CN218734313U

CN218734313U - 一种用于光通信的信号丢失检测电路

Info

Publication number: CN218734313U
Application number: CN202223332179.XU
Authority: CN
Inventors: 王欢
Original assignee: Ruitao Electronic Technology Wuxi Co ltd
Current assignee: Ruitao Electronic Technology Wuxi Co ltd
Priority date: 2022-12-13
Filing date: 2022-12-13
Publication date: 2023-03-24
Anticipated expiration: 2032-12-13

Abstract

本实用新型公开了一种用于光通信的信号丢失检测电路，包括数据信号通道和阈值放大回路，数据信号通道包括放大器A₁和放大器A₂，阈值放大回路包括放大器A₃和放大器A₄，阈值放大回路对数据信号Data_in和阈值电压V _th进行相同增益的放大，数据信号通道及阈值放大回路中采用的放大器电路结构相同且均为电阻负载的共源共栅差分放大器，数据信号通道及阈值放大回路中的放大器被封装在同一颗芯片内部，芯片间工艺偏差和温度变化带来的影响是一致的，有效降低了芯片间放大器增益离散和包络检波转换增益离散对信号丢失检测一致性带来的影响，提高了信号丢失检测电路的一致性，适宜于规模化应用。

Description

一种用于光通信的信号丢失检测电路

技术领域

本实用新型涉及一种用于光通信的信号丢失检测电路，属于光通信集成电路设计技术领域。

背景技术

光通信接收链路中，信号完成光-电转换后通过限幅放大器对电信号进行放大，当信号幅度低于一定阈值后要输出告警信号，限幅放大器采用信号丢失检测电路实现该功能。通常，限幅放大器由多级放大器构成，前两级一般工作在线性放大状态。信号丢失检测电路检测前两级放大器输出的高速数据信号幅度包络，并将该包络与设定的阈值电压进行比较，根据比较器输出的高低电平判断信号幅度是否低于阈值。但由于工艺的离散性和器件的温度敏感性是固有存在的，导致各放大器的限幅放大器增益不一致，且包络检波的转换增益也存在差异，二者的增益还会随着温度的变化而变化，导致信号丢失检测电路的离散性较大，对信号幅度判断不准确，给规模应用带来困难。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种通过优化电路设计，避免放大器增益差异和包络检波增益差异带来的影响，提高信号丢失检测电路一致性的用于光通信的信号丢失检测电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种采用上述方法的用于光通信的信号丢失检测电路，所述数据信号通道包括放大器A₁和放大器A₂；所述阈值放大回路包括放大器A₃和放大器A₄；所述放大器A₁的正输入端接数据信号Data_in的正极Data_in+，负输入端接所述数据信号Data_in的负极Data_in-；所述放大器A₂的正输入端接所述放大器A₁的负输出端，负输入端接所述放大器A₁的正输出端；所述放大器A₂的负输出端为数据放大信号Data_out的正极V₁，正输出端为数据放大信号Data_out的负极V₂；所述放大器A₃的正输入端接阈值电压V _th的正极，负输入端接所述阈值电压V _th的负极，所述放大器A₄的正输入端接所述放大器A₃的负输出端，负输入端接所述放大器A₃的正输出端，所述放大器A₄的负输出端为阈值放大电压V_Ath的正极V₃，正输出端为所述阈值放大电压V_Ath的负极V₄；所述数据放大信号Data_out的正极V₁及负极V₂、阈值放大电压V_Ath的正极V₃及负极V₄接所述包络检波比较电路EDC的输入端。

所述包络检波比较电路EDC包括晶体管MOS₁、晶体管MOS₂、晶体管MOS₃、晶体管MOS₄、负载电阻R₁、负载电阻R₂、电容C、比较器Comp和电流源I ₁；所述晶体管MOS₁的D极和晶体管MOS₂的D极连接（共接）后接所述负载电阻R₁的一端，所述晶体管MOS₃的D极和晶体管MOS₄的D极连接后接所述负载电阻R₂的一端；所述负载电阻R₁的另一端和负载电阻R₂的另一端连接后接所述电源V_DD；所述晶体管MOS₁的S极、晶体管MOS₂的S极、晶体管MOS₃的S极和晶体管MOS₄的S极连接后接所述电流源I ₁的正极，所述电流源I ₁的负极接地；所述电容C的一端接所述MOS₁的D极与所述负载电阻R₁的接点，另一端接所述晶体管MOS₃的D极与所述负载电阻R₂的接点，所述比较器Comp的正输入端接所述晶体管MOS₃的D极与所述负载电阻R₂的接点，负输入端接所述MOS₁的D极与所述负载电阻R₁的接点，所述比较器Comp的输出端为所述包络检波比较电路EDC的输出端LOS_out；所述晶体管MOS₁的G极接所述数据放大信号Data_out的正极V₁，所述晶体管MOS₂的G极接所述数据放大信号Data_out的负极V₂，所述晶体管MOS₃的G极接所述阈值放大电压V_Ath的正极V₃，所述晶体管MOS₄的G极接所述阈值放大电压V_Ath的负极V₄。

