專利名稱：一種用于光纖通信限幅放大器的電平檢測電路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及光通信領(lǐng)域，尤其涉及一種用于光纖通信限幅放大器的電平檢測電路裝置。
背景技術(shù)：
一個(gè)完整的光數(shù)字接收機(jī)，如圖1所示，包括一個(gè)光電檢測器或光電二極管(PD)、一個(gè)前置放大器、一個(gè)具有均衡和濾波功能的主放大器、一個(gè)時(shí)鐘恢復(fù)電路、一個(gè)數(shù)據(jù)判決電路以及作進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理的電路，如分接器。
光電檢測器和前置放大器構(gòu)成了光接收機(jī)的前端。數(shù)據(jù)信號(hào)首先通過光電檢測器從光的形式轉(zhuǎn)換為電的形式，前置放大器將從光電檢測器得到的電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓形式。該電壓信號(hào)經(jīng)過進(jìn)一步的放大或者均衡，經(jīng)過再定時(shí)和鑒幅操作，數(shù)據(jù)信號(hào)再生。
由于注入的光信號(hào)本身很微弱，再加上信道衰減，使得光電檢測器的輸出電流信號(hào)十分的微弱。前置放大器在給定的帶寬下，其目標(biāo)是獲得低噪聲、高靈敏度以及高增益。當(dāng)然要想獲得低噪聲和寬頻帶，前置放大器的增益不能太高。前置放大器的輸出電壓幅度通常從幾毫伏到幾十毫伏，而因?yàn)榕袥Q電路所需要的輸入電壓通常從幾百毫伏到一伏以上，所以限幅放大器的增益一般需要40～50dB的增益，同時(shí)輸入能夠有較大的動(dòng)態(tài)范圍。
由于限幅放大器的增益較大，系統(tǒng)中的噪聲信號(hào)也會(huì)被限幅放大器正常的放大，被放大的噪聲信號(hào)，被送到下級(jí)電路中，會(huì)傳達(dá)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)信號(hào)，導(dǎo)致光接收機(jī)系統(tǒng)的誤碼。因此，設(shè)計(jì)限幅放大器的時(shí)候，需要有電平檢測電路，如果輸入的信號(hào)小于預(yù)定值，則輸出報(bào)警信號(hào)。
國內(nèi)外研究者對集成限幅放大器作了大量的研究，但用于光通信領(lǐng)域的限幅放大器必須帶有電平檢測電路，以提高系統(tǒng)的靈敏度。目前應(yīng)用于光通信限幅放大器的電平檢測電路在研究成果中少有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
一般來說，光纖通信系統(tǒng)根據(jù)信號(hào)傳輸距離的不同對檢測電平值有不同的需求，要求比較器電路可以根據(jù)需要來調(diào)節(jié)檢測電平值；此外，系統(tǒng)工作在不同的地點(diǎn)、不同的季節(jié)，環(huán)境溫度也會(huì)有所改變，要求比較器電路在不同的環(huán)境溫度下有比較一致的電平檢測值；同時(shí)芯片的增益較大，系統(tǒng)的噪聲會(huì)增加誤碼率，因此輸出端應(yīng)該屏蔽系統(tǒng)噪聲。
本發(fā)明提出的電平檢測電路裝置可以很好地解決上述三個(gè)問題。
本發(fā)明的目的在于提出一種用于光通信限幅放大器的電平檢測電路裝置，電平檢測范圍可按需調(diào)整，檢測電平不受溫度變化影響，同時(shí)自動(dòng)屏蔽系統(tǒng)噪聲的先進(jìn)電路，可以有效地應(yīng)用于光通信限幅放大器。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于光纖通信限幅放大器的電平檢測電路裝置，該裝置包括功率檢測電路、遲滯比較器、基準(zhǔn)電路、溫度補(bǔ)償電路和自動(dòng)靜噪電路，其中功率檢測電路，用于對輸入的信號(hào)進(jìn)行采樣，產(chǎn)生采樣信號(hào)并將其發(fā)送到遲滯比較器；基準(zhǔn)電路，用于產(chǎn)生進(jìn)行比較的基準(zhǔn)電平，并將其發(fā)送到遲滯比較器；遲滯比較器，用于將輸入的所述采樣信號(hào)和基準(zhǔn)電平進(jìn)行比較；溫度補(bǔ)償電路，用于向遲滯比較器輸出具有一定溫度系數(shù)的電壓，對遲滯比較器進(jìn)行溫度特性補(bǔ)償；自動(dòng)靜噪電路，用于根據(jù)遲滯比較器的輸出，控制輸出信號(hào)，將低于設(shè)置門限值的輸入噪聲信號(hào)屏蔽；輸出緩沖電路，用于繼續(xù)放大自動(dòng)靜噪電路的輸出信號(hào)，使之形成有效的穩(wěn)定的靜態(tài)電平。
