CN204559577U - 在pina端检测平均光功率的电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了在PINA端检测平均光功率的电路，包括：输入端为栅极的跨阻前端放大电路和负反馈网络；输入端为栅极的跨阻前端放大电路将PINK端输入的电流I_PD转化为电压信号V_OUT输出，并且在PINK端产生电压信号V_PINA；所述负反馈网络包括第一运放I0和第二运放I1；所述电压信号V_OUT输入第二运放I1的负极输入端；所述电压信号V_PINA输入第一运放I0的正极输入端；所述第一运放I0的负极输入端与第二运放I1的正极输入端之间连接第一电阻R_f'，其阻值与跨阻R_f相同。本实用新型提供在PINA端检测平均光功率的电路，功耗低，检测精度高。

Description

在PINA端检测平均光功率的电路

技术领域

本实用新型涉及光通信领域，尤其涉及一种检测平均光功率的电路。

背景技术

在现代的光纤通信应用中，需要对光纤传输的光脉冲功率进行实时监控，以实现对通信故障的智能诊断。实现对接收光功率的监控，可以通过对光电二极管的光电流进行监控，进而倒推换算光功率大小。这个领域，对接收组件中光电二极管的光电流进行监控具有以下难点：

首先，监控光电流小：精确监控到接收光功率通常需要灵敏度很高的电路。以1.25Gbps应用为例，这样的传输率需要监控到-30dBm以下光功率，换算下来为光电流为1μA级，要实现对μA级电流的精确监控，是设计监控电路的难点之一。

其次，监控光电流动态范围宽：监控电路需要监控的光功率从-30dBm至0dBm左右，变化达30dB，对应光电流为1μA-1mA左右，变化达1000倍。确保在这么宽的范围内都能够实现对光电流的精确监控是设计监控电路的难点之一，用通常的电流镜或者电阻取样的方式往往做不到如此宽的范围。

再者，监控损耗问题：光电二极管后级需要接入TIA(跨阻放大器)由于TIA是高速、低噪声的电路，因此引入的光电流监控装置不能影响到TIA的带宽、低噪声特性，必须有足够好的隔离状态，这也是监控电路设计的难点之一。

为了实现对平均光功率的监测，传统技术如图1所示，需要一个镜像TIA，其消耗电流与TIA一模一样，而TIA为了提高速度，减小噪声功耗通常较大。检测精度取决于环路增益A_LG的绝对值大小，当很小时，gm₅gm₆值都会非常小，使得|A_LG|非常小，从而检测精度较低。50模块即运放的输入端直接接在20模块的输入端，会形成电容负载，从而增加20模块TIA信号通道的等效输入噪声，同时降低带宽，从而使灵敏度劣化。

实用新型内容

本实用新型所要解决的主要技术问题是提供在PINA端检测平均光功率的电路，功耗低，检测精度高。

为了解决上述的技术问题，本实用新型提供了在PINA端检测平均光功率的电路，包括：输入端为栅极的跨阻前端放大电路和负反馈网络；

输入端为栅极的跨阻前端放大电路将PINK端输入的电流I_PD转化为电压信号V_OUT输出，并且在PINK端产生电压信号V_PINA；

所述负反馈网络包括第一运放I0和第二运放I1；所述电压信号V_OUT输入第二运放I1的负极输入端；所述电压信号V_PINA输入第一运放I0的正极输入端；所述第一运放I0的负极输入端与第二运放I1的正极输入端之间连接第一电阻，其阻值与跨阻R_f相同。