所述放大器A₁包括晶体管MOS₅、晶体管MOS₆、晶体管MOS₇、晶体管MOS₈、负载电阻R₃、负载电阻R₄和电流源I ₂，所述负载电阻R₃和负载电阻R₄并联后一端接所述电源V_DD，所述负载电阻R₃的另一端接所述晶体管MOS₇的D极，所述晶体管MOS₇的S极接所述晶体管MOS₅的D极；所述负载电阻R₄的另一端接所述晶体管MOS₈的D极，所述晶体管MOS₈的S极接所述晶体管MOS₆的D极，所述晶体管MOS₇的G极与所述晶体管MOS₈的G极连接后接偏置电压V_B，所述晶体管MOS₅的S极与所述晶体管MOS₆的S极连接后接所述电流源I ₂的正极，所述电流源I ₂的负极接地；所述晶体管MOS₅的G极为放大器A₁的正输入端接所述数据信号Data_in的正极Data_in+，所述晶体管MOS₆的G极为放大器A₁的负输入端接所述数据信号Data_in的负极Data_in-；所述负载电阻R₃与所述晶体管MOS₇的D极的接点为放大器A₁的负输出端V_out-，所述负载电阻R₄与所述晶体管MOS₈的D极的接点为放大器A₁的正输出端V_out+。

所述放大器A₁的放大增益为G_A1, 所述放大器A₂的放大增益为G_A2, 所述放大器A₃的放大增益为G_A3, 所述放大器A₄的放大增益为G_A4,所述G_A1×G_A2= G_A3×G_A4，即数据信号通道与阈值放大回路中的放大器数量相等，且数据信号通道与阈值放大回路的增益相同。

所述放大器A₁、放大器A₂、放大器A₃和放大器A₄被封装在同一颗芯片内部，当芯片间存在工艺偏差，或者温度变化时，放大器A₁至 A₄中的晶体管MOS₅至晶体管MOS₈受到的影响是一样的，避免了芯片间包络检波增益差异和温度变化带来的信号丢失检测的离散性。本申请的其他元器件或多或少也会受工艺偏差或者温度变化的影响，为了更好的实现一致性，本实用新型的元器件全部被封装在同一集成块内部，即将构成本实用新型电路的所有元器件集成后做成一个集成块。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过设置阈值放大回路，对数据信号Data_in和阈值电压V _th进行了相同倍数的放大，使二者具有相同的增益，然后采用包络检波比较电路EDC对数据放大信号Data_out和阈值放大电压V_Ath进行包络检波和比较，判断数据放大信号Data_out的电压幅度是否低于阈值放大电压V_Ath的电压幅度，数据信号通道及阈值放大回路中采用的放大器电路结构相同，而且，数据信号通道及阈值放大回路中采用的放大器均为电阻负载的共源共栅差分放大器，并且数据信号通道及阈值放大回路中的放大器被封装在同一颗芯片内部，芯片间工艺偏差和温度变化带来的影响是一致的，有效降低了芯片间放大器增益离散和包络检波转换增益离散对信号丢失检测一致性带来的影响，提高了信号丢失检测电路的一致性，适宜于规模化应用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的电路原理图。

图2是本实用新型的包络检波比较电路EDC电路图。

图3是本实用新型的放大器A₁的电路图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本领域的技术人员应该理解，本实施例的描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的保护范围。

参照图1至图3，本实用新型的方法是在数据信号通道中采用多级放大器对数据信号Data_in进行多级放大，采用阈值放大回路对阈值电压V _th（通过片外电阻设置，可配置）也进行放大，数据信号通道与阈值放大回路中的放大器数量相等，且数据信号通道与阈值放大回路的放大增益相同（本实施例采用两级放大为例说明），然后采用包络检波比较电路EDC对数据放大信号Data_out和阈值放大电压V_Ath进行包络检波和比较，判断数据放大信号Data_out的电压幅度是否低于阈值放大电压V_Ath的电压幅度，判断结果从包络检波比较电路EDC的输出端LOS_out输出高低电平，实现了对输入的数据信号Data_in低于阈值实时告警。本申请的包络检波比较电路EDC为全差分电路, 数据信号通道及阈值放大回路对数据信号Data_in与阈值电压V _th的放大倍数是相同的。

