CN215268291U - 一种半有源波分设备用光调顶接收解析电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种半有源波分设备用光调顶接收解析电路，属于光通信技术领域，该一种半有源波分设备用光调顶接收解析电路包括电源电路、光电探测器U4、对数放大器U2、线性放大器U3和单片机MCU，所述光电探测器U4、所述对数放大器U2、所述线性放大器U3和所述单片机MCU均与所述电源电路连接；其中，所述电源电路包括电容C2、电阻R4、mos管Q1、电容C3、电感L1、电感L2、电容C4和电容C5，所述电容C2的一端和所述mos管Q1的2引脚均电连接VCC_IN，所述电容C2的另一端电连接有所述电阻R4，且所述电阻R4的另一端接地，本实用新型与现有技术相比使用的元件数量较少、电路复杂程度较低，减少了电路的故障率，提高了电路的可靠性。

Description

一种半有源波分设备用光调顶接收解析电路

技术领域

本实用新型光通信技术领域，具体而言，涉及一种半有源波分设备用光调顶接收解析电路。

背景技术

随着5G建设浪潮的推进，5G前传承载多种WDM前传技术方案中半有源方案逐渐成为WDM前传部署型态热点。半有源设备有两种类型，都在局端DU侧部署有源设备，一种局端设备支持远端光模块的监测和控制，另一种局端设备仅增加监测接口和有源的监测板卡，AAU侧只部署无源合分波器。半有源设备要实现以上功能均需要使用调顶功能作为基础，调顶功能是通过调顶的方式来生成一个低速的光随路信号，并加载在波长通道的主信号上，用于实现信道波长和设备状态监控。

这就要求在模块内部或者局端半有源设备的监控板卡上都需要具备对调顶信号进行解析的功能，一般要求模块发出的光调顶信号的调制幅度在3％～5％之间，相对于作为载波的业务信号本就微弱，再经过线路传输及链路衰减后进入接收端的光更小了，特别是局端半有源设备上用于调顶监控的接收光信号仅为输入光的1％，同时还要求在大光输入时接收解析功能仍可以正常工作，这就要求后端的调顶解析探测电路具有35dB以上动态范围和数据恢复再生能力。

现有的技术方案通常是通过在光电探测器接收带有调顶信息的光信号，再通过采样电路将光信号转化为电信号输出到后级线性放大器对信号进行放大，然后输入比较器电路进行电平判决，恢复出正常的高低电平，再输入到单片机中通过相关的数据判决和软件处理进行解码。

而现有技术存在的问题是使用线性放大器时，若是对小信号进行放大解析，需要将放大器放调到高达1000倍的放大倍数，但这种情况下输入光信号过大时，会出现饱和过载导致无法正常接收信号的现象；若放大器放大倍数设置过小，可满足大光信号条件下的正常工作，但对小光信号的探测灵敏度不足，即电路的动态范围不够宽，无法满足宽动态范围输入光信号放大解析要求。同时线性放大器输出的信号随输入信号大小的变化而变化，还存在直流电平分量，对后级比较器判断门限有较高要求，降低了小信号的分辨率，整体电路和软件实施起来较复杂。

实用新型内容

为了弥补以上不足，本实用新型提供了一种半有源波分设备用光调顶接收解析电路，通过使用对数放大器U2对输入的光信号进行非线性放大，再使用线性放大器U3进行放大，并使用单片机的内置ADC进行采样，以进行高低电平判定和调顶信号解码，实现对调顶信号的解析功能。

本实用新型是这样实现的：

本实用新型提供一种半有源波分设备用光调顶接收解析电路，其特征在于，包括电源电路、光电探测器U4、对数放大器U2、线性放大器U3和单片机MCU，所述光电探测器U4、所述对数放大器U2、所述线性放大器U3和所述单片机MCU均与所述电源电路连接；

其中，所述电源电路包括电容C2、电阻R4、mos管Q1、电容C3、电感L1、电感L2、电容C4和电容C5，所述电容C2的一端和所述mos管Q1的2引脚均电连接VCC_IN，所述电容C2的另一端电连接有所述电阻R4，且所述电阻R4的另一端接地，所述mos管Q1的1引脚电连接在所述电容C2和所述电阻R4之间，所述mos管Q1的3引脚通过所述电容C3接地，所述mos管Q1的3引脚分别电连接有所述电感L1和所述电感L2，所述电感L1和所述电感L2的另一端分别通过所述电容C4和所述电容C5接地。

在本实用新型的一种实施例中，所述光电探测器U4的1引脚与所述对数放大器U2的4引脚电连接，所述光电探测器U4的1引脚还分别通过电容C15和电阻R14接地，所述光电探测器U4的2引脚通过电容C16接地，且还通过电感L3与所述电感L1的另一端电连接。

在本实用新型的一种实施例中，所述对数放大器U2的7引脚分别通过电阻R11和电容C13接地，所述对数放大器U2的8引脚通过电阻R13接地，且所述电容C13的一端与所述电阻R13的一端电连接，所述电阻R11和所述电容C13之间还电连接有所述单片机MCU的19引脚，所述对数放大器U2的12引脚与所述电感L1的另一端电连接，且所述对数放大器U2的12引脚还分别通过电容C10和电容C11接地。