在一较佳实施例中：所述电压信号V_PINA和电压信号V_OUT与第一运放I0、第二运放I1之间分别设有第一RC滤波电路和第二RC滤波电路。

在一较佳实施例中：所述第一运放I0的输出端与第一MOS管M1的栅极连接，所述第一MOS管M1的源极与第一运放I0的负极输入端连接，漏极与电流输出端MON连接。

在一较佳实施例中：所述第二运放I1的输出端与第二MOS管M0的栅极连接，所述第一MOS管M0的源极接地。

在一较佳实施例中：所述第一电阻和跨阻R_f的两端分别与第三MOS管Mf、第四MOS管Mf’并联；第三MOS管Mf与第四MOS管Mf’拥有相同的宽长比。

在一较佳实施例中：所述第一MOS管M1、第二MOS管M0、第三MOS管Mf、第四MOS管Mf’为NMOS管。

在一较佳实施例中：所述第一运放I0、第二运放I1的功耗远小于跨阻前端放大电路的功耗。

在一较佳实施例中：所述第一运放I0、第二运放I1的环路增益远大于1。

相较于现有技术，本实用新型的技术方案具备以下有益效果：

1.本实用新型提供了在PINA端检测平均光功率的电路，由于电路中的功耗除了跨阻放大电路本身外，还来自第一运放I0与第二运放I1；而运放的功耗可以做得非常低，远远小于TIA本身的功耗。因此，相较于传统技术，大大降低了功耗。

2.本实用新型提供了在PINA端检测平均光功率的电路，两个环路的增益|A_LG0|与|A_LG1|都很大，因此在小信号时检测精度得到提高。

3.本实用新型提供了在PINA端检测平均光功率的电路，采用了RC滤波来取V_OUT与V_PINA的直流电平，因此有效的隔离了跨阻放大电路与检测电路，不会对信号通道的跨阻放大电路形成负载。

4.本实用新型提供了在PINA端检测平均光功率的电路，在跨阻R_f和第一电阻的两端分别并联MOS管，保证V_OUT与V_PINA具有较小幅度的失真，保证检测精度，提升检测范围。

附图说明

图1为现有技术的电路图；

图2为本实用新型实施例1中电路结构图；

图3为本实用新型实施例2中电路结构图。

具体实施方式

下文结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

参考图2，在PINA端检测平均光功率的电路，包括：输入端为栅极的跨阻前端放大电路和负反馈网络；

输入端为栅极的跨阻前端放大电路将PINK端输入的电流I_PD转化为电压信号V_OUT输出，并且在PINK端产生电压信号V_PINA；

所述负反馈网络包括第一运放I0和第二运放I1；所述电压信号V_OUT输入第二运放I1的负极输入端；所述电压信号V_PINA输入第一运放I0的正极输入端；所述第一运放I0的负极输入端与第二运放I1的正极输入端之间连接第一电阻R_f'，其阻值与跨阻R_f相同。

所述电压信号V_PINA和电压信号V_OUT与第一运放I0、第二运放I1之间分别设有第一RC滤波电路和第二RC滤波电路。

所述第一运放I0的输出端与第一MOS管M1的栅极连接，所述第一MOS管M1的源极与第一运放I0的负极输入端连接，漏极与电流输出端MON连接。

所述第二运放I1的输出端与第二MOS管M0的栅极连接，所述第一MOS管M0的源极接地。

本实施例中：所述第一MOS管M1、第二MOS管M0为NMOS管。所述第一运放I0、第二运放I1的功耗远小于跨阻前端放大电路的功耗。所述第一运放I0、第二运放I1的环路增益远大于1

上述电路的工作原理如下：输入的电流为光电探测器PD的光生电流I_PD,它是一个随机二位数字信号，设为其平均值。后续的输入端为栅极的跨阻放大电路把I_PD转为成随机电压信号V_OUT,并在PINA端产生一个电压信号V_PINA。设为V_OUT平均值，为V_PINA平均值。

I_B用于给第二MOS管M0一定的初始电流，保证其gm₀足够大。R_ds0是M0的寄生源漏电阻。

由于跨阻放大电路采用输入端为栅极的跨阻放大电路，因此，I_PD将完全流经跨阻R_f。因此可以得到：

V_PINA-V_OUT＝I_PD*R_f

V_PINA与V_OUT通过RC滤波网络可以得到与

当V_PINA与V_OUT的幅度失真较小时，与都处于V_PINA与V_OUT中间位置，此时可以得到：

$\stackrel{\‾}{V_{\mathrm{PINA}}}-\stackrel{\‾}{V_{\mathrm{OUT}}}=\stackrel{\‾}{I_{\mathrm{PD}}}*R_f$

设第一运放I0与第二运放I1的增益分别为A_I0，A_I1,I0与I1所在负反馈网络环路增益分别为A_LG0与A_LG1可以得到：

$A_{\mathrm{LG}0}=-A_{I0}*\frac{{\mathrm{gm}}_1*(R_f+R_{\mathrm{ds}0}*|A_{\mathrm{LG}1}\left|\right)}{1+{\mathrm{gm}}_1*(R_f+R_{\mathrm{ds}0}*|A_{\mathrm{LG}1}\left|\right)}$

