一種檢測(cè)寬動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)接收光信號(hào)強(qiáng)度的電路及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光通信集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種檢測(cè)寬動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)接收光信號(hào)強(qiáng)度的電路及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在光通信中，光纖用來傳輸光信號(hào)的介質(zhì)，光通信接收器中的光電二極管用來感應(yīng)光信號(hào)，并產(chǎn)生與光信號(hào)的強(qiáng)度(即光強(qiáng))成正比的電流IKQP(即進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換)。光纖送來的光強(qiáng)越強(qiáng)，光電二極管輸出的電流就越大(該電流通常為0.1uA?2mA)。當(dāng)光纖被拔掉、或者光強(qiáng)非常微弱時(shí)，光電二極管無電流輸出。
[0003]為了保證光通信接收器的正常使用，光通信接收器需要對(duì)接收的光強(qiáng)進(jìn)行檢測(cè)、并對(duì)設(shè)定告警閾值，當(dāng)I胃小于告警閾值時(shí)，產(chǎn)生告警指示LOS = 1，當(dāng)光強(qiáng)恢復(fù)、I _大于告警閾值時(shí)，產(chǎn)生告警指示信號(hào)LOS = O。系統(tǒng)通過LOS指示信號(hào)能夠有效監(jiān)測(cè)光信道的狀態(tài)，進(jìn)而在通信異常時(shí)及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行排查。
[0004]參見圖1所示，目前對(duì)光強(qiáng)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，先將經(jīng)過一個(gè)接地電阻R1，產(chǎn)生工作電壓VROP ;再通過CMP(比較器)將VROP與閾值電壓VTH進(jìn)行比較，判斷是否產(chǎn)生LOS告警。由于IROP的告警閾值的設(shè)定范圍一般為0.1uA?60uA，假設(shè)電阻Rl為40ΚΩ，因此VROP的范圍為4mV?2400mV，其范圍區(qū)間較寬，會(huì)產(chǎn)生以下不足:
[0005](I)范圍區(qū)間較寬的工作電壓對(duì)后續(xù)的電壓型比較器電路設(shè)計(jì)困難，使用比較困難。
[0006](2)后續(xù)的電壓型比較器電路設(shè)計(jì)和集成電路制造工藝，均難以保證4mV及以下的工作精度，進(jìn)而使得后期工作難以進(jìn)行。
[0007]與此同時(shí)，若將Rl的阻值減小，雖然會(huì)縮小VROP的范圍，但是VROP的最小值也會(huì)變小，進(jìn)而對(duì)工作精度要求更高，難以滿足設(shè)備的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種檢測(cè)寬動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)接收光信號(hào)強(qiáng)度的電路及方法；本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)寬動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)接收的光信號(hào)強(qiáng)度的進(jìn)行檢測(cè)的功能，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)較高的檢測(cè)精度，而且使用比較方便。
[0009]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明提供的檢測(cè)寬動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)接收光信號(hào)強(qiáng)度的電路，包括電源VDD、光電二極管、緩沖器和閾值電流源，所述電路還包括4個(gè)N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)NMOS晶體管構(gòu)成的共源共柵結(jié)構(gòu)的光電流鏡、4個(gè)PMOS晶體管構(gòu)成的共源共柵結(jié)構(gòu)的閾值電流鏡；
[0010]所述電源VDD與光電二極管的負(fù)極相連，光電二極管的正極與光電流鏡的輸入端相連，光電流鏡的輸出端接地；
[0011]所述電源VDD還與閾值電流鏡的輸入端相連，閾值電流鏡的輸出端與閾值電流源的正極相連，閾值電流源的負(fù)極接地；
[0012]所述光電流鏡的輸入端、閾值電流鏡的輸出端、緩沖器的輸入端兩兩相連，光電流鏡、閾值電流鏡和緩沖器之間的共同節(jié)點(diǎn)為vcmp。
[0013]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述光電流鏡包括4個(gè)NMOS管:麗1、麗2、麗3和MN4 ；光電二極管的正極與麗3的漏極D相連，外界的光電流直流偏置電壓VBN接入至麗3和MN4的柵極G，麗3的源極S與麗I的漏極D相連；MN4的漏極D與節(jié)點(diǎn)vcmp相連，MN4的源極S與麗2的漏極D相連；MN1和麗2的源極S均接地。
[0014]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述閾值電流鏡包括4個(gè)PMOS管:MP1、MP2、MP3和MP4 ;外界的閾值直流偏置電壓VBP接入至MP3和MP4的柵極G，MP3的漏極D與閾值電流源相連，MP3的源極S與MPl的漏極D相連；MP4的漏極D與節(jié)點(diǎn)vcmp相連，MP4的源極S與MP2的漏極D相連；MP1、MP2的源極S均與電源VDD相連。
