一种突发接收检测电路及光线路终端的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种突发接收检测电路及光线路终端，包括接收光组件、突发信号接收芯片和控制电路；在所述突发信号接收芯片中集成有储能电容，所述突发信号接收芯片在接收到控制电路输出的触发信号时，采集接收光组件输出的响应电流，并输送至储能电容进行采样保持；所述控制电路通过突发信号接收芯片的采样输出引脚检测储能电容的采样电压，并生成突发检测信号对外输出。本实用新型采用突发信号接收芯片代替传统的分立电路设计方案，完成对突发信号的接收检测任务，不仅电路结构简单，成本低，而且通过设置可控放电电路，提高了整个突发接收信号的动态范围，保证了OLT模块对接收光信号的监控精度。
【专利说明】一种突发接收检测电路及光线路终端
【技术领域】
[0001]本实用新型属于光通信【技术领域】，涉及一种应用在光通信系统中的光模块，具体地说，是涉及一种应用在光线路终端中，用于对光网络中的突发信号进行接收检测的电路结构设计。
【背景技术】
[0002]当前，光模块正在向着低功耗、低成本、高性能的方向发展。对于GPON系统来说，其实现的关键技术包括上行信道复用技术、测距和补偿技术、突发信号接收技术、服务质量问题和DBA技术等。其中，突发信号接收技术可以帮助光网络管理单元找出光纤链路中发生故障的位置，进而简化维护工作，提高系统的可靠性。而突发接收信号正确恢复动态范围的提高和快速信号检测功能是光模块、尤其是GPON OLT模块面临的一大难题。
[0003]目前，满足GPON协议规定条件的突发信号检测电路方案虽然比较多，但是大都需要设计复杂的分立电路结构来实现其功能，不仅存在较大的设计难度，而且延长了突发接收检测电路及光模块的生产时间，导致光模块硬件成本的明显提升。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种突发接收检测电路，以解决现有突发信号检测电路方案结构复杂、设计难度大的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现:
[0006]一种突发接收检测电路，包括接收光组件、突发信号接收芯片和控制电路；在所述突发信号接收芯片中集成有储能电容，所述突发信号接收芯片在接收到控制电路输出的触发信号时，采集接收光组件输出的响应电流，并输送至储能电容进行采样保持；所述控制电路通过突发信号接收芯片的采样输出引脚检测储能电容的采样电压，并生成突发检测信号对外输出。
[0007]进一步的，在所述突发信号接收芯片中集成有镜像电流源，接收所述接收光组件输出的响应电流，并按照设定比例进行缩小后，传输至所述储能电容进行采样保持。
[0008]又进一步的，所述突发信号接收芯片通过其镜像电流源输出引脚连接所述接收光组件的响应电流输出端，在所述镜像电流源输出引脚上还连接有用于将响应电流转换成电压的电阻器件。
[0009]为了满足镜像电流源的工作需求，在所述突发接收检测电路中还设置有升压电路，所述突发信号接收芯片通过其镜像电流源输入引脚连接所述的升压电路，接收升压电路输出的直流高压，为镜像电流源的工作提供直流电压偏置。
[0010]为了控制所述升压电路输出镜像电流源工作所需的直流高压，所述控制电路输出控制信号至升压电路，使升压电路在控制信号的控制下将输入的低压直流电源转换成直流闻压输出。
[0011]再进一步的，在所述突发信号接收芯片上还集成有镜像电流采样引脚，所述镜像电流采样引脚通过采样电阻接地，将镜像电流转换成电压，为所述的储能电容充电，实现对突发接收信号的采样保持。
[0012]为了实现对下一个突发接收信号的准确接收，所述控制电路在接收完采样电压后，输出放电信号至突发信号接收芯片的放电引脚，对镜像电流源中结电容或者寄生电容中储存的电荷进行快速泄放，为接收下一个突发信号的到来做好准备。