在本实用新型的一种实施例中，所述线性放大器U3的1引脚通过电容C8与所述对数放大器U2的8引脚电连接，所述线性放大器U3的1引脚和3引脚分别通过电阻R10和电阻R9接地，所述线性放大器U3的2引脚与所述电阻R9的另一端电连接，所述线性放大器U3的3引脚和4引脚分别并联有电阻R12和电容C14，所述线性放大器4引脚与所述单片机MCU的1引脚电连接，所述线性放大器U3的5引脚与所述电感L2的另一端电连接，且所述线性放大器U3的5引脚还通过电容C9接地。

在本实用新型的一种实施例中，所述单片机MCU的4引脚通过电阻R3与所述电感L2的另一端电连接，所述单片机MCU的24引脚和25引脚分别通过电阻R2和电阻R1与所述电感L2的另一端电连接，所述单片机MCU的15引脚与所述电感L2的另一端电连接，所述单片机MCU的15引脚还通过电容C7接地，所述单片机MCU的13引脚分别通过电阻R6和电阻R5与所述电感L2的另一端电连接，所述单片机MCU的14引脚分别通过电阻R8和电阻R7与所述电感L2的另一端电连接。

相较于现有技术，本实用新型的有益效果是：

(1)使用对数放大器U2对输入信号进行非线性放大，极大提升了可探测输入信号的动态范围和灵敏度。

(2)通过线性放大器U3对对数放大器U2输出信号放大，使输出信号的分辨率足够大，直接通过单片机MCU的内置ADC采样完成高低电平判和数据恢复，利用单片机MCU完成信号的解析，降低了电路复杂度和软件处理难度，提升了电路性能。

(3)本实用新型与现有技术相比使用的元件数量较少、电路复杂程度较低，减少了电路的故障率，提高了电路的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型实施方式提供的一种半有源波分设备用光调顶接收解析电路的结构示意图；

图2是本实用新型实施方式提供的一种半有源波分设备用光调顶接收解析电路的电源电路原理图；

图3是本实用新型实施方式提供的一种半有源波分设备用光调顶接收解析电路的光电探测器U4原理图；

图4是本实用新型实施方式提供的一种半有源波分设备用光调顶接收解析电路的对数放大器U2原理图；

图5是本实用新型实施方式提供的一种半有源波分设备用光调顶接收解析电路的线性放大器U3原理图；

图6是本实用新型实施方式提供的一种半有源波分设备用光调顶接收解析电路的单片机MCU原理图；

图7是本实用新型实施方式提供的一种半有源波分设备用光调顶接收解析电路的对数放大器输入、输出幅度效果图。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例

参照附图1-7所示，本实用新型提供一种技术方案：一种半有源波分设备用光调顶接收解析电路，包括电源电路、光电探测器U4、对数放大器U2、线性放大器U3和单片机MCU，光电探测器U4、对数放大器U2、线性放大器U3和单片机MCU均与电源电路连接。

参照附图2所示，电源电路包括电容C2、电阻R4、mos管Q1、电容C3、电感L1、电感L2、电容C4和电容C5，电容C2的一端和mos管Q1的2引脚均电连接VCC_IN，电容C2的另一端电连接有电阻R4，且电阻R4的另一端接地，mos管Q1的1引脚电连接在电容C2和电阻R4之间，mos管Q1的3引脚通过电容C3接地，mos管Q1的3引脚分别电连接有电感L1和电感L2，电感L1和电感L2的另一端分别通过电容C4和电容C5接地。

参照附图2-4所示，光电探测器U4的1引脚与对数放大器U2的4引脚电连接，光电探测器U4的1引脚还分别通过电容C15和电阻R14接地，光电探测器U4的2引脚通过电容C16接地，且还通过电感L3与电感L1的另一端电连接。

参照附图2、4和6-7所示，对数放大器U2的7引脚分别通过电阻R11和电容C13接地，对数放大器U2的8引脚通过电阻R13接地，且电容C13的一端与电阻R13的一端电连接，电阻R11和电容C13之间还电连接有单片机MCU的19引脚，对数放大器U2的12引脚与电感L1的另一端电连接，且对数放大器U2的12引脚还分别通过电容C10和电容C11接地。

参照附图2和4-6所示，线性放大器U3的1引脚通过电容C8与对数放大器U2的8引脚电连接，线性放大器U3的1引脚和3引脚分别通过电阻R10和电阻R9接地，线性放大器U3的2引脚与电阻R9的另一端电连接，线性放大器U3的3引脚和4引脚分别并联有电阻R12和电容C14，线性放大器4引脚与单片机MCU的1引脚电连接，线性放大器U3的5引脚与电感L2的另一端电连接，且线性放大器U3的5引脚还通过电容C9接地。

