专利名称：一种用于光纤通信限幅放大器的电平检测电路装置的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及光通信领域，尤其涉及一种用于光纤通信限幅放大器的电平检测电路装置。
背景技术：
一个完整的光数字接收机，如图1所示，包括一个光电检测器或光电二极管(PD)、一个前置放大器、一个具有均衡和滤波功能的主放大器、一个时钟恢复电路、一个数据判决电路以及作进一步数据处理的电路，如分接器。
光电检测器和前置放大器构成了光接收机的前端。数据信号首先通过光电检测器从光的形式转换为电的形式，前置放大器将从光电检测器得到的电流信号转化为电压形式。该电压信号经过进一步的放大或者均衡，经过再定时和鉴幅操作，数据信号再生。
由于注入的光信号本身很微弱，再加上信道衰减，使得光电检测器的输出电流信号十分的微弱。前置放大器在给定的带宽下，其目标是获得低噪声、高灵敏度以及高增益。当然要想获得低噪声和宽频带，前置放大器的增益不能太高。前置放大器的输出电压幅度通常从几毫伏到几十毫伏，而因为判决电路所需要的输入电压通常从几百毫伏到一伏以上，所以限幅放大器的增益一般需要40～50dB的增益，同时输入能够有较大的动态范围。
由于限幅放大器的增益较大，系统中的噪声信号也会被限幅放大器正常的放大，被放大的噪声信号，被送到下级电路中，会传达错误的数据信号，导致光接收机系统的误码。因此，设计限幅放大器的时候，需要有电平检测电路，如果输入的信号小于预定值，则输出报警信号。
国内外研究者对集成限幅放大器作了大量的研究，但用于光通信领域的限幅放大器必须带有电平检测电路，以提高系统的灵敏度。目前应用于光通信限幅放大器的电平检测电路在研究成果中少有报道。
发明内容
一般来说，光纤通信系统根据信号传输距离的不同对检测电平值有不同的需求，要求比较器电路可以根据需要来调节检测电平值；此外，系统工作在不同的地点、不同的季节，环境温度也会有所改变，要求比较器电路在不同的环境温度下有比较一致的电平检测值；同时芯片的增益较大，系统的噪声会增加误码率，因此输出端应该屏蔽系统噪声。
本发明提出的电平检测电路装置可以很好地解决上述三个问题。
本发明的目的在于提出一种用于光通信限幅放大器的电平检测电路装置，电平检测范围可按需调整，检测电平不受温度变化影响，同时自动屏蔽系统噪声的先进电路，可以有效地应用于光通信限幅放大器。
根据本发明，提供一种用于光纤通信限幅放大器的电平检测电路装置，该装置包括功率检测电路、迟滞比较器、基准电路、温度补偿电路和自动静噪电路，其中功率检测电路，用于对输入的信号进行采样，产生采样信号并将其发送到迟滞比较器；基准电路，用于产生进行比较的基准电平，并将其发送到迟滞比较器；迟滞比较器，用于将输入的所述采样信号和基准电平进行比较；温度补偿电路，用于向迟滞比较器输出具有一定温度系数的电压，对迟滞比较器进行温度特性补偿；自动静噪电路，用于根据迟滞比较器的输出，控制输出信号，将低于设置门限值的输入噪声信号屏蔽；输出缓冲电路，用于继续放大自动静噪电路的输出信号，使之形成有效的稳定的静态电平。
这种电平检测电路装置具有以下优点第一，该电平检测电路装置可以根据用户要求调整检测电平；第二，系统检测电平不随环境温度的变化而发生变化；第三，可以迅速屏蔽输出端噪声。
图1示出了现有技术中的光接收机的基本功能框图；图2示出了根据本发明的系统应用框图；
图3示出了根据本发明的温度补偿的原理图；图4示出了根据本发明的迟滞比较器的输出；图5示出了根据本发明的迟滞比较器输出电压的温度曲线；图6示出了根据本发明的迟滞窗口随温度变化的测试曲线；图7示出了根据本发明的自动静噪电路原理图；图8示出了根据本发明的自动静噪电路的输出波形。
具体实施例方式
本发明主要应用于光纤通信限幅放大器电路中。