A_LG1＝-A_I1*gm₀*R_f

由于I_B用于给M₀一定的初始电流，即使很小，其gm₀也足够大，因此|A_LG1|可以做得比较大。因此，即使很小的情况下，也可以得到：

gm₁*(R_f+R_ds0*|A_LG1|)>>1

因此：

A_LG0≈-A_I0

|A_LG0|值取决于运放I0的增益，而I0的增益采用合适结构可以做得较大。因此可以得到：

$V_{\mathrm{NET}1}=\left(\frac{\left|A_{\mathrm{LG}0}\right|}{1+\left|A_{\mathrm{LG}0}\right|}\right)*\stackrel{\‾}{V_{\mathrm{PINA}}}\≈\stackrel{\‾}{V_{\mathrm{PINA}}}$

$V_{\mathrm{NET}2}=\left(\frac{\left|A_{\mathrm{LG}1}\right|}{1+\left|A_{\mathrm{LG}1}\right|}\right)*\stackrel{\‾}{V_{\mathrm{OUT}}}\≈\stackrel{\‾}{V_{\mathrm{OUT}}}$

因此得到： $I_{\mathrm{MON}}=(V_{\mathrm{NET}1}-V_{\mathrm{NET}2})/R_f\≈(\stackrel{\‾}{V_{\mathrm{PINA}}}-\stackrel{\‾}{V_{\mathrm{OUT}}})/R_f=\stackrel{\‾}{I_{\mathrm{PD}}}$

从而实现了在PINA端检测平均光功率的目的。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：所述第一电阻和跨阻R_f的两端分别与第三MOS管Mf、第四MOS管Mf’并联，且第三MOS管Mf与第四MOS管Mf’拥有相同的宽长比。保证V_OUT与V_PINA具有较小幅度的失真，保证检测精度，提升检测范围。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.在PINA端检测平均光功率的电路，其特征在于包括：输入端为栅极的跨阻前端放大电路和负反馈网络；

输入端为栅极的跨阻前端放大电路将PINK端输入的电流I_PD转化为电压信号V_OUT输出，并且在PINK端产生电压信号V_PINA；

所述负反馈网络包括第一运放I0和第二运放I1；所述电压信号V_OUT输入第二运放I1的负极输入端；所述电压信号V_PINA输入第一运放I0的正极输入端；所述第一运放I0的负极输入端与第二运放I1的正极输入端之间连接第一电阻R_f'，其阻值与跨阻R_f相同。

2.根据权利要求1所述的在PINA端检测平均光功率的电路，其特征在于：所述电压信号V_PINA和电压信号V_OUT与第一运放I0、第二运放I1之间分别设有第一RC滤波电路和第二RC滤波电路。

3.根据权利要求2所述的在PINA端检测平均光功率的电路，其特征在于：所述第一运放I0的输出端与第一MOS管M1的栅极连接，所述第一MOS管M1的源极与第一运放I0的负极输入端连接，漏极与电流输出端MON连接。

4.根据权利要求3所述的在PINA端检测平均光功率的电路，其特征在于：所述第二运放I1的输出端与第二MOS管M0的栅极连接，所述第一MOS管M0的源极接地。

5.根据权利要求4所述的在PINA端检测平均光功率的电路，其特征在于：所述第一电阻R_f'和跨阻R_f的两端分别与第三MOS管Mf、第四MOS管Mf’并联；第三MOS管Mf与第四MOS管Mf’拥有相同的宽长比。

6.根据权利要求5所述的在PINA端检测平均光功率的电路，其特征在于：所述第一MOS管M1、第二MOS管M0、第三MOS管Mf、第四MOS管Mf’为NMOS管。

7.根据权利要求1所述的在PINA端检测平均光功率的电路，其特征在于：所述第一运放I0、第二运放I1的功耗远小于跨阻前端放大电路的功耗。

8.根据权利要求1所述的在PINA端检测平均光功率的电路，其特征在于：所述第一运放I0、第二运放I1的环路增益远大于1。