[0013]基于上述突发接收检测电路结构，本实用新型还提供了一种采用所述突发接收检测电路设计的光线路终端，包括接收光组件、突发信号接收芯片和控制电路；在所述突发信号接收芯片中集成有储能电容，所述突发信号接收芯片在接收到控制电路输出的触发信号时，采集接收光组件输出的响应电流，并输送至储能电容进行采样保持；所述控制电路通过突发信号接收芯片的采样输出引脚检测储能电容的采样电压，并生成突发检测信号对外输出。
[0014]进一步的，所述光线路终端输出突发检测信号至与其外接的系统端，并接收系统端反馈的复位信号传输至光线路终端内部要求在数据包接收前复位的功能电路，以提高突发接收信号的动态范围。
[0015]再进一步的，在所述光线路终端中还设置有限幅放大器，所述接收光组件将接收到的光信号转换成电信号通过差分信号线传输至所述的限幅放大器，并经由所述限幅放大器进行幅值的放大处理后，输出至所述的系统端；在所述差分信号线中串联有交流耦合电容，在所述差分信号线上还连接有可控放电电路，所述可控放电电路的控制端接收所述系统端反馈的复位信号。
[0016]与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是:本实用新型的突发接收检测电路采用至少集成有储能电容的突发信号接收芯片代替传统技术中的分立电路设计方案，并配合接收光组件和控制电路，完成对突发信号的接收检测任务，不仅降低了电路设计难度，简化了电路结构，降低了光线路终端的硬件成本，而且通过设置放电时间可控的可控放电电路，可以保证小光信号光包的正确恢复，进而提高了整个突发接收信号的动态范围，保证了 OLT光模块对接收光信号的监控精度。
[0017]结合附图阅读本实用新型的【具体实施方式】后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是GPON系统上行数据包的结构示意图；
[0019]图2是本实用新型所提出的突发接收检测电路的一种实施例的电路原理框图；
[0020]图3是图2所示突发接收检测电路的突发接收检测信号时序图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细地说明。
[0022]GPON系统中上行传输突发数据包对光线路终端OLT模块而言，如何准确快速地检测出有突发信号到来并对突发信号进行准确接收至关重要。为了获得更高的带宽利用率，通常需要GPON OLT具备在几个比特内建立起突发的信号检测功能，以实现光线路终端OLT在上行突发模式下对每个突发信号包进行快速地信号检测。[0023]要实现接收侧突发模式应用所需的信号检测之所以困难，是因为GPON应用中采用的是TDMA方式。由于不同的光网络单元ONU到达光线路终端OLT的距离不相等，而且每一个ONU的光模块发出的光信号强度不同,造成了 OLT接收到的信号功率在每一个时隙都不相同，从而导致OLT容易误判。图1为ITU-T G.984.2规定的GPON数据包物理层开销(Physical-layer Overhead),上行速率在1.244Gbps时，强制规定的总开销为96bit,由防护时间(Guard Time)32bit、前导码时间(Preamble Time)44bit 和定界符时间(DelimiterTime)20bit组成。防护时间是指为避免信号包冲突，在两个连续突发信号包之间提供的时间间隔；前导码是为方便提取相位以获得比特同步和接收信号幅度恢复，在突发信号包前加入前导码“101010……”；而定界符是一种用于指示突发信号包开始的特殊码型，其可用来执行字节同步。除此之外，还规定了 CID (Consecutive Identical Digit)码最长允许72bit。
