一种otdr光信号接收电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光通信技术，尤其涉及适合于光通信中的光时域反射仪(以下简称0TDR)产品中使用的光信号检测和接收电路。
【背景技术】
[0002]0TDR是利用光在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射而制成的精密仪器，是光纤测试技术领域中的主要仪表，被广泛应用于光缆线路的检测、维护、施工之中，可进行光纤长度、光纤的传输衰减、接头衰减和故障定位等测量，具有测试时间短、测试速度快、测试精度高等优点。其中，光信号接收电路设计是整个0TDR系统设计的关键，直接影响0TDR的动态范围，测试精度等关键指标。
【发明内容】
[0003]为了实现高精度大动态范围指标的0TDR产品，本发明提供了一种0TDR光信号接收电路，包括顺序连接的探测器模块、探测电路模块、滤波模块和模数转换模块，所述探测电路模块采用具有反馈控制的三级放大电路方式实现，分别由跨导多档放大电路、单端转差分放大电路和差分放大电路构成第一、第二、第三级放大电路，由差分直流偏置电压校准电路来实现直流偏置电压的负反馈控制。
[0004]在上述技术方案中，所述探测电路模块将接收到的微弱光信号转换为电流信号。
[0005]在上述技术方案中，所述跨导多档放大电路根据由光信号转换而来的电流信号的幅值来自动选择不同的增益挡位，将其转换成单端电压信号。
[0006]在上述技术方案中，所述跨导多档放大电路的每档之间的放大增益相差若干倍，优选为10倍。
[0007]在上述技术方案中，所述单端转差分放大电路放大所述跨导多档放大电路输出的单端电压信号并将其转换成差分电压信号。
[0008]在上述技术方案中，所述差分放大电路将所述单端转差分放大电路输出的差分电压再次进行放大并输出。
[0009]在上述技术方案中，差分输出直流偏置电压校准电路根据所述差分放大电路输出的正负端的电压差别通过负反馈方式自动调节所述跨导多档放大电路和所述单端转差分放大电路的直流偏置电压，从而最终保持所述差分放大电路输出的直流偏置电压的一致性。
[0010]在上述技术方案中，所述探测器模块包括光探测器APD，其在一定偏压下的响应度为10mA/mW，输出的电流信号幅值范围为lpA〈i〈luA。
[0011]在上述技术方案中，所述跨导多档放大电路包括高速运算放大器、高速继电器SW和跨导电阻电容，所述跨导电阻电容将电流信号i转换成单端电压信号ul，换挡由信号处理器控制所述高速继电器完成；所述单端转差分放大电路包括高速差分放大器和增益电阻R，将单端电压信号ul转换成差分电压信号u2，放大增益由增益电阻R决定；所述差分放大电路包括高速差分放大器和内部增益电阻，将差分电压信号u2转换成差分电压信号u3，放大增益由内部增益电阻决定；所述差分直流偏置电压校准电路包括由运算放大器和积分电容电阻组成的积分电路，此积分电路根据输入正负端的电压差别通过负反馈方式自动调节所述跨导多档放大电路和所述单端转差分放大电路的直流偏置电压，从而最终保持所述差分放大电路输出直流偏置电压的一致性。
[0012]本发明还提供一种光时域反射仪，包括上述技术方案中的0TDR光信号接收电路。
[0013]本发明取得了以下技术效果:
[0014]1、通过联合采用多档多级放大方式尽可能地提高信号增益，并保证信号的带宽幅值要求从而将0TDR返回的微弱光信号转换成较强幅度的差分电信号，方便后续信号采集处理。
[0015]2、第一级放大采用多档放大方式能够保证电路低噪声的前提下尽可能的提高光信号检测的动态范围。
[0016]3、采用将单端信号转换成差分并放大有利于降低噪声、提高信号增益水平和噪声抑制能力。
