专利名称：一种光收发模块中的双速率接收装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种在光收发模块中应用的低成本双速率 接收装置。
背景技术：
在万兆以太网无源光网络光线路终端光收发模块的双速率接收机中，为了兼容已 有的千兆以太网无源光网络光网络单元设备，在万兆以太网无源光网络光线路终端光收发 模块中需要能够接收10. 3125G和1. 25G突发光信号。如果接收机工作设计优化在10. 3125G 的高速速率下，在1. 25G的接收灵敏度将劣化，反之则高速率接收机性能将无法保证。为了保证接收机在高、低两种速率下工作时均具有较高的接收灵敏度，同时在突 发工作状态下，满足双速率光接收组件及后续放大电路在小于400ns的时间内完成对突发 信号的转换，必须对接收电路进行优化设计。图1目前业界已知的一种解决方案，该方案采用双速率光接收组件实现对由高、 低速率数据通过时分复用形成的光信号的接收，再通过双速率限幅放大电路单元放大后， 由高速率、高带宽的扇出缓冲器分为高、低速率数据通路输出。该方案使得接收机在高、低 工作速率下均具有可以满足一定要求的接收灵敏度，同时满足在400ns内完成对突发光信 号转换的要求。但是由于高速率、高带宽扇出缓冲器相对低速率信号带宽过宽，会引入不必 要的高频噪声和串扰，降低低速率信号的接收灵敏度；同时由于目前IOG以上速率的扇出 缓冲器在光收发模块中应用并不广泛，价格昂贵，给光收发模块成本控制带来较大困难。
发明内容
本发明的目的在于提出一种低成本的光收发模块中的双速率接收装置，使得光接 收组件工作在最适合速率下的同时，系统主机能够选择从对应工作速率的限幅放大器数据 通路接收数据，从而实现对高、低速率光数据信号均具有较高的接收灵敏度。为达此目的，本发明提供一种光收发模块中的双速率接收装置，包括包含光探测 器和双速率跨阻放大器的双速率光接收组件；包含双速率限幅放大器的双速率限幅放大电 路单元；包含第一速率限幅放大器的第一速率限幅放大器数据通路；和包含第二速率限幅 放大器的第二速率限幅放大器数据通路。该光探测器的输出端与该双速率跨阻放大器的输 入端连接，用于将接收到的光信号转变成光电流，并送到双速率跨阻放大器；该双速率跨阻 放大器的数据输出端与该双速率限幅放大电路单元的数据输入端连接；该双速率限幅放大 电路单元的数据输出端分别与该第一速率限幅放大器的数据输入端、该第二速率限幅放大 器的数据输入端相连接；该第一速率限幅放大器的输出端和该第二速率限幅放大器的输出 端分别与系统主机连接，用于将各自接收到的差分数据信号放大后分别送到系统主机，系 统主机选择接收第一速率数据和第二速率数据。该双速率限幅放大电路单元的数据输出端分别与该第一速率限幅放大器的数据 输入端、该第二速率限幅放大器的数据输入端相连接的具体方法为该双速率限幅放大器的差分数据正输出端与该第一速率限幅放大器的差分数据正输入端相连接；该双速率限幅 放大器的差分数据负输出端与该第二速率限幅放大器差分数据负输入端相连接；该第一速 率限幅放大器差分数据负输入端与第一输入阻抗匹配网络相连接，用以匹配第一速率限幅 放大器差分数据负输入端的输入阻抗；该第二速率限幅放大器差分数据正输入端与第二输 入阻抗匹配网络相连接，用以匹配第二速率限幅放大器差分数据正输入端的输入阻抗。该双速率限幅放大电路单元还包括第一交流耦合电容和第二交流耦合电容，该双 速率跨阻放大器输出的差分数据信号的数据正端与该第一交流耦合电容的输入端连接，用 于隔离双速率跨阻放大器与双速率限幅放大器的数据正端直流工作电平；该双速率跨阻放 大器输出的差分数据信号的数据负端与该第二交流耦合电容的输入端连接，用于隔离双速 率跨阻放大器与双速率限幅放大器的数据负端直流工作电平。该双速率限幅放大电路单元还包括低通滤波电路，该第一交流耦合电容输出端与 该低通滤波电路的数据正输入端连接，该第二交流耦合电容输出端与该低通滤波电路的数 据负输入端连接；该低通滤波电路的输出端与该双速率限幅放大器的输入端连接，用于滤 除双速率跨阻放大器的高频噪声。该光收发模块中的双速率接收装置还包括偏置电压电路，该偏置电压电路的输出 端与该光探测器的输入端连接，用于产生光探测器所需的偏置电压。 