[0024]由图1可以看出:如果某个ONU距离OLT较近，OLT收到一个高强度的信号，当突然接着是某个远距离ONU发出光信号，OLT因为刚收到高强度的信号，而弱信号可能就错误的将I读成0，而不能识别。反之亦然。为此，需要OLT具备突发接收功能。突发接收的关键就是要在几个比特内迅速重新建立判决门限，接收电路根据这个门限正确恢复数据。
[0025]本实用新型为了满足突发模式下的光信号检测要求，提出了一种采用低功耗、低成本、高集成度的突发信号接收芯片设计的突发接收检测电路，在保证接收光信号监控精度的前提下，降低了 GPON OLT的成本和功耗，增强了 OLT模块设计的灵活性。
[0026]下面以基于GPON系统的光线路终端(即GPON 0LT)为例，通过一个具体的实施例来详细阐述所述突发接收检测电路的具体组建结构及其工作原理。
[0027]参见图2所示，本实施例的突发接收检测电路主要由接收光组件RA、突发信号接收芯片Ul和控制电路等部分组成。其中，接收光组件RA用于接收上行的光信号，并生成响应电流Ipd发送至突发信号接收芯片U1，以实现对上行突发信号的接收和检测。在所述突发信号接收芯片Ul中集成有储`能电容Cs，用于对上行突发信号进行采样保持。将所述突发信号接收芯片Ul连接控制电路，接收控制电路输出的触发信号MCU_Triger，并在所述触发信号MCU_Triger有效的期间内，打开储能电容Cs的充电回路，利用接收光组件RA输出的响应电流Ipd为储能电容Cs充电，实现对上行突发信号的采样保持。所述控制电路通过采集储能电容Cs的采样电压，即可准确地判断出是否有突发接收信号到来，并在检测到突发接收信号到来时，生成突发检测信号SD对外输出，以实现对突发信号到来的指示。
[0028]在本实施例中，所述控制电路优选采用一颗单片机MCU配合简单的外围电路组建而成，参见图2所示。选用单片机MCU的其中一路GPIO 口 P2输出所述的触发信号MCU_Triger,并将其传送至突发信号接收芯片Ul的触发引脚TRIGER，进而对突发信号接收芯片Ul内部用于控制所述储能电容Cs充放电的开关管Ql进行通断控制。
[0029]在所述突发信号接收芯片Ul内部还集成有镜像电流源MIR，用于镜像接收光组件RA输出的响应电流Ipd，并通过开关管Ql传输至所述的储能电容Cs，实现对突发接收信号的采样保持。将突发信号接收芯片Ul的镜像电流源输出引脚MIROUT连接至所述接收光组件RA的响应电流输出端，并通过一电阻器件Rl接地，通过所述电阻器件Rl实现从电流信号到电压信号的转换。所述镜像电流源MIR对响应电流Ipd按照设定比例(通常设定为5:1)进行缩小处理，形成镜像电流传输至突发信号接收芯片Ul的镜像电流采样引脚VIP。所述镜像电流采样引脚VIP通过一采样电阻Rs接地，进而将镜像电流转换成镜像电压，为所述的储能电容Cs充电，实现对突发接收信号的采样保持。
[0030]为了满足镜像电流源MIR的工作需求，本实施例还在所述的突发接收检测电路中设计了升压电路，参见图2所示，用于将低压直流电源VCC转换成直流高压HV，输出至突发信号接收芯片Ul的镜像电流源输入引脚MIRIN，进而为镜像电流源MIR的工作提供所需的直流电压偏置。
[0031]为了对升压电路输出的直流高压HV的幅值进行调节，将所述升压电路的控制端连接单片机MCU，例如连接MCU的另外一路GPIO 口 P3，接收MCU通过该路GPIO 口 P3输出的控制信号(例如PWM信号)，以调节升压电路内部振荡电路的振荡频率，实现对低压直流电源VCC的升压变换，进而输出满足镜像电流源MIR工作需求的直流高压HV。