[0017]4、具有直流偏置电流自动校准功能，采用差分直流偏置电压校准电路可以使整个过程中差分直流偏置电压保持不变，利于后续信号的采集。
[0018]5、使用本发明可以方便容易的制作性能优良的0TDR产品。
【附图说明】
[0019]图1为0TDR的典型功能框图；
[0020]图2为本发明提供0TDR光信号接收电路的基本功能图。
[0021]图3为本发明提供0TDR光信号接收电路的基本电路图。
[0022]图2中标记:
[0023]U1-第一级跨导多档放大电路；
[0024]U2-第二级单端转差分放大电路；
[0025]U3-第三级差分放大电路；
[0026]U4-差分直流偏置电压校准电路。
[0027]图3中标记:
[0028]HV-光电探测器APD的直流反偏电压；
[0029]APD-光电探测器；
[0030]Sff-高速继电器开关，用于第一级跨导放大的增益选择；
[0031]Rl, R2, R3-第一级跨导放大的跨导电阻；
[0032]REF-直流参考电压，提供Ul，U2直流偏置电压；
[0033]X10-10倍增益的差分放大器；
[0034]X5-5倍增益的差分放大器；
【具体实施方式】
[0035]为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及【具体实施方式】对本发明作进一步的详细描述。
[0036]OTDR的典型功能框图如图1所示，在信号处理器的控制下脉冲驱动器发出宽度可调的窄脉冲来驱动激光器(LD)，产生所需宽度的光脉冲(通常为5nS?20uS)，经光环行器后耦合入射到被测光纤线路中，该被测光纤线路中的后向瑞利散射光和菲涅耳反射光经光环形器解耦合后进入光电探测器，探测器把接收到的散射光和反射光信号转换成电信号，由探测电路进行放大后经ADC模数转换送到信号处理器处理(包括取样、模数转换和平均等)，处理结果由信号处理器输出到显示部件显示，一般采用平面坐标图方式来显示被测光纤线路的相关信息(衰减，接头，断点等)，以纵轴表示功率电平，横轴表示距离。
[0037]相对来说，菲涅耳反射光的强度较大，在设计0TDR时可不作过多考虑。而由于随着探测距离的增加，从被测光纤线路中接收得到的瑞利散射光非常微弱，对0TDR的光信号接收电路的放大增益和信噪比指标提出了很高的要求。
[0038]具体来说，0TDR的光信号接收电路中的光探测器将由被测光纤线路返回的光信号转换成相应的电流信号，例如当激光器LD的脉冲峰值功率为20dBm时，光探测器APD在一定偏压下的响应度为10mA/mW，对应地，动态范围40dB的0TDR所接收到的后向瑞利散射光信号被转换成电流信号后其幅值范围约为lpA〈i〈luA，如此微弱的电流信号需要放大并转换为0.5mV?500mV的电压信号供模数转换后方便信号处理器进行处理。
[0039]由此，本发明提供的0TDR光信号接收电路的基本结构如图2所示，包括顺序连接的探测器模块、探测电路模块、滤波模块和模数转换模块，其中探测电路模块采用具有反馈控制的三级放大方式实现，分别由跨导多档放大电路、单端转差分放大电路和差分放大电路构成第一、第二、第三级放大电路，由差分直流偏置电压校准电路来实现直流偏置电压的负反馈控制。
[0040]探测器输出的由光信号转换而来的电流信号i通过第一级跨导多档放大电路转换成单端电压信号ul，其中ul = i*Gl，式中G1为第一级跨导多档放大电路的放大增益，跨导多档放大电路根据探测器输出的电流信号i大小的不同自动选择不同的增益档位，选用不同增益档位时，对应的跨导电阻阻值R不同，当电流信号i较大时选择低增益档位，当电流信号i较小时选择高增益档位，优选地具体电流档位划分如下:(R单位:欧姆)
[0041]lpA〈i〈30pA，Rl = 5M
[0042]30pA〈i〈4nA，R2 = 500K
[0043]4nA〈i〈luA，R3 = 5K
[0044