该光探测器可以是PIN光电二极管，该偏置电压电路是PIN光电二极管偏置电路。 该光探测器也可以是雪崩光电二极管，该偏置电压电路是雪崩光电二极管偏置电压电路。各单元之间的连接方式可以是该双速率限幅放大电路单元与该第一速率限幅放 大器数据通路之间，该双速率限幅放大电路单元与该第二速率限幅放大器数据通路之间， 以及该光收发模块的数据输出与系统主机之间通过直流耦合或者交流耦合连接。各单元之间的连接方式还可以是该双速率光接收组件与该双速率限幅放大电路 单元之间，该光收发模块的数据输出与系统主机之间通过差分或者单端连接；该双速率限 幅放大电路单元与该第一速率限幅放大器之间通过单端连接；该双速率限幅放大电路单元 与该第二速率限幅放大器之间通过单端连接。该双速率跨阻放大器是10G/1.25G跨阻放大器，该双速率限幅放大器是 10G/1. 25G限幅放大器，该第一速率限幅放大器是1. 25G限幅放大器，该第二速率限幅放大 器是IOG限幅放大器。采用了本发明的技术方案，系统主机能够选择从高、低工作速率的限幅放大器数 据通路接收数据，方案中选择的双速率限幅放大器、低速和高速限幅放大器都是成熟的器 件，价格便宜，实现方便，接收性能优良。
图1是现有技术的一种光收发模块中的双速率接收装置的结构示意图； 图2是本发明的光收发模块中的双速率接收装置的结构示意图3是本发明具体实施方式
中一种光收发模块中的双速率接收装置的结构示意图； 图4是本发明在万兆以太网无源光网络光线路终端光收发模块中应用的一种结构示 意图。
具体实施例方式下面结合附图并通过具体实施方式
来进一步说明本发明的技术方案。图2是本发明的光收发模块中的双速率接收装置的结构示意图。如图2所示，一 种低成本双速率接收装置，位于光收发模块中，包括双速率光接收组件、双速率限幅放大电 路单元、低速限幅放大器数据通路和高速限幅放大器数据通路。双速率光接收组件与双速率限幅放大电路单元之间、双速率限幅放大电路单元与 低速限幅放大器数据通路之间、双速率限幅放大电路单元与高速限幅放大器数据通路之 间，以及光收发模块的数据输出与系统主机之间通过直流耦合或者交流耦合连接。双速率 光接收组件与双速率限幅放大电路单元之间、光收发模块的数据输出与系统主机之间通过 差分或者单端连接。双速率限幅放大电路单元与低速限幅放大器之间通过单端连接。双速 率限幅放大电路单元与高速限幅放大器之间通过单端连接。其中双速率光接收组件进一步包括光探测器和双速率跨阻放大器，双速率限幅放 大电路单元进一步包括双速率限幅放大器，低速限幅放大器数据通路进一步包括低速限幅 放大器，高速限幅放大器数据通路进一步包括高速限幅放大器。具体连接关系如下
光探测器是PIN光电二极管或者雪崩光电二极管，光探测器的输出端与双速率跨阻放 大器的输入端连接，光探测器将接收到的光信号转变成光电流，并送到双速率跨阻放大器。双速率跨阻放大器的数据输出端与双速率限幅放大电路单元数据输入端连接； 双速率限幅放大器数据输出端分别与低速限幅放大器数据输入端、高速限幅放大器输
入端相连接；
双速率限幅放大器差分数据正输出端与低速限幅放大器差分数据正输入端相连接； 双速率限幅放大器差分数据负输出端与高速限幅放大器差分数据负输入端相连接； 低速限幅放大器差分数据负输入端与输入阻抗匹配网络相连接； 高速限幅放大器差分数据正输入端与输入阻抗匹配网络相连接； 低速限幅放大器的输出端和高速限幅放大器的输出端分别与系统主机连接，用于将各 自接收到的差分数据信号放大后分别送到系统主机，系统主机可选择接收低速数据或高 速数据；
另外双速率限幅放大电路单元还可以包括低通滤波电路，双速率跨阻放大器输出端与 低通滤波器输入端相连接，低通滤波电路的输出端与双速率限幅放大器的输入端连接，低 通滤波电路可以滤除双速率跨阻放大器的高频噪声，以提高接收电路灵敏度。图3是本发明具体实施方式