[0032]由于在镜像电流源MIR内部存在寄生电容或者结电容，当镜像电流源MIR对接收光组件RA输出的响应电流Ipd进行镜像输出时，所述的响应电流Ipd同时会为镜像电流源MIR内部的寄生电容或者结电容充电。为了不影响下一个接收信号包的准确恢复，需要在下一个接收信号包到来前，对残留在镜像电流源MIR内部的寄生电容或者结电容中的电荷进行及时泄放，进而为接收下一个即将到来的光信号做好准备。为此，本实施例设计所述单片机MCU在采集完储能电容Cs的采样电压后，输出放电信号MCU_Discharge至突发信号接收芯片Ul的放电引脚DISCHARGE，进而控制突发信号接收芯片Ul内部的开关管Q2导通，将镜像电流源MIR中的结电容或者寄生电容中储存的电荷对地快速泄放，为接收下一个突发信号的到来做好准备。
[0033]在本实施例中，优选采用MCU的另外一路GPIO 口 Pl输出所述的放电信号MCU_Discharge，传输至突发信号接收芯片Ul的放电引脚DISCHARGE。对于储能电容Cs中采样电压的采集，可以首先利用突发信号接收芯片Ul内部集成的放大器对储能电容Cs的采样电压进行放大后，通过突发信号接收芯片Ul的采样输出引脚VOP输出至MCU的模数转换接口 ADC，或者通过独立的模数转换电路转换成数字信号后，再发送至MCU的数字接口。MCU根据接收到的采样电压，判断是否有光信号到来，并生成TTL电平的突发检测信号SD，通过光线路终端OLT的信号检测引脚输出至管理所述光线路终端OLT的系统端。系统端根据接收到的突发检测信号SD的电平状态，即可判断出有无光信号输入。当系统端判断出有光信号输入时，一方面可以利用SD信号检测出光信号的到达时间，以利于带宽的利用率；另一方面生成复位信号RESET，反馈至所述的光线路终端0LT，控制OLT模块中的相应功能电路复位，比如控制连接在限幅放大器LA前端的储能元件(例如串联在接收光组件APD与限幅放大器LA输入端之间的电容元件Cl、C2)放电，以准备接收即将到来的数据包。
[0034]在本实施例中，所述接收光组件RA利用其内部集成的雪崩光电二极管APD (或者PIN型光电二极管)接收通过光纤耦合输入的光信号，并将光信号转换成电信号后，输出至跨阻抗放大器TIA进行前置放大处理，并生成差分形式的电信号，通过跨阻抗放大器TIA的差分信号端子RXIN+、RXIN-输出。所述差分信号各自经由一路交流耦合电容Cl、C2隔离掉其中的直流成分后，传输至限幅放大器LA进行幅值的放大处理，然后通过限幅放大器LA的差分信号输出端子RXOUT+、RXOUT-输出至系统端，以实现系统端对上行光网络数据的接收。
[0035]为了提高整个突发接收信号的动态范围，本实施例在两个交流耦合电容Cl、C2连接限幅放大器LA的差分数据线上分别设置了一个可控放电电路，参见图2所示。将通过系统端反馈的复位信号RESET传输至这两个可控放电电路的控制端，控制两个可控放电电路的放电时间，使得交流耦合电容Cl和C2快速放电，以保证后续光信号尤其是强度较小的光信号包可以正确恢复，进而提高整个突发接收信号的动态范围。
[0036]下面结合图2、图3对本实施例所提出的突发接收检测电路的工作原理进行详细地阐述。
[0037]系统端通过I2C总线向与其连接的光线路终端OLT下发指令，要求其接收上行数据时，MCU输出低电平有效的触发信号MCU_Triger至突发信号接收芯片Ul的触发引脚TRIGER，控制集成在突发信号接收芯片Ul内部的开关管Ql导通。突发信号接收芯片Ul利用其内部集成的镜像电流源MIR对接收光组件RA输出的响应电流Ipd进行镜像输出，并通过采样电阻Rs将电流转换成电压后，通过开关管Ql为集成在突发信号接收芯片Ul内部的储能电容Cs充电。充电结束后，MCU将触发信号MCU_Triger置为高电平，控制开关管Ql断开，然后对突发信号接收芯片Ul的采样输出引脚VOP的电压进行采样处理。待采样处理结束后，MCU发出高电平有效的放电信号MCU_Discharge至突发信号接收芯片Ul的放电引脚DISCHARGE，使该引脚由低电平变为高电平，进而控制突发信号接收芯片Ul内部的开关管Q2导通。由于开关管Q2的导通电阻较小，因此可以对镜像电流源MIR内部的寄生电容或者结电容中储存的电荷进行快速放电，从而减小干扰包对被测包接收检测信号的影响，保证突发接收光信号的监控精度。
