CN204442387U - 一种可见光通信信号接收前置电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可见光通信信号接收前置电路，包括第一级光电转换跨阻放大器A1，与所述第一级光电转换跨阻放大器A1输出端电性连接的第二级高速放大器A2，与所述第二级高速放大器A2输出端电性连接的第三级高增益放大器A3。上述三级放大器分别采用了不同类型的放大器，经优化组合，充分发挥了各自的特点。在保证高速、高增益、低噪声的同时具有低成本的优点，能满足可见光通信系统对光电转换前置放大电路的需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及可见光通信领域，具体涉及一种用于可见光通信信号接收的光电转换前置放大电路。
背景技术
在可见光通信系统中，光信号的接收前置放大电路是一个重要的组成部分。低噪声、宽频带和足够的增益是对该部分电路的基本要求。以往的电路设计多因无法同时达到这些要求致使系统的通信距离过短、通信速率无法提高，难于进入实用阶段，从而限制了可见光通信系统的使用。而具有较佳技术性能的光电接收前置放大电路往往使用了价格高昂的器件，使其成本过高，直接影响到可见光通信系统的推广普及。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种具有低噪声、高宽带和高增益的高性能可见光通信信号接收前置电路，同时具有成本低廉和稳定可靠的特点。
提供一种可见光通信信号接收前置电路，包括第一级光电转换跨阻放大器A1，与所述第一级光电转换跨阻放大器A1输出端电性连接的第二级高速放大器A2，与所述第二级高速放大器A2输出端电性连接的第三级高增益放大器A3。
在上述可见光通信信号接收前置电路中，所述第一级转换跨阻光 电放大器A1包括与电压反馈型运算放大器U1相关引脚相连接的PIN光电二极管D1、R1、R2和C1组成的中点偏置电路、R3、C2组成的反馈回路及电源滤波电容C3；所述运算放大器U1负输入端IN1-与阳极接在地GND上的二极管D1的阴极、与并联后一端接在U1输出端O1上的电阻R3、电容C2的另一端相连；U1正输入端IN1+与一端接在正电源+Vcc上的电阻R2的另一端、与并联后一端接在地GND上的电阻R1、电容C1的另一端相连；之间连接有电容C3的U1的电源V1+和V1-端分别与正电源+Vcc和地GND相连；U1的输出端O1连接到第二级高速放大器A2中的U2的正输入端IN2+。
在上述可见光通信信号接收前置电路中，所述第二级高速放大器A2包括电流反馈型运算放大器U2、由C4、R4和R5组成的反馈回路及电源滤波电容C5；运算放大器U2的负输入端IN2-与电阻R4的一端、与一端接在U1输出端O1上的电阻R5的另一端相连，电阻R4的另一端与电容C4串联，C4的另一端连接到地GND；U2正输入端IN2+与U1输出端O1相连；之间连接有电容C5的U2的电源V2+和V2-端分别与正电源+Vcc和地GND相连；U2的输出端O2脚连接到所述第三级放大器A3中的输入电容C6的一端。
在上述可见光通信信号接收前置电路中，所述第三级高增益放大器A3包括视频差分放大器U3、由R6、R7、R8、C7组成的中点偏置电路、隔直输入电容C6、增益调节电阻R9和电源滤波电容C8；视频差分放大器U3的正输入端IN3+与电容C6的一端相连，C6的另一端与U2的输出端O2相连；负输入端IN3-与一端接在正电源+Vcc上的 电阻R8的另一端、与并联后一端接在地GND上的电阻R7、电容C7的另一端相连；电阻R6两端分别与U3正输入端IN3+和负输入端IN3-相连；之间连接有电容C8的U3的电源V3+和V3-端分别与正电源+Vcc和地GND相连；U3的输出端O3连接至输出端子Out，供可见光通信系统的后续电路使用。
在上述可见光通信信号接收前置电路中，所述第一级放大器A1、第二级高速放大器A2和第三级高增益放大器A3由单电源供电。