這種電平檢測電路裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)第一，該電平檢測電路裝置可以根據(jù)用戶要求調(diào)整檢測電平；第二，系統(tǒng)檢測電平不隨環(huán)境溫度的變化而發(fā)生變化；第三，可以迅速屏蔽輸出端噪聲。


圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中的光接收機(jī)的基本功能框圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)應(yīng)用框圖；
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的溫度補(bǔ)償?shù)脑韴D；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的遲滯比較器的輸出；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的遲滯比較器輸出電壓的溫度曲線；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的遲滯窗口隨溫度變化的測試曲線；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的自動(dòng)靜噪電路原理圖；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的自動(dòng)靜噪電路的輸出波形。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明主要應(yīng)用于光纖通信限幅放大器電路中。
圖2顯示了本發(fā)明在限幅放大器中的應(yīng)用。這個(gè)電平檢測電路裝置主要由這幾部分組成功率檢測電路、溫度補(bǔ)償電路、遲滯比較器、基準(zhǔn)電路和自動(dòng)靜噪電路，如圖2中陰影所示。通過調(diào)整Rset來改變檢測電平，功率檢測電路時(shí)對輸入的信號(hào)進(jìn)行采樣，基準(zhǔn)電路是產(chǎn)生進(jìn)行比較的基準(zhǔn)電平，為了防止比較器的兩個(gè)輸入信號(hào)接近時(shí)出現(xiàn)啁啾，一般采用遲滯比較器，通過遲滯比較器將輸入采樣信號(hào)和基準(zhǔn)電平進(jìn)行比較，溫度補(bǔ)償電路是對遲滯比較器的輸出進(jìn)行的溫度補(bǔ)償，使電平檢測在一40℃至85℃之間保持穩(wěn)定，自動(dòng)靜噪電路是根據(jù)遲滯比較器的輸出控制輸出信號(hào)，可以將低于設(shè)置門限值的輸入噪聲信號(hào)屏蔽，以免除噪聲信號(hào)的干擾，提高光接收機(jī)的抑制噪聲特性。
參見圖2，輸入信號(hào)VIN經(jīng)差分放大器放大后，由功率檢測電路中的采樣部分對輸入信號(hào)的幅值取樣，將取樣電平輸入到遲滯比較器的一個(gè)輸入端，與基準(zhǔn)電路產(chǎn)生的電平進(jìn)行比較，可以通過調(diào)節(jié)電阻Rset的阻值來調(diào)節(jié)差分放大器的放大倍數(shù)，從而調(diào)節(jié)對輸入信號(hào)的取樣電平值，使我們可以根據(jù)系統(tǒng)要求來選擇不同的Rset阻值，滿足對不同系統(tǒng)對檢測電平的要求。
