的光模块，包括跨阻放大器和第一限幅放大器；所述跨阻放大器接收光电转换后的电信号并将其发送给第一限幅放大器进行处理，其特征在于：还包括跟随电路和第二限幅放大器，所述跨阻放大器输出电信号经由跟随电路进行电压跟随后，通过耦合电容隔直以及匹配电阻进行阻抗匹配后，传输至第二限幅放大器，通过第二限幅放大器输出光接收丢失告警信号。
2.根据权利要求1所述的具有光接收信号告警功能的光模块，其特征在于：所述跟随电路为射极跟随器，设置有NPN型三极管，所述NPN型三极管的基极连接所述跨阻放大器的信号输出端，集电极连接直流电源，发射极通过电阻接地，发射极输出电信号至所述的第二限幅放大器。
3.根据权利要求2所述的具有光接收信号告警功能的光模块，其特征在于：所述耦合电容串联在所述NPN型三极管的发射极与第二限幅放大器的信号输入端之间，所述第二限幅放大器的信号输入端通过匹配电阻连接第二参考电源。
4.根据权利要求3所述的具有光接收信号告警功能的光模块，其特征在于：所述耦合电容的容值小于75pF，所述匹配电阻的阻值小于100Ω。
5.根据权利要求3或4所述的具有光接收信号告警功能的光模块，其特征在于：所述跨阻放大器的信号输出端为差分信号输出端，输出的正、负极性差分信号各自通过一路跟随电路进行电压跟随后，经由不同的耦合电容传输至第二限幅放大器的差分信号输入端，第二限幅放大器的正、负极性端子各自通过一路匹配电阻连接所述的第二参考电源。
6.根据权利要求3或4所述的具有光接收信号告警功能的光模块，其特征在于：在所述跨阻放大器与第一限幅放大器的连接线路中串联有独立的耦合电容，所述第一限幅放大器的信号输入端通过独立的匹配电阻连接第一参考电源。
7.根据权利要求6所述的具有光接收信号告警功能的光模块，其特征在于：在以太无源光网络中，所述独立的耦合电容的容值大于等于75pF，所述独立的匹配电阻的阻值大于等于51Ω。
8.根据权利要求6所述的具有光接收信号告警功能的光模块，其特征在于：在吉比特无源光网络中，所述独立的耦合电容的容值大于等于75pF，所述独立的匹配电阻的阻值大于等于4.7kΩ。
9.根据权利要求6所述的具有光接收信号告警功能的光模块，其特征在于：所述跨阻放大器的信号输出端为差分信号输出端，输出的差分信号分成两组，一组各自通过一路跟随电路进行电压跟随后，经由不同的耦合电容传输至第二限幅放大器的差分信号输入端，第二限幅放大器的正、负极性端子各自通过一路匹配电阻连接所述的第二参考电源；另一组差分信号各自通过一路独立的耦合电容连接至第一限幅放大器的正、负极性端子，所述第一限幅放大器的正、负极性端子各自通过一路独立的匹配电阻连接所述的第一参考电源。
10.根据权利要求6所述的具有光接收信号告警功能的光模块，其特征在于：所述第二限幅放大器输出光接收丢失告警信号至外部终端；所述第一限幅放大器将接收到的电信号进行限幅放大处理后，生成接收数据发送至所述的外部终端。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20140730 |
|
| CX01 | Expiry of patent term |