本实用新型与现有技术相比，具有明显的优点和效果，由以上技术方案可知：本实用新型由PIN光电二极管和电压反馈型运算放大器等元件组成第一级光电转换跨阻放大器、由电流反馈型运算放大器等元件组成第二级高速放大器、由视频差分放大器等元件组成第三级高增益放大器。这三级放大器都具有各自的特点。
第一级放大器中，PIN光电二极管D1、电阻R3和电压反馈型运放U1构成电流-电压转换器即跨阻放大器。其输出电压为：，其中Ip为流经光电管的电流。电压反馈型运放组成跨阻放大器后，其I-V增益频率响应为：其中GWB为U1的增益带宽积，Ci为光电二极管结电容和U1的输入电容之和。因跨阻放大器I-V增益的频响摆脱了单纯的电压反馈型放大器的V-V增益频响所受到的增益带宽积的单纯限制，故具有更好的的频率响应。U1由单电源+Vcc供电，C3为电源滤波电容。电阻R1、R2为分压电阻，为U1的正输入端提供偏置电压，该电压设置为电源电压+Vcc的一半。C1用于滤除交流电压，保证该偏置电压的稳定。因U1负输入端电压亦等于+Vcc 的一半，故PIN光电二极管工作于反偏工作状态即光电导模式，可减少光电二极管结电容从而提高频率响应。C2为跨阻放大器的相位补偿电容，用于保证跨阻放大器的稳定工作，其值为： U1选用低成本、高性能电压反馈型放大器，具有高速、低噪声、低失真和低功耗的特点。所选用的U1的特性和其组成的跨阻放大器的自身优点保证了第一级放大器具有高频特性好、增益高、小和成本低的特点。
第二级高速放大器为第一级放大器输出的电压进行进一步放大。由电流反馈型运放U2构成电压增益放大器。C4、R4和R5为负反馈回路，C4用于隔直和交流旁路。U2由单电源+Vcc供电，正输入端与第一级放大器输出直接耦合，得到中点偏置电压以建立直流工作状态。C5用于电源滤波。由于电流反馈型运放U2组成的电压增益放大器的带宽仅由其内部电容和外部反馈电阻R5决定，而与增益设置电阻R4无关。亦即带宽随增益变化很小，远小于电压反馈型运算放大器6 dB/倍频程的变化。因此第二级高速放大器能在具有高增益的前提下仍能保持高带宽。本级放大器电压增益为：1+R5/R4。U2选用低成本、高速、高性能电流反馈型放大器，具有优良的综合性能，保证了第二级高速放大器的高速、高增益、低噪声和低成本特性。
第三级高增益放大器使用视频差分放大器U3来构成本实用新型电路的主增益放大器。U3接成单端输入方式，由单电源+Vcc供电。C6为本级电路的交流耦合电容。电阻R7、R8为分压电阻，为U3的负输入端提供偏置电压。C7用于滤除交流电压，保证该偏置电压的 稳定。R6为U3正输入端提供直流通路。C8为电源滤波电容。R9为U3的增益调节电阻。选用的视频差分放大器具有低成本、高速、低噪声、增益调整范围大和无需补偿元件的特点。
上述三级放大器分别采用了不同类型的放大器，经优化组合，充分发挥了各自的特点。在保证高速、高增益、低噪声的同时具有低成本的优点，能满足可见光通信系统对光电转换前置放大电路的需求。
附图说明
图1是本实用新型的电路原理图。
图中标记说明：
A1：第一级放大器；A2：第二级高速放大器；A3：第三级高增益放大器。
R1，R2，R3，R4，R5，R6，R8，R9：电阻
C1，C2，C3，C4，C5，C6，C7，C8：电容
U1：电压反馈型运算放大器
U2：电流反馈型运算放大器
U3：视频差分放大器
D1：PIN光电二极管
+Vcc：正电源
GND：公共地
Out：输出端口
具体实施方式
实施例：
参见图1，提供一种可见光通信信号接收前置电路，包括第一级 光电转换跨阻放大器A1，与所述第一级光电转换跨阻放大器A1输出端电性连接的第二级高速放大器A2，与所述第二级高速放大器A2输出端电性连接的第三级高增益放大器A3。