[0038]当开关管Ql断开后，储能电容Cs中储存的电荷经由突发信号接收芯片Ul内部集成的放电电路放电，进而为检测下一个突发信号的到来做好准备。
[0039]本实施例通过采用高集成的突发信号接收芯片Ul代替传统的分立电路设计方案，实现对突发光信号的准确接收和检测，在保证接收光信号监控精度的前提下，简化了电路设计，降低了系统功耗。将其应用在GPON OLT的电路设计中，可以提高带宽利用率，使得GPON OLT模块的光通信性能更加稳定、可靠。
[0040]当然，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型所要求保护的技术方案的精神和范围。
【权利要求】
1.一种突发接收检测电路，其特征在于:包括接收光组件、突发信号接收芯片和控制电路；在所述突发信号接收芯片中集成有储能电容，所述突发信号接收芯片在接收到控制电路输出的触发信号时，采集接收光组件输出的响应电流，并输送至储能电容进行采样保持；所述控制电路通过突发信号接收芯片的采样输出引脚检测储能电容的采样电压，并生成突发检测信号对外输出。
2.根据权利要求1所述的突发接收检测电路，其特征在于:在所述突发信号接收芯片中集成有镜像电流源，接收所述接收光组件输出的响应电流，并按照设定比例进行缩小后，传输至所述储能电容进行采样保持。
3.根据权利要求2所述的突发接收检测电路，其特征在于:所述突发信号接收芯片通过其镜像电流源输出引脚连接所述接收光组件的响应电流输出端，在所述镜像电流源输出弓I脚上还连接有用于将响应电流转换成电压的电阻器件。
4.根据权利要求2所述的突发接收检测电路，其特征在于:所述突发信号接收芯片通过其镜像电流源输入引脚连接升压电路，接收升压电路输出的直流高压。
5.根据权利要求4所述的突发接收检测电路，其特征在于:所述升压电路接收控制电路输出的控制信号，在控制信号的控制下将输入的低压直流电源转换成直流高压输出。
6.根据权利要求2所述的突发接收检测电路，其特征在于:在所述突发信号接收芯片上还集成有镜像电流采样引脚，所述镜像电流采样弓I脚通过采样电阻接地。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的突发接收检测电路，其特征在于:所述控制电路在接收完采样电压后，输出放电信号至突发信号接收芯片的放电引脚。
8.一种光线路终端，其特征在于:设置有如上述权利要求1至7中任一项所述的突发接收检测电路。
9.根据权利要求8所述的光线路终端，其特征在于:所述光线路终端输出突发检测信号至与其外接的系统端，并接收系统端反馈的复位信号传输至光线路终端内部要求在数据包接收前复位的功能电路。
10.根据权利要求9所述的光线路终端，其特征在于:在所述光线路终端中还设置有限幅放大器，所述接收光组件将接收到的光信号转换成电信号通过差分信号线传输至所述的限幅放大器，并经由所述限幅放大器进行幅值的放大处理后，输出至所述的系统端；在所述差分信号线中串联有交流耦合电容，在所述差分信号线上还连接有可控放电电路，所述可控放电电路的控制端接收所述系统端反馈的复位信号。
【文档编号】H04B10/07GK203632673SQ201320785514
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2013年12月4日
【发明者】石良, 张春刚 申请人:青岛海信宽带多媒体技术有限公司