中一种光收发模块中的双速率接收装置的结构示意 图。如图3所示，在该双速率接收装置中，在光探测器之前还包括偏置电压电路，偏置电压 电路的输出端与光探测器的输入端连接，能够产生光探测器所需的偏置电压。偏置电压电路是雪崩光电二极管偏置电压电路，用于产生雪崩光电二极管所需的 偏置电压。双速率光接收组件是10G/1. 25G双速率光接收组件，包括雪崩光电二极管(APD) 和10G/1. 25G跨阻放大器，10G/1. 25G双速率光接收组件特征是可以工作在1. 25G和IOG的 速率下。双速率限幅放大电路单元包括低通滤波电路和双速率限幅放大器，还包括Cl第一交流耦合电容和C2第二交流耦合电容。双速率跨阻放大器输出的差分数据信号的数据正端与第一交流耦合电容的输入 端连接，双速率限幅放大器差分数据正输入端与第一交流耦合电容的输出端连接，能够隔 离双速率跨阻放大器与双速率限幅放大器的数据正端直流工作电平；双速率跨阻放大器输 出的差分数据信号的数据负端与第二交流耦合电容的输入端连接，双速率限幅放大器差分 数据负输入端与第二交流耦合电容的输出端连接，能够隔离双速率跨阻放大器与双速率限 幅放大器的数据负端直流工作电平。双速率限幅放大器是10G/1.25G限幅放大器，低通滤波器3dB带宽设置在 7GHz^8. 5GHz左右，用于滤除高频噪声。低速限幅放大器数据通路是1. 25G限幅放大器数据通路，包括输入阻抗匹配网络 和1.25G限幅放大器。输入阻抗匹配网络由电阻、电容等无源元件构成，用以匹配低速限幅 放大器负输入端的输入阻抗。高速限幅放大器数据通路是IOG限幅放大器数据通路，包括输入阻抗匹配网络和 IOG限幅放大器。输入阻抗匹配网络由电阻、电容等无源元件构成，用以匹配高速限幅放大 器正输入端的输入阻抗。接收电路有1. 25G和IOG数据通路两对差分数据与系统主机相连。下面具体介绍该双速率接收装置的工作流程
雪崩光电二极管偏置电压电路与雪崩光电二极管相连，为雪崩光电二极管提供偏置电压。雪崩光电二极管将接收到的光信号转变成光电流，并将光电流信号送到 10G/1.25G跨阻放大器中。10G/1.25G跨阻放大器将接收到的光电流信号转变为差分的电压信号。10G/1.25G跨阻放大器输出的差分数据信号的数据正端(Data+)与Cl第一交流耦 合电容相连，10G/1. 25G跨阻放大器输出的差分数据信号的数据负端(Data-)与C2第二交 流耦合电容相连。低通滤波电路正输入端与Cl第一交流耦合电容连接，低通滤波电路负输入端与 C2第二交流耦合电容连接，低通滤波电路输出端与10G/1. 25G限幅放大器输入端相连接。 其中低通滤波电路的输出端通过差分直流耦合方式与10G/1. 25G限幅放大器相连接，滤除
高频噪声。10G/1. 25G跨阻放大器产生的差分数据信号经过低通滤波电路后由10G/1. 25G限 幅放大器进行预放大。10G/1. 25G限幅放大器放大后的差分数据信号以单端方式分别送到低速限幅放大 器数据通路和高速限幅放大器数据通路。其中10G/1.25G限幅放大器输出的差分数据信号 的数据正端与低速限幅放大器正输入端相连接，低速限幅放大器负输入端与输入阻抗匹配 网络相连接，10G/1. 25G限幅放大器输出的差分数据信号的数据负端与高速限幅放大器负 输入端相连接，高速限幅放大器正输入端与输入阻抗匹配网络相连接。低速限幅放大器和高速限幅放大器将10G/1. 25G限幅放大器放大后的单端数据 信号再次放大后转变为两路差分数据信号送到系统主机。当主机需要从由高、低速率数据通过时分复用形成的光信号中接收低速率数据时，主机可选择从低速限幅放大器数据通路接收低速率数据，反之，主机可选择从高速限幅 放大器数据通路接收高速率数据。图4是本发明在万兆以太网无源光网络光线路终端(10G EPON 0LT)光收发模块 中应用的一种结构示意图。如图4所示，在该双速率接收装置中，光探测器是雪崩光电二极 管，偏置电压电路是雪崩光电二极管偏置电压电路。雪崩光电二极管偏置电压电路的输出 端与雪崩光探测器的输入端连接，能够产生雪崩光探测器所需的偏置电压。双速率光接收组件是10G/1. 25G双速率光接收组件，包括雪崩光电二极管(APD) 和M02138跨阻放大器，M02138跨阻放大器为MindSpeed公司生产的10G/1. 25G双速率跨 阻抗放大器，其特征是可以工作在1. 25G和IOG的速率下。双速率限幅放大电路单元包括低通滤波电路和M02142限幅放大器，还包括Cl第 一交流耦合电容和