参照附图2和6所示，单片机MCU的4引脚通过电阻R3与电感L2的另一端电连接，单片机MCU的24引脚和25引脚分别通过电阻R2和电阻R1与电感L2的另一端电连接，单片机MCU的15引脚与电感L2的另一端电连接，单片机MCU的15引脚还通过电容C7接地，单片机MCU的13引脚分别通过电阻R6和电阻R5与电感L2的另一端电连接，单片机MCU的14引脚分别通过电阻R8和电阻R7与电感L2的另一端电连接。

具体的，该一种半有源波分设备用光调顶接收解析电路的工作原理：电源电路带调顶的光信号输入到光电探测器U4中，经过光电效应产生携带同样信号的光生电流，输入到对数放大器U2进行非线性放大。对数放大器U2特点是输出信号幅度与输入信号幅度呈“对数函数”关系，增益随输入信号的增加而减小；这样的放大特性可以使得对于大动态范围的输入信号得到一个动态范围较小的输出信号，即信号被压缩，经对数放大器U2放大的信号还含有载波直流信号，经过耦合电容C8去掉直流成分后，输入到下一级线性放大器U3中，通过调节线性放大器U3的比例使电阻R9和电阻R12可以得到一个适合的放大倍数，保证在很宽的输入动态范围内，输出一个具有足够分辨率的信号；随后信号输入到单片机MCU内，通过内置ADC进行采样，根据采样值大小进行高低电平判决，再通过单片机MCU对信号进行解析，即完成了整个调顶信号解析功能。

需要说明的是，光电探测器U4、对数放大器U2、线性放大器U3、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C13、电容C14、电容C15、电容C16、电阻R4、mos管Q1、电感L1、电感L2、电感L3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13和电阻R14的型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。

光电探测器U4、对数放大器U2、线性放大器U3、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C13、电容C14、电容C15、电容C16、电阻R4、mos管Q1、电感L1、电感L2、电感L3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13和电阻R14的供电及其原理对本领域技术人员来说是清楚的，在此不予详细说明。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种半有源波分设备用光调顶接收解析电路，其特征在于，包括电源电路、光电探测器U4、对数放大器U2、线性放大器U3和单片机MCU，所述光电探测器U4、所述对数放大器U2、所述线性放大器U3和所述单片机MCU均与所述电源电路连接；

其中，所述电源电路包括电容C2、电阻R4、mos管Q1、电容C3、电感L1、电感L2、电容C4和电容C5，所述电容C2的一端和所述mos管Q1的2引脚均电连接VCC_IN，所述电容C2的另一端电连接有所述电阻R4，且所述电阻R4的另一端接地，所述mos管Q1的1引脚电连接在所述电容C2和所述电阻R4之间，所述mos管Q1的3引脚通过所述电容C3接地，所述mos管Q1的3引脚分别电连接有所述电感L1和所述电感L2，所述电感L1和所述电感L2的另一端分别通过所述电容C4和所述电容C5接地。

2.根据权利要求1所述的一种半有源波分设备用光调顶接收解析电路，其特征在于，所述光电探测器U4的1引脚与所述对数放大器U2的4引脚电连接，所述光电探测器U4的1引脚还分别通过电容C15和电阻R14接地，所述光电探测器U4的2引脚通过电容C16接地，且还通过电感L3与所述电感L1的另一端电连接。

3.根据权利要求2所述的一种半有源波分设备用光调顶接收解析电路，其特征在于，所述对数放大器U2的7引脚分别通过电阻R11和电容C13接地，所述对数放大器U2的8引脚通过电阻R13接地，且所述电容C13的一端与所述电阻R13的一端电连接，所述电阻R11和所述电容C13之间还电连接有所述单片机MCU的19引脚，所述对数放大器U2的12引脚与所述电感L1的另一端电连接，且所述对数放大器U2的12引脚还分别通过电容C10和电容C11接地。

4.根据权利要求3所述的一种半有源波分设备用光调顶接收解析电路，其特征在于，所述线性放大器U3的1引脚通过电容C8与所述对数放大器U2的8引脚电连接，所述线性放大器U3的1引脚和3引脚分别通过电阻R10和电阻R9接地，所述线性放大器U3的2引脚与所述电阻R9的另一端电连接，所述线性放大器U3的3引脚和4引脚分别并联有电阻R12和电容C14，所述线性放大器4引脚与所述单片机MCU的1引脚电连接，所述线性放大器U3的5引脚与所述电感L2的另一端电连接，且所述线性放大器U3的5引脚还通过电容C9接地。

5.根据权利要求4所述的一种半有源波分设备用光调顶接收解析电路，其特征在于，所述单片机MCU的4引脚通过电阻R3与所述电感L2的另一端电连接，所述单片机MCU的24引脚和25引脚分别通过电阻R2和电阻R1与所述电感L2的另一端电连接，所述单片机MCU的15引脚与所述电感L2的另一端电连接，所述单片机MCU的15引脚还通过电容C7接地，所述单片机MCU的13引脚分别通过电阻R6和电阻R5与所述电感L2的另一端电连接，所述单片机MCU的14引脚分别通过电阻R8和电阻R7与所述电感L2的另一端电连接。

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