參見圖3，是根據(jù)本發(fā)明提出的電平檢測電路裝置的遲滯比較器和溫度補(bǔ)償電路的結(jié)構(gòu)。圖中，電阻R2、R3、R4、R5和晶體管Q1、Q2、Q3、Q4對電平檢測的溫度補(bǔ)償電路，晶體管Q5、Q6、Q7和電阻R7、R8、R9構(gòu)成遲滯比較器正反饋電路，buf是比較器輸出緩沖電路，輸出CTRL控制信號(hào)，可用于實(shí)現(xiàn)輸出靜噪功能的控制。溫度補(bǔ)償電路輸出具有一定溫度系數(shù)的電壓，對遲滯比較器進(jìn)行溫度特性補(bǔ)償，使得系統(tǒng)在不同環(huán)境溫度下使用時(shí)具有基本不變的翻轉(zhuǎn)電平和基本一致的遲滯窗口大小。遲滯比較器輸出電壓VB的特性見圖4，當(dāng)VIN大于V2時(shí)，VB的輸出變?yōu)楦唠娖剑?dāng)VIN小于V1時(shí)，VB的輸出變?yōu)榈碗娖?。V2-V1是遲滯比較器的輸出窗口，為了使系統(tǒng)工作穩(wěn)定，我們希望這個(gè)窗口大小和位置不隨溫度變化。
溫度補(bǔ)償電路在結(jié)點(diǎn)A處輸出一個(gè)PTAT(與絕對溫度成正比)電壓，該電壓表達(dá)式為VA=VbeQ1+R5R3VTlnn---(1)]]>式中n為晶體管Q2和Q3面積之比，該表達(dá)式對溫度求導(dǎo)，可得∂VA∂T=∂VbeQ1∂T+R5R3lnn∂VT∂T---(2)]]>其中表達(dá)式(2)右邊第一項(xiàng)為負(fù)，第二項(xiàng)為正，我們可以通過調(diào)節(jié)電阻R5和R3的比值，可以調(diào)節(jié)VA的溫度系數(shù)，而VA控制Q7的電流，通過Q6反饋到電阻R7和R8，在遲滯比較器輸出點(diǎn)VB處得到零溫度系數(shù)電壓，圖5是遲滯比較器輸出電壓VB的溫度掃描曲線，從仿真結(jié)果來看，此輸出的溫度特性較好，在-40℃到85℃全溫范圍內(nèi)，只有約0.5mV的變化，這樣保證了遲滯窗口較好的溫度特性。同時(shí)R7和R8比例關(guān)系決定了遲滯比較器的窗口，由于電阻的比值是恒定的，而且基本不受工藝影響，所以遲滯比較器的窗口不變。從而得到基本不隨溫度變化的遲滯翻轉(zhuǎn)電平和遲滯窗口大小。
遲滯窗口隨溫度變化測試得到曲線如圖6所示。從測試曲線可以看出，溫度在-40℃至85℃之間變化時(shí)，遲滯窗口的大小和位置變化很小，不到0.5dBm(轉(zhuǎn)換為電壓值只有0.32mV左右)，這個(gè)測試結(jié)果完全滿足系統(tǒng)的要求。
如圖7所示，這是本發(fā)明提出的電平檢測中的自動(dòng)靜噪電路和輸出緩沖電路。主要由這幾部分組成，Q11、Q12、Q13、Q14、R11、R12、R13、I1、I2組成自動(dòng)靜噪電路，放大器AMP、Q15、Q16、R14、R15、R16、R17、I3組成輸出緩沖電路。CTRL是由遲滯比較器提供的輸出信號(hào)，CTRL符合CMOS電平標(biāo)準(zhǔn)，CTRL為高電平時(shí)接近電源，為低電平時(shí)接近地電位。電路中I1、I2、I3是恒流源，設(shè)電流相等。
當(dāng)CTRL為低電平的時(shí)候，Q13的基極電位為低，三極管Q13截止，恒流源I2中的電流全部流入Q12，導(dǎo)致D點(diǎn)的電位下降，因?yàn)镼14和Q15的是共發(fā)射極的，當(dāng)D點(diǎn)電位下降到小于G點(diǎn)電位時(shí)，輸出主要由Q15決定，同時(shí)Q13是截止的，對于Q16的輸出不影響，此時(shí)的信號(hào)正常放大并輸出。
當(dāng)CTRL為高電平的時(shí)候，Q13的基極電位遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Q12的基極電位，三極管Q13導(dǎo)通，恒流源I2中的電流幾乎全部流入Q13，由于Q13的分流，導(dǎo)致Q12中的電流急劇下降，D點(diǎn)的電位升高，當(dāng)D點(diǎn)電位升高到大于G點(diǎn)電位時(shí)，輸出主要由Q14的VBE決定，最終Q12中電流接近于零，而D點(diǎn)電位接近VCC，所以VOUT-＝VD-VBE_Q14≈VCC-VBE_Q14(3)VOUT-將輸出信號(hào)的一路強(qiáng)制在高電平，而因?yàn)镼13導(dǎo)通，R15中電流增加，導(dǎo)致E點(diǎn)電位下降，使輸出信號(hào)的另外一路拉到低電平輸出，VOUT+＝VCC-I2*R15-VBE_Q16(4)式(4)中I2為流過R15的電流。從表達(dá)式(3)、(4)可以得到結(jié)論，CTRL信號(hào)為高電平的時(shí)候，可以有效的控制輸出信號(hào)為靜態(tài)的高低電平。這兩個(gè)輸出信號(hào)通過輸出緩沖電路的繼續(xù)放大，最終將形成有效的穩(wěn)定的靜態(tài)電平，同時(shí)這個(gè)自動(dòng)靜噪電路沒有時(shí)間延遲，一旦系統(tǒng)中沒有有效信號(hào)，自動(dòng)靜噪電路將會(huì)很快啟動(dòng)，以免除噪聲對系統(tǒng)造成的誤碼。