图2显示了本发明在限幅放大器中的应用。这个电平检测电路装置主要由这几部分组成功率检测电路、温度补偿电路、迟滞比较器、基准电路和自动静噪电路，如图2中阴影所示。通过调整Rset来改变检测电平，功率检测电路时对输入的信号进行采样，基准电路是产生进行比较的基准电平，为了防止比较器的两个输入信号接近时出现啁啾，一般采用迟滞比较器，通过迟滞比较器将输入采样信号和基准电平进行比较，温度补偿电路是对迟滞比较器的输出进行的温度补偿，使电平检测在一40℃至85℃之间保持稳定，自动静噪电路是根据迟滞比较器的输出控制输出信号，可以将低于设置门限值的输入噪声信号屏蔽，以免除噪声信号的干扰，提高光接收机的抑制噪声特性。
参见图2，输入信号VIN经差分放大器放大后，由功率检测电路中的采样部分对输入信号的幅值取样，将取样电平输入到迟滞比较器的一个输入端，与基准电路产生的电平进行比较，可以通过调节电阻Rset的阻值来调节差分放大器的放大倍数，从而调节对输入信号的取样电平值，使我们可以根据系统要求来选择不同的Rset阻值，满足对不同系统对检测电平的要求。
参见图3，是根据本发明提出的电平检测电路装置的迟滞比较器和温度补偿电路的结构。图中，电阻R2、R3、R4、R5和晶体管Q1、Q2、Q3、Q4对电平检测的温度补偿电路，晶体管Q5、Q6、Q7和电阻R7、R8、R9构成迟滞比较器正反馈电路，buf是比较器输出缓冲电路，输出CTRL控制信号，可用于实现输出静噪功能的控制。温度补偿电路输出具有一定温度系数的电压，对迟滞比较器进行温度特性补偿，使得系统在不同环境温度下使用时具有基本不变的翻转电平和基本一致的迟滞窗口大小。迟滞比较器输出电压VB的特性见图4，当VIN大于V2时，VB的输出变为高电平，当VIN小于V1时，VB的输出变为低电平。V2-V1是迟滞比较器的输出窗口，为了使系统工作稳定，我们希望这个窗口大小和位置不随温度变化。
温度补偿电路在结点A处输出一个PTAT(与绝对温度成正比)电压，该电压表达式为VA=VbeQ1+R5R3VTlnn---(1)]]>式中n为晶体管Q2和Q3面积之比，该表达式对温度求导，可得∂VA∂T=∂VbeQ1∂T+R5R3lnn∂VT∂T---(2)]]>其中表达式(2)右边第一项为负，第二项为正，我们可以通过调节电阻R5和R3的比值，可以调节VA的温度系数，而VA控制Q7的电流，通过Q6反馈到电阻R7和R8，在迟滞比较器输出点VB处得到零温度系数电压，图5是迟滞比较器输出电压VB的温度扫描曲线，从仿真结果来看，此输出的温度特性较好，在-40℃到85℃全温范围内，只有约0.5mV的变化，这样保证了迟滞窗口较好的温度特性。同时R7和R8比例关系决定了迟滞比较器的窗口，由于电阻的比值是恒定的，而且基本不受工艺影响，所以迟滞比较器的窗口不变。从而得到基本不随温度变化的迟滞翻转电平和迟滞窗口大小。
迟滞窗口随温度变化测试得到曲线如图6所示。从测试曲线可以看出，温度在-40℃至85℃之间变化时，迟滞窗口的大小和位置变化很小，不到0.5dBm(转换为电压值只有0.32mV左右)，这个测试结果完全满足系统的要求。
如图7所示，这是本发明提出的电平检测中的自动静噪电路和输出缓冲电路。主要由这几部分组成，Q11、Q12、Q13、Q14、R11、R12、R13、I1、I2组成自动静噪电路，放大器AMP、Q15、Q16、R14、R15、R16、R17、I3组成输出缓冲电路。CTRL是由迟滞比较器提供的输出信号，CTRL符合CMOS电平标准，CTRL为高电平时接近电源，为低电平时接近地电位。电路中I1、I2、I3是恒流源，设电流相等。
当CTRL为低电平的时候，Q13的基极电位为低，三极管Q13截止，恒流源I2中的电流全部流入Q12，导致D点的电位下降，因为Q14和Q15的是共发射极的，当D点电位下降到小于G点电位时，输出主要由Q15决定，同时Q13是截止的，对于Q16的输出不影响，此时的信号正常放大并输出。
