专利名称:一种数字光接收器的光功率检测监控电路的制作方法
技术领域:
本实用新型涉及数字光纤传输系统用的网络设备,尤其涉及一种数字光 接收器的光功率检测监控电路。
技术背景近年来,宽带网络的用户正在迅猛增长,以光纤为传输介质的光网络因能 提供高速、大容量的网络环境,正在全球范围内掀起建设高潮。现在的网络设 备也越来越实现透明化管理、在线监视的功能,能对网络设备的状态及光功率 的大小能实时检测上报,"光功率"这一物理量成为其中最重要的测量项目之有些光收发一体模块的光接收器有接收光功率监控上报功能,由于电路基 板的空间有限和成本因素,不能用类似光功率计那样复杂的单元电路来实现光 功率检测的功能,光收发一体模块产品往往通过以下方式来实现光功率监控 光功率的测量一般利用光电转换装置将光功率转换成光电流,再测量电参量后 换算的方法获取。可以测量光电流也可以测量电压,由于光通讯中的光功率大多在lmW以下,转换后的光电流较小,电流的串联测量不便且测量电流误差大,所以较多的是将光电流经一个等效电阻转换为电压参量,这样测量电压参量较方便。522.4说明书第2/6页现有技术中, 一般采用如图1所示的双端输入单端输出的电路方式来实 现光功率检测,检测运算放大器的输出电压Vo,通过公式1计算出光电二极 管PD的光电流I,然后再通过公式2计算出光电二极管PD的光功率Pi的大公式2中的"R"表示光电二极管PD的响应度,为光电二极管的特征常 数。当电阻R1、 R2、 R3、 R4大小相等时,运算放大器的输出电压Vo等于电 阻R5上的电压Va-Vb,推导如下假设运算放大器的同相输入端电压为V+,反向输入端为V-,电阻R5与 Rl连接的节点电压为Va,电阻R5与R2连接的节点电压为Vb。根据"虚短"和"虚断"的概念,运算放大器的净输入电压为零,艮口<formula>formula see original document page 4</formula>根据图1所示可以列出两个节点电压方程如下:<formula>formula see original document page 4</formula>(公式4)<formula>formula see original document page 4</formula>(公式5)如果,电路中参数对称,即R1=R2=R3=R4 (公式6) 由公式3、公式4、公式5和公式6可以推导得出Vo=Va-Vb即得出电阻R5上的电压VR5等于运算放大器的输出电压Vo,同时Vo = VR5=Vcc-Vpd-Vl (公式7)这里Vcc为光电二极管的电源电压,Vl为前置放大器TIA的输入偏置电 压。当Vcc为5.0V时, 一般前置放大器TIA的输入偏置电压VI最小为0.8V, 反向偏置电压降Vpd至少为OV,根据公式7计算,则电阻R5的电压V^最 多4.2V的动态范围。则电阻R5的电压VK5范围最大只能至4.2V,假使使用 很好的运算放大器,失调电压只有lmV,则Vo的电压输出范围只能从lmV 至4.2V,所以无论如何取R5阻值,理论上最大仅36.2dB的动态范围,所以 此方案的缺点是测量光功率的量程窄,在一些要求宽动态范围的特殊场合中 此电路就不能很好的满足要求了 。发明内容本实用新型提供一种实时在线监控光功率大小和提供宽动态范围的数字 光接收器的光功率检测监控电路。为达到以上发明目的,本实用新型提供一种数字光接收器的光功率检测 监控电路,包括由一光电二极管PD和一前置放大器TIA集成的光电转换 装置,用于将接收的光功率转成光电流; 一由一双对称的PNP晶体管构成的 电流镜像电流源电路,用于将光电流镜像输出;和一对数转换器,用于将镜
像输出的光电流作对数转换。光电二极管PD的阳极接前置放大器TIA,阴极 接电流镜像电流源电路的其中一 PNP晶体管的集电集,两PNP晶体管的发射 集同时接电源电压Vcc,两管基极相连,并使相对称的另一 PNP晶体管的集 电集接对数转换器的输入端。还包括一线性运算电路,用于将对数转换器电压输出直线进行线性运算放大。所述线性运算电路为一减法比例运算放大电路,该运算放大电路包括 一运算放大器,其正端输入接对数转换器的输出端,其负端输入并联电接三电阻第一电阻接参考电压Vref,第二电阻接地,第三电阻电接运算放大器 的输出端。由于上述电路中采用了 PNP晶体管构成的电流镜像电流源电路,能够将 光电流镜像输出,不需中断数据通信,从而实现实时在线测量光功率,以及 对数转换器,能够将镜像后的数据电流信号作对数转换,得到较宽动态范围。 其次,线性运算电路能够将对数转换器电压输出直线进行线性运算放大,达 到灵活调节该直线的斜率和截距,能满足较宽的功率测量范围,提供宽动态 范围。
图1表示现有技术的光功率检测监控电路原理图;图2表示本实用新型的一种数字光接收器的光功率检测监控电路原理图;图3表示本实用新型的另一种数字光接收器的光功率检测监控电路原理图;具体实施方式