进一步，所述数据信号通道及阈值放大回路中采用的放大器电路结构相同，而且，所述数据信号通道及阈值放大回路中采用的放大器均为电阻负载的共源共栅差分放大器，所述数据信号通道及阈值放大回路中的放大器被封装在同一颗芯片（集成块）内部，这样，芯片间工艺偏差和温度变化带来的影响是一致的，采用这种结构，避免了芯片间包络检波增益差异和温度变化带来的信号丢失检测的离散性。

一种采用上述方法的用于光通信的信号丢失检测电路，所述数据信号通道包括放大器A₁（数据信号Data_in的第一级放大器）和放大器A₂（数据信号Data_in的第二级放大器）；所述阈值放大回路包括放大器A₃（阈值电压V _th的第一级放大器）和放大器A₄（阈值电压V _th的第二级放大器）；所述放大器A₁的正输入端接数据信号Data_in的正极Data_in+，负输入端接所述数据信号Data_in的负极Data_in-；所述放大器A₂的正输入端接所述放大器A₁的负输出端，负输入端接所述放大器A₁的正输出端；所述放大器A₂的负输出端为数据放大信号Data_out的正极V₁，正输出端为数据放大信号Data_out的负极V₂；所述放大器A₃的正输入端接阈值电压V _th的正极，负输入端接所述阈值电压V _th的负极，所述放大器A₄的正输入端接所述放大器A₃的负输出端，负输入端接所述放大器A₃的正输出端，所述放大器A₄的负输出端为阈值放大电压V_Ath的正极V₃，正输出端为所述阈值放大电压V_Ath的负极V₄；所述数据放大信号Data_out的正极V₁及负极V₂、阈值放大电压V_Ath的正极V₃及负极V₄分别接所述包络检波比较电路EDC（EnvelopeDetector ＆ Comparator包络检波器和比较器）的四个输入端。放大器A₁的输出端波形与输入端的数据信号Data_in的波形是相反的，再经过放大器A₂后，得到的数据放大信号Data_out波形与数据信号Data_in的波形是一致的（幅度不同），放大器A₃、放大器A₄也同样。

所述包络检波比较电路EDC包括晶体管MOS₁（数据信号包络检波MOS管）、晶体管MOS₂（数据信号包络检波MOS管）、晶体管MOS₃（阈值电压检波MOS管）、晶体管MOS₄（阈值电压检波MOS管）、负载电阻R₁（包络检波电路负载电阻）、负载电阻R₂（包络检波电路负载电阻）、电容C（包络检波电路滤波电容）、比较器Comp和电流源I ₁（电流恒定）；所述晶体管MOS₁的D极和晶体管MOS₂的D极连接后接所述负载电阻R₁的一端，所述晶体管MOS₃的D极和晶体管MOS₄的D极连接后接所述负载电阻R₂的一端；所述负载电阻R₁的另一端和负载电阻R₂的另一端连接后接所述电源V_DD；所述晶体管MOS₁的S极、晶体管MOS₂的S极、晶体管MOS₃的S极和晶体管MOS₄的S极连接后接所述电流源I ₁的正极，所述电流源I ₁的负极接地；所述电容C的一端接所述MOS₁的D极与所述负载电阻R₁的接点，另一端接所述晶体管MOS₃的D极与所述负载电阻R₂的接点，所述比较器Comp的正输入端接所述晶体管MOS₃的D极与所述负载电阻R₂的接点，负输入端接所述MOS₁的D极与所述负载电阻R₁的接点，所述比较器Comp的输出端为所述包络检波比较电路EDC的输出端LOS_out；所述晶体管MOS₁的G极接所述数据放大信号Data_out的正极V₁，所述晶体管MOS₂的G极接所述数据放大信号Data_out的负极V₂，所述晶体管MOS₃的G极接所述阈值放大电压V_Ath的正极V₃，所述晶体管MOS₄的G极接所述阈值放大电压V_Ath的负极V₄，V₁和V₂是高速数据信号，为一组差分信号，V₃和V₄是直流电平，为一组差分信号。