在上述可见光通信信号接收前置电路中，所述第一级转换跨阻光电放大器A1包括与电压反馈型运算放大器U1相关引脚相连接的PIN光电二极管D1、R1、R2和C1组成的中点偏置电路、R3、C2组成的反馈回路及电源滤波电容C3；所述运算放大器U1负输入端IN1-与阳极接在地GND上的二极管D1的阴极、与并联后一端接在U1输出端O1上的电阻R3、电容C2的另一端相连；U1正输入端IN1+与一端接在正电源+Vcc上的电阻R2的另一端、与并联后一端接在地GND上的电阻R1、电容C1的另一端相连；之间连接有电容C3的U1的电源V1+和V1-端分别与正电源+Vcc和地GND相连；U1的输出端O1连接到第二级高速放大器A2中的U2的正输入端IN2+。
在上述可见光通信信号接收前置电路中，所述第二级高速放大器A2包括电流反馈型运算放大器U2、由C4、R4和R5组成的反馈回路及电源滤波电容C5；运算放大器U2的负输入端IN2-与电阻R4的一端、与一端接在U1输出端O1上的电阻R5的另一端相连，电阻R4的另一端与电容C4串联，C4的另一端连接到地GND；U2正输入端IN2+与U1输出端O1相连；之间连接有电容C5的U2的电源V2+和V2-端分别与正电源+Vcc和地GND相连；U2的输出端O2脚连接到所述第三级放大器A3中的输入电容C6的一端。
在上述可见光通信信号接收前置电路中，所述第三级高增益放大 器A3包括视频差分放大器U3、由R6、R7、R8、C7组成的中点偏置电路、隔直输入电容C6、增益调节电阻R9和电源滤波电容C8；视频差分放大器U3的正输入端IN3+与电容C6的一端相连，C6的另一端与U2的输出端O2相连；负输入端IN3-与一端接在正电源+Vcc上的电阻R8的另一端、与并联后一端接在地GND上的电阻R7、电容C7的另一端相连；电阻R6两端分别与U3正输入端IN3+和负输入端IN3-相连；之间连接有电容C8的U3的电源V3+和V3-端分别与正电源+Vcc和地GND相连；U3的输出端O3连接至输出端子Out，供可见光通信系统的后续电路使用。
在上述可见光通信信号接收前置电路中，所述第一级放大器A1、第二级高速放大器A2和第三级高增益放大器A3由单电源供电。
所述第一级放大器A1、第二级高速放大器A2和第三级高增益放大器A3均设置在在屏蔽盒中，以防止各种电磁干扰；所述D1的型号为SFH203P；U1的型号为AD8057；U2的型号为ADA4860-1；U3的型号为TL592B或NE592。
本实用新型由PIN光电二极管和电压反馈型运算放大器等元件组成第一级光电转换跨阻放大器、由电流反馈型运算放大器等元件组成第二级高速放大器、由视频差分放大器等元件组成第三级高增益放大器。这三级放大器都具有各自的特点。
第一级放大器中，PIN光电二极管D1、电阻R3和电压反馈型运放U1构成电流-电压转换器即跨阻放大器。其输出电压为：，其中Ip为流经光电管的电流。电压反馈型运放组成跨阻放大器后，其I-V 增益频率响应为：，其中GWB为U1的增益带宽积，Ci为光电二极管结电容和U1的输入电容之和。因跨阻放大器I-V增益的频响摆脱了单纯的电压反馈型放大器的V-V增益频响所受到的增益带宽积的单纯限制，故具有更好的的频率响应。U1由单电源+Vcc供电，C3为电源滤波电容。电阻R1、R2为分压电阻，为U1的正输入端提供偏置电压，该电压设置为电源电压+Vcc的一半。C1用于滤除交流电压，保证该偏置电压的稳定。因U1负输入端电压亦等于+Vcc的一半，故PIN光电二极管工作于反偏工作状态即光电导模式，可减少光电二极管结电容从而提高频率响应。C2为跨阻放大器的相位补偿电容，用于保证跨阻放大器的稳定工作，其值为：。U1选用低成本、高性能电压反馈型放大器，具有高速、低噪声、低失真和低功耗的特点。所选用的U1的特性和其组成的跨阻放大器的自身优点保证了第一级放大器具有高频特性好、增益高、小和成本低的特点。