以下结合附图详细描述本实用新型最佳实施例。如图2所示的光功率检测监控电路,包括由一光电二极管PD和一前置放大器TIA集成的光电转换装置ll,用于将接收的光功率转成光电流; 一个 由一双对称的PNP晶体管构成的电流镜像电流源电路12,用于将数据电流信 号镜像输出,不需中断数据通信,从而实现实时在线式测量光电二极管PD的 光功率;和一对数转换器13,用于将镜像后的数据电流信号作对数转换,得 到较宽动态范围。光电二极管PD的阳极接前置放大器TIA,阴极接电流镜像 电流源电路12的其中一个PNP晶体管的集电集,两晶体管的发射集同时接电 源电压Vcc,两晶体管的基极相连,并使相对称的另一PNP晶体管的集电集 接对数转换器13的输入端。下面推导对数转换器13的输出电压Vo'与光电二极管PD的光功率Pi的 大小关系。电源电压Vcc经电流镜像电流源电路12到光电二极管PD支路的 光电流I大小等于电流镜像电流源电路12的另一支路到对数转换器的电流I, 通过检测对数转换器13输出电压Vo',根据对数转换器13的工作原理得^y二《ig丄 (公式8)公式8中,K为常数,跟对数转换器13有关,Iz为光电二极管的噪声电 流,也为常数,再结合公式2组成方程组即可推导出Vo'跟光功率Pi的关系 如下ft' = lO(F%)/W (公式9) 由上述公式可知,当检测对数转换器13的输出电压Vo',就可以计算出光电 二极管的光功率Pi的大小。如图3所示的光功率检测监控电路,是将图2所示的电路基础上增加了 一减法比例运算放大电路14,也可以采用其它线性运算电路。该减法比例运 算放大电路包括 一运算放大器,其正端输入接对数转换器13的输出端VO',其负端输入并联电接三电阻第一电阻R6接参考电压Vref,第二电阻R8接 地,第三电阻电R7接运算放大器的输出端V0"。减法比例运算放大电路14 的作用是将对数转换器13输出电压Vo'直线进行线性运算放大,达到灵活调 节该直线的斜率和截距,对数转换器13选用美国模拟器件公司(ANALOG DEVICES)的芯片AD8304,具有100pA 10mA的输入范围,光功率80dB 的动态范围,能满足较宽的功率测量范围,芯片AD8304还自带一运算放大 大器,可以组成运算放大电路,使用非常方便。用图3的方案能很好满足客户需求一48dBm--3dBm的光功率测量动态范围,一48dBm时模拟电压量为0.4V, —3dBm时模拟电压量为4V。在后级模数转换器ADC (Analog-to-Digital Converter)进行动态校准后,整个动态范围内监控精度可以 小于0.5dB,在光电二极管PD线性良好的区间内可以小于0.2dB。
权利要求1、一种数字光接收器的光功率检测监控电路,其特征在于,包括由一光电二极管PD和一前置放大器TIA集成的光电转换装置,用于将接收的光功率转成光电流;一由一双对称的PNP晶体管构成的电流镜像电流源电路,用于将数据电流信号镜像输出;和一对数转换器,用于将镜像输出的数据电流信号作对数转换,光电二极管PD的阳极接前置放大器TIA,阴极接电流镜像电流源电路的其中一PNP晶体管的集电集,两PNP晶体管的发射集同时接电源电压Vcc,两管基极相连,并使相对称的另一PNP晶体管的集电集接对数转换器的输入端。
2、 根据权利要求1所述的数字光接收器的光功率检测监控电路,其特 征在于,还包括一线性运算电路,用于将对数转换器电压输出直线进行线性 运算放大。
3、 根据权利要求2所述的数字光接收器的光功率检测监控电路,其特 征在于,所述线性运算电路为一减法比例运算放大电路,该运算放大电路包 括 一运算放大器,其正端输入接对数转换器的输出端,其负端输入并联电 接三电阻第一电阻接参考电压Vref,第二电阻接地,第三电阻电接运算放 大器的输出端。
专利摘要本实用新型提供一种数字光接收器的光功率检测监控电路,包括由一光电二极管PD和一前置放大器TIA集成的光电转换装置,用于将接收的光功率转成光电流;一由一双对称的PNP晶体管构成的电流镜像电流源电路,用于将数据电流信号镜像输出;和一对数转换器,用于将镜像输出的数据电流信号作对数转换,光电二极管PD的阳极接前置放大器TIA,阴极接电流镜像电流源电路的其中一PNP晶体管的集电集,两PNP晶体管的发射集同时接电源电压Vcc,两管基极相连,并使相对称的另一PNP晶体管的集电集接对数转换器的输入端。能够实现在线实时监控光功率大小和提供宽动态范围。
文档编号H04B10/142GK201215954SQ20082009552
公开日2009年4月1日 申请日期2008年7月14日 优先权日2008年7月14日
发明者夏京盛, 曹时立, 谢艺力 申请人:深圳新飞通光电子技术有限公司