圖8是自動(dòng)靜噪電路實(shí)現(xiàn)的仿真結(jié)果圖。從曲線上可以看出，當(dāng)輸入信號(hào)VIN有效時(shí)，輸出VOUT也能夠正常傳輸信號(hào)，一旦沒有輸入信號(hào)，輸出會(huì)出現(xiàn)短暫的噪聲信號(hào)，這個(gè)延時(shí)是由遲滯比較器避免誤判而造成的短暫延時(shí)，一旦CTRL信號(hào)為高電平，輸出VOUT-VOUT+很快就恢復(fù)為固定的高低電平，達(dá)到抑制噪聲的功能，而CTRL為低電平時(shí)，輸出正常的數(shù)據(jù)信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種用于光纖通信限幅放大器的電平檢測電路裝置，該裝置包括功率檢測電路、基準(zhǔn)電路、遲滯比較器、溫度補(bǔ)償電路和自動(dòng)靜噪電路，其中功率檢測電路，用于對輸入的信號(hào)進(jìn)行采樣，產(chǎn)生采樣信號(hào)并將其發(fā)送到遲滯比較器；基準(zhǔn)電路，用于產(chǎn)生進(jìn)行比較的基準(zhǔn)電平，并將其發(fā)送到遲滯比較器；遲滯比較器，用于將輸入的所述采樣信號(hào)和基準(zhǔn)電平進(jìn)行比較；溫度補(bǔ)償電路，用于向遲滯比較器輸出具有一定溫度系數(shù)的電壓，對遲滯比較器進(jìn)行溫度特性補(bǔ)償；自動(dòng)靜噪電路，用于根據(jù)遲滯比較器的輸出，控制輸出信號(hào)，將低于設(shè)置門限值的輸入噪聲信號(hào)屏蔽；輸出緩沖電路，用于繼續(xù)放大自動(dòng)靜噪電路的輸出信號(hào)，使之形成有效的穩(wěn)定的靜態(tài)電平。
2.如權(quán)利要求1所述的電平檢測電路裝置，其中調(diào)節(jié)所述溫度補(bǔ)償電路中的電阻比值來調(diào)節(jié)溫度系數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的電平檢測電路裝置，其中溫度在-40℃至85℃之間變化時(shí)，所述遲滯比較器的遲滯窗口的大小和位置變化小于0.5dBm。
4.如權(quán)利要求3所述的電平檢測電路裝置，其中所述遲滯比較器的輸出為高電平時(shí)，所述自動(dòng)靜噪電路的輸出信號(hào)為靜態(tài)的高低電平。
5.如權(quán)利要求4所述的電平檢測電路裝置，其中所述自動(dòng)靜噪電路的輸出沒有時(shí)間延遲。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于光纖通信限幅放大器的電平檢測電路裝置，包括功率檢測電路，對輸入的信號(hào)進(jìn)行采樣，產(chǎn)生采樣信號(hào)并將其發(fā)送到遲滯比較器；基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生基準(zhǔn)電平，并將其發(fā)送到遲滯比較器；遲滯比較器，用于采樣信號(hào)和基準(zhǔn)電平進(jìn)行比較；溫度補(bǔ)償電路，向遲滯比較器輸出具有一定溫度系數(shù)的電壓，對遲滯比較器進(jìn)行溫度特性補(bǔ)償；自動(dòng)靜噪電路，根據(jù)遲滯比較器的輸出，控制輸出信號(hào)，將低于設(shè)置門限值的輸入噪聲信號(hào)屏蔽；輸出緩沖電路，繼續(xù)放大自動(dòng)靜噪電路的輸出信號(hào)，使之形成有效的穩(wěn)定的靜態(tài)電平。該電平檢測電路裝置可以方便地調(diào)整檢測電平，并且系統(tǒng)檢測電平不隨環(huán)境溫度的變化而變化，可以迅速屏蔽輸出端噪聲。
文檔編號(hào)H04B10/08GK101068131SQ20071012262
公開日2007年11月7日 申請日期2007年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月10日
發(fā)明者周華, 馮瑋, 蔣湘, 杜明鮮, 劉本麗, 王麗芳 申請人:烽火通信科技股份有限公司