第二级高速放大器为第一级放大器输出的电压进行进一步放大。由电流反馈型运放U2构成电压增益放大器。C4、R4和R5为负反馈回路，C4用于隔直和交流旁路。U2由单电源+Vcc供电，正输入端与第一级放大器输出直接耦合，得到中点偏置电压以建立直流工作状态。C5用于电源滤波。由于电流反馈型运放U2组成的电压增益放大器的带宽仅由其内部电容和外部反馈电阻R5决定，而与增益设置电阻R4无关。亦即带宽随增益变化很小，远小于电压反馈型运算放大器6 dB/倍频程的变化。因此第二级高速放大器能在具有高增益的前提下仍能保持高带宽。本级放大器电压增益为：1+R5/R4。U2选用低 成本、高速、高性能电流反馈型放大器，具有优良的综合性能，保证了第二级高速放大器的高速、高增益、低噪声和低成本特性。
第三级高增益放大器使用视频差分放大器U3来构成本实用新型电路的主增益放大器。U3接成单端输入方式，由单电源+Vcc供电。C6为本级电路的交流耦合电容。电阻R7、R8为分压电阻，为U3的负输入端提供偏置电压。C7用于滤除交流电压，保证该偏置电压的稳定。R6为U3正输入端提供直流通路。C8为电源滤波电容。R9为U3的增益调节电阻。选用的视频差分放大器具有低成本、高速、低噪声、增益调整范围大和无需补偿元件的特点。
上述三级放大器分别采用了不同类型的放大器，经优化组合，充分发挥了各自的特点。在保证高速、高增益、低噪声的同时具有低成本的优点，能满足可见光通信系统对光电转换前置放大电路的需求。
Claims (5)
1.一种可见光通信信号接收前置电路，其特征在于：包括第一级光电转换跨阻放大器A1，与所述第一级光电转换跨阻放大器A1输出端电性连接的第二级高速放大器A2，与所述第二级高速放大器A2输出端电性连接的第三级高增益放大器A3。
2.根据权利要求1所述的可见光通信信号接收前置电路，其特征在于：所述第一级转换跨阻光电放大器A1包括与电压反馈型运算放大器U1相关引脚相连接的PIN光电二极管D1、R1、R2和C1组成的中点偏置电路、R3、C2组成的反馈回路及电源滤波电容C3；所述运算放大器U1负输入端IN1-与阳极接在地GND上的二极管D1的阴极、与并联后一端接在U1输出端O1上的电阻R3、电容C2的另一端相连；U1正输入端IN1+与一端接在正电源+Vcc上的电阻R2的另一端、与并联后一端接在地GND上的电阻R1、电容C1的另一端相连；之间连接有电容C3的U1的电源V1+和V1-端分别与正电源+Vcc和地GND相连；U1的输出端O1连接到第二级高速放大器A2中的U2的正输入端IN2+；所述D1的型号为SFH203P；U1的型号为AD8057。
3.根据权利要求2所述的可见光通信信号接收前置电路，其特征在于：所述第二级高速放大器A2包括电流反馈型运算放大器U2、由C4、R4和R5组成的反馈回路及电源滤波电容C5；运算放大器U2的负输入端IN2-与电阻R4的一端、与一端接在U1输出端O1上 的电阻R5的另一端相连，电阻R4的另一端与电容C4串联，C4的另一端连接到地GND；U2正输入端IN2+与U1输出端O1相连；之间连接有电容C5的U2的电源V2+和V2-端分别与正电源+Vcc和地GND相连；U2的输出端O2脚连接到所述第三级放大器A3中的输入电容C6的一端；U2的型号为ADA4860-1。
4.根据权利要求3所述的可见光通信信号接收前置电路，其特征在于：所述第三级高增益放大器A3包括视频差分放大器U3、由R6、R7、R8、C7组成的中点偏置电路、隔直输入电容C6、增益调节电阻R9和电源滤波电容C8；视频差分放大器U3的正输入端IN3+与电容C6的一端相连，C6的另一端与U2的输出端O2相连；负输入端IN3-与一端接在正电源+Vcc上的电阻R8的另一端、与并联后一端接在地GND上的电阻R7、电容C7的另一端相连；电阻R6两端分别与U3正输入端IN3+和负输入端IN3-相连；之间连接有电容C8的U3的电源V3+和V3-端分别与正电源+Vcc和地GND相连；U3的输出端O3连接至输出端子Out，供可见光通信系统的后续电路使用；U3的型号为TL592B或NE592。
5.根据权利要求4所述的可见光通信信号接收前置电路，其特征在于：所述第一级放大器A1、第二级高速放大器A2和第三级高增益放大器A3均设置在屏蔽盒中并由单电源供电。