当CTRL为高电平的时候，Q13的基极电位远远高于Q12的基极电位，三极管Q13导通，恒流源I2中的电流几乎全部流入Q13，由于Q13的分流，导致Q12中的电流急剧下降，D点的电位升高，当D点电位升高到大于G点电位时，输出主要由Q14的VBE决定，最终Q12中电流接近于零，而D点电位接近VCC，所以VOUT-＝VD-VBE_Q14≈VCC-VBE_Q14(3)VOUT-将输出信号的一路强制在高电平，而因为Q13导通，R15中电流增加，导致E点电位下降，使输出信号的另外一路拉到低电平输出，VOUT+＝VCC-I2*R15-VBE_Q16(4)式(4)中I2为流过R15的电流。从表达式(3)、(4)可以得到结论，CTRL信号为高电平的时候，可以有效的控制输出信号为静态的高低电平。这两个输出信号通过输出缓冲电路的继续放大，最终将形成有效的稳定的静态电平，同时这个自动静噪电路没有时间延迟，一旦系统中没有有效信号，自动静噪电路将会很快启动，以免除噪声对系统造成的误码。
图8是自动静噪电路实现的仿真结果图。从曲线上可以看出，当输入信号VIN有效时，输出VOUT也能够正常传输信号，一旦没有输入信号，输出会出现短暂的噪声信号，这个延时是由迟滞比较器避免误判而造成的短暂延时，一旦CTRL信号为高电平，输出VOUT-VOUT+很快就恢复为固定的高低电平，达到抑制噪声的功能，而CTRL为低电平时，输出正常的数据信号。
权利要求
1.一种用于光纤通信限幅放大器的电平检测电路装置，该装置包括功率检测电路、基准电路、迟滞比较器、温度补偿电路和自动静噪电路，其中功率检测电路，用于对输入的信号进行采样，产生采样信号并将其发送到迟滞比较器；基准电路，用于产生进行比较的基准电平，并将其发送到迟滞比较器；迟滞比较器，用于将输入的所述采样信号和基准电平进行比较；温度补偿电路，用于向迟滞比较器输出具有一定温度系数的电压，对迟滞比较器进行温度特性补偿；自动静噪电路，用于根据迟滞比较器的输出，控制输出信号，将低于设置门限值的输入噪声信号屏蔽；输出缓冲电路，用于继续放大自动静噪电路的输出信号，使之形成有效的稳定的静态电平。
2.如权利要求1所述的电平检测电路装置，其中调节所述温度补偿电路中的电阻比值来调节温度系数。
3.如权利要求2所述的电平检测电路装置，其中温度在-40℃至85℃之间变化时，所述迟滞比较器的迟滞窗口的大小和位置变化小于0.5dBm。
4.如权利要求3所述的电平检测电路装置，其中所述迟滞比较器的输出为高电平时，所述自动静噪电路的输出信号为静态的高低电平。
5.如权利要求4所述的电平检测电路装置，其中所述自动静噪电路的输出没有时间延迟。
全文摘要
本发明涉及一种用于光纤通信限幅放大器的电平检测电路装置，包括功率检测电路，对输入的信号进行采样，产生采样信号并将其发送到迟滞比较器；基准电路，产生基准电平，并将其发送到迟滞比较器；迟滞比较器，用于采样信号和基准电平进行比较；温度补偿电路，向迟滞比较器输出具有一定温度系数的电压，对迟滞比较器进行温度特性补偿；自动静噪电路，根据迟滞比较器的输出，控制输出信号，将低于设置门限值的输入噪声信号屏蔽；输出缓冲电路，继续放大自动静噪电路的输出信号，使之形成有效的稳定的静态电平。该电平检测电路装置可以方便地调整检测电平，并且系统检测电平不随环境温度的变化而变化，可以迅速屏蔽输出端噪声。
文档编号H04B10/08GK101068131SQ20071012262
公开日2007年11月7日 申请日期2007年7月10日 优先权日2007年7月10日
发明者周华, 冯玮, 蒋湘, 杜明鲜, 刘本丽, 王丽芳 申请人:烽火通信科技股份有限公司