所述放大器A₁包括晶体管MOS₅、晶体管MOS₆、晶体管MOS₇、晶体管MOS₈、负载电阻R₃、负载电阻R₄和电流源I ₂，所述负载电阻R₃和负载电阻R₄并联后一端接所述电源V_DD，所述负载电阻R₃的另一端接所述晶体管MOS₇的D极，所述晶体管MOS₇的S极接所述晶体管MOS₅的D极；所述负载电阻R₄的另一端接所述晶体管MOS₈的D极，所述晶体管MOS₈的S极接所述晶体管MOS₆的D极，所述晶体管MOS₇的G极与所述晶体管MOS₈的G极连接后接偏置电压V_B（片外提供，可配置），所述晶体管MOS₅的S极与所述晶体管MOS₆的S极连接后接所述电流源I ₂的正极，所述电流源I ₂的负极接地；所述晶体管MOS₅的G极为放大器A₁的正输入端接所述数据信号Data_in的正极Data_in+，所述晶体管MOS₆的G极为放大器A₁的负输入端接所述数据信号Data_in的负极Data_in-；所述负载电阻R₃与所述晶体管MOS₇的D极的接点为放大器A₁的负输出端V_out-，所述负载电阻R₄与所述晶体管MOS₈的D极的接点为放大器A₁的正输出端V_out+。包络检波比较电路EDC中的电源V_DD与放大器A₁中的电源V_DD的电压值可以相同，也可以不同，二者均由片外提供，可配置。本实施例只对放大器A₁的电路结构做了详细描述，放大器A₂、放大器A₃和放大器A₄的电路结构与放大器A₁是相同的。

所述放大器A₁的放大增益为G_A1, 所述放大器A₂的放大增益为G_A2, 所述放大器A₃的放大增益为G_A3, 所述放大器A₄的放大增益为G_A4,四者之间满足G_A1×G_A2= G_A3×G_A4，即数据信号通道与阈值放大回路中的放大器数量相等，且数据信号通道与阈值放大回路的增益相同。

当数据信号Data_in的电压幅度在正常范围内，即数据放大信号Data_out的正极V₁及负极V₂的电压差高于阈值放大电压V_Ath的正极V₃及负极V₄的电压差时，流过晶体管MOS₁与晶体管MOS₂的电流和大于流过晶体管MOS₃与晶体管MOS₄的电流和，使比较器Comp的正向输入端电平V ₀₁低于负向输入端的电平V ₀₂，比较器Comp的输出端LOS_out输出高电平，认为数据信号正常。

当数据信号Data_in的电压幅度过低时，即数据放大信号Data_out的正极V₁及负极V₂的电压差低于阈值放大电压V_Ath的正极V₃及负极V₄的电压差时，流过晶体管MOS₁与晶体管MOS₂的电流和小于流过晶体管MOS₃与晶体管MOS₄的电流和，使比较器Comp的正向输入端电平V ₀₁高于负向输入端的电平V ₀₂，比较器Comp的输出端LOS_out输出低电平，现了对输入数据信号幅度低于阈值时的告警功能。

本实用新型通过设置阈值放大回路，对数据信号Data_in和阈值电压V _th进行了相同倍数的放大，使二者具有相同的增益，然后采用包络检波比较电路EDC对数据放大信号Data_out和阈值放大电压V_Ath进行包络检波和比较，判断数据放大信号Data_out的电压幅度是否低于阈值放大电压V_Ath的电压幅度，数据信号通道及阈值放大回路中采用的放大器电路结构相同，而且，数据信号通道及阈值放大回路中采用的放大器均为电阻负载的共源共栅差分放大器，并且数据信号通道及阈值放大回路中的放大器被封装在同一颗芯片内部，芯片间工艺偏差和温度变化带来的影响是一致的，有效降低了芯片间放大器增益离散和包络检波转换增益离散对信号丢失检测一致性带来的影响，提高了信号丢失检测电路的一致性，适宜于规模化应用。