[0015]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述緩沖器選用施密特觸發(fā)器。
[0016]本發(fā)明提供的基于上述電路的檢測(cè)寬動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)接收的光信號(hào)強(qiáng)度的方法，包括以下步驟:
[0017]S1:在閾值電流源上設(shè)定檢測(cè)閾值電流ITH,轉(zhuǎn)到S2 ；
[0018]S2:將光電二極管接收的光電流IROP經(jīng)過光電流鏡后，光電流鏡從節(jié)點(diǎn)vcmp下拉I個(gè)與IROP電流強(qiáng)度相同的光鏡像電流IR0P_M ;閾值電流源輸出檢測(cè)閾值電流ITH至閾值電流鏡，得到I個(gè)與ITH電流強(qiáng)度相同的閾值鏡像電流Ith M，轉(zhuǎn)到S3 ；
[0019]S3:將 IROP 和 ITH 進(jìn)行比較，若 IROP > ITH,即 IR0P_M>ITH_M，轉(zhuǎn)到 S4，若 IROP< ITH,即 IR0P_M 小于 ITH_M，轉(zhuǎn)到 S5 ；
[0020]S4:vcmp節(jié)點(diǎn)的電壓降低，降低后的電壓經(jīng)過緩沖器整形后，緩沖器產(chǎn)生告警指示信號(hào)LOS = O (即不發(fā)出告警)，結(jié)束；
[0021]S5:Vcmp節(jié)點(diǎn)的電壓升高，升高后的電壓經(jīng)過緩沖器整形后，緩沖器產(chǎn)生告警指示信號(hào)LOS = 1(即發(fā)出告警)，結(jié)束。
[0022]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，S3中所述將IROP和ITH進(jìn)行比較時(shí)，若IROP = ITH即IR0P_M= ITH_M，判斷是否存在上一次的告警指示信號(hào)，若是，緩沖器顯示上一次的告警指示信號(hào)，結(jié)束；否則緩沖器顯示預(yù)先默認(rèn)設(shè)置的告警指示信號(hào)，結(jié)束。
[0023]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，SI還包括以下步驟:預(yù)先設(shè)置光電流鏡直流偏置電壓VBN,以及閾值電流鏡直流偏置電壓VBP。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0025](I)本發(fā)明包括由4個(gè)NMOS晶體管構(gòu)成的共源共柵結(jié)構(gòu)的光電流鏡、以及4個(gè)PMOS晶體管構(gòu)成的共源共柵結(jié)構(gòu)的閾值電流鏡。本發(fā)明檢測(cè)光信號(hào)強(qiáng)度時(shí)，若為共源共柵結(jié)構(gòu)的電流鏡選取合適的偏置電壓VBN和VBP，則容易使得電流鏡的工作電流為0.1uA?2mA，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)寬動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)接收的光信號(hào)強(qiáng)度的進(jìn)行檢測(cè)的功能。
[0026](2)本發(fā)明的光電流鏡和閾值電流鏡均為共源共柵結(jié)構(gòu)，因?yàn)楣苍垂矕沤Y(jié)構(gòu)的電流鏡自身具有很大的輸出電阻、以及較好的電壓拉偏性能和電流鏡像比例等特性；所以當(dāng)光電流大于或小于與閾值電流(即發(fā)生微弱差別)，光電流鏡和閾值電流鏡會(huì)使得vcmp節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生足夠的電壓變化、并經(jīng)過緩沖器整形，觸發(fā)LOS告警指示信號(hào)翻轉(zhuǎn)。因此，本發(fā)明不僅能夠保證較高的檢測(cè)精度(經(jīng)驗(yàn)證得出，本發(fā)明的檢測(cè)精度可達(dá)到0.1uA以下)，而且不需要電壓型比較器電路，使用比較方便。
【附圖說明】
[0027]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中檢測(cè)光信號(hào)強(qiáng)度的電路圖；
[0028]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中檢測(cè)寬動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)接收光信號(hào)強(qiáng)度的電路的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0030]本發(fā)明實(shí)施例中的檢測(cè)寬動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)接收光信號(hào)強(qiáng)度的電路，包括電源VDD、光電二極管、緩沖器(本實(shí)施例中的緩沖器選用施密特觸發(fā)器)、閾值電流源、4個(gè)NMOS(N-Menta
1-Oxide-Semiconductor,N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng))晶體管構(gòu)成的共源共柵結(jié)構(gòu)的光電流鏡、4 個(gè) PMOS 晶體管(positive channel Metal Oxide Semiconducto，n 型襯底、p 溝道，靠空穴的流動(dòng)運(yùn)送電流的MOS晶體管)構(gòu)成的共源共柵結(jié)構(gòu)的閾值電流鏡。
[0031]參見圖2所示