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105323001A (zh) * | 2015-11-26 | 2016-02-10 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种otdr光信号接收电路 |
| CN108760045A (zh) * | 2018-05-25 | 2018-11-06 | 西安工业大学 | 一种大动态范围的光电探测电路 |
| CN109617618A (zh) * | 2019-01-31 | 2019-04-12 | 北京无线电测量研究所 | 一种宽带光电转换电路 |
| CN109756269A (zh) * | 2019-01-23 | 2019-05-14 | 西安电子科技大学 | 一种可见光通信接收电路 |
| CN111342895A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-06-26 | 汕头大学 | 一种可见光通信系统及其接收电路 |
| CN111934765A (zh) * | 2020-06-15 | 2020-11-13 | 中山大学 | 一种可见光通信系统接收前端电路 |
| CN117741624A (zh) * | 2024-02-21 | 2024-03-22 | 成都智明达电子股份有限公司 | 一种低噪声激光回波前端接收电路 |
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Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105323001A (zh) * | 2015-11-26 | 2016-02-10 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种otdr光信号接收电路 |
| CN108760045A (zh) * | 2018-05-25 | 2018-11-06 | 西安工业大学 | 一种大动态范围的光电探测电路 |
| CN108760045B (zh) * | 2018-05-25 | 2023-12-15 | 西安工业大学 | 一种大动态范围的光电探测电路 |
| CN109756269A (zh) * | 2019-01-23 | 2019-05-14 | 西安电子科技大学 | 一种可见光通信接收电路 |
| CN109617618A (zh) * | 2019-01-31 | 2019-04-12 | 北京无线电测量研究所 | 一种宽带光电转换电路 |
| CN109617618B (zh) * | 2019-01-31 | 2021-04-02 | 北京无线电测量研究所 | 一种宽带光电转换电路 |
| CN111342895A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-06-26 | 汕头大学 | 一种可见光通信系统及其接收电路 |
| CN111934765A (zh) * | 2020-06-15 | 2020-11-13 | 中山大学 | 一种可见光通信系统接收前端电路 |
| CN111934765B (zh) * | 2020-06-15 | 2023-04-28 | 中山大学 | 一种可见光通信系统接收前端电路 |
| CN117741624A (zh) * | 2024-02-21 | 2024-03-22 | 成都智明达电子股份有限公司 | 一种低噪声激光回波前端接收电路 |
| CN117741624B (zh) * | 2024-02-21 | 2024-05-24 | 成都智明达电子股份有限公司 | 一种低噪声激光回波前端接收电路 |
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