在本实施例中，采用的MOS管为N沟道的，同样也可以替换成P沟道的，MOS管也可以替换为具有同等功能的三极管等器件等，对连接方式做适应的修改即可。

以上的实施方式不能限定本发明创造的保护范围，专业技术领域的人员在不脱离本发明创造整体构思的情况下，所做的均等修饰与变化，均仍属于本发明创造涵盖的范围之内。

Claims

1.一种用于光通信的信号丢失检测电路，其特征在于包括数据信号通道和阈值放大回路；所述数据信号通道包括放大器A₁和放大器A₂；所述阈值放大回路包括放大器A₃和放大器A₄；所述放大器A₁的正输入端接数据信号Data_in的正极Data_in+，负输入端接所述数据信号Data_in的负极Data_in-；所述放大器A₂的正输入端接所述放大器A₁的负输出端，负输入端接所述放大器A₁的正输出端；所述放大器A₂的负输出端为数据放大信号Data_out的正极V₁，正输出端为数据放大信号Data_out的负极V₂；所述放大器A₃的正输入端接阈值电压V _th的正极，负输入端接所述阈值电压V _th的负极，所述放大器A₄的正输入端接所述放大器A₃的负输出端，负输入端接所述放大器A₃的正输出端，所述放大器A₄的负输出端为阈值放大电压V_Ath的正极V₃，正输出端为所述阈值放大电压V_Ath的负极V₄；所述数据放大信号Data_out的正极V₁及负极V₂、阈值放大电压V_Ath的正极V₃及负极V₄接所述包络检波比较电路EDC的输入端。

2.根据权利要求1所述的用于光通信的信号丢失检测电路，其特征在于所述包络检波比较电路EDC包括晶体管MOS₁、晶体管MOS₂、晶体管MOS₃、晶体管MOS₄、负载电阻R₁、负载电阻R₂、电容C、比较器Comp和电流源I ₁；所述晶体管MOS₁的D极和晶体管MOS₂的D极连接后接所述负载电阻R₁的一端，所述晶体管MOS₃的D极和晶体管MOS₄的D极连接后接所述负载电阻R₂的一端；所述负载电阻R₁的另一端和负载电阻R₂的另一端连接后接所述电源V_DD；所述晶体管MOS₁的S极、晶体管MOS₂的S极、晶体管MOS₃的S极和晶体管MOS₄的S极连接后接所述电流源I ₁的正极，所述电流源I ₁的负极接地；所述电容C的一端接所述MOS₁的D极与所述负载电阻R₁的接点，另一端接所述晶体管MOS₃的D极与所述负载电阻R₂的接点，所述比较器Comp的正输入端接所述晶体管MOS₃的D极与所述负载电阻R₂的接点，负输入端接所述MOS₁的D极与所述负载电阻R₁的接点，所述比较器Comp的输出端为所述包络检波比较电路EDC的输出端LOS_out；所述晶体管MOS₁的G极接所述数据放大信号Data_out的正极V₁，所述晶体管MOS₂的G极接所述数据放大信号Data_out的负极V₂，所述晶体管MOS₃的G极接所述阈值放大电压V_Ath的正极V₃，所述晶体管MOS₄的G极接所述阈值放大电压V_Ath的负极V₄。

3.根据权利要求2所述的用于光通信的信号丢失检测电路，其特征在于所述放大器A₁包括晶体管MOS₅、晶体管MOS₆、晶体管MOS₇、晶体管MOS₈、负载电阻R₃、负载电阻R₄和电流源I ₂，所述负载电阻R₃和负载电阻R₄并联后一端接所述电源V_DD，所述负载电阻R₃的另一端接所述晶体管MOS₇的D极，所述晶体管MOS₇的S极接所述晶体管MOS₅的D极；所述负载电阻R₄的另一端接所述晶体管MOS₈的D极，所述晶体管MOS₈的S极接所述晶体管MOS₆的D极，所述晶体管MOS₇的G极与所述晶体管MOS₈的G极连接后接偏置电压V_B，所述晶体管MOS₅的S极与所述晶体管MOS₆的S极连接后接所述电流源I ₂的正极，所述电流源I ₂的负极接地；所述晶体管MOS₅的G极为放大器A₁的正输入端接所述数据信号Data_in的正极Data_in+，所述晶体管MOS₆的G极为放大器A₁的负输入端接所述数据信号Data_in的负极Data_in-；所述负载电阻R₃与所述晶体管MOS₇的D极的接点为放大器A₁的负输出端V_out-，所述负载电阻R₄与所述晶体管MOS₈的D极的接点为放大器A₁的正输出端V_out+。

4.根据权利要求1所述的用于光通信的信号丢失检测电路，其特征在于所述放大器A₁的放大增益为G_A1, 所述放大器A₂的放大增益为G_A2, 所述放大器A₃的放大增益为G_A3, 所述放大器A₄的放大增益为G_A4,所述G_A1×G_A2= G_A3×G_A4。

5.根据权利要求1所述的用于光通信的信号丢失检测电路，其特征在于所述放大器A₁、放大器A₂、放大器A₃和放大器A₄被封装在同一颗芯片内部。

6.根据权利要求3所述的用于光通信的信号丢失检测电路，其特征在于构成如权利要求3所述电路的所有元器件全部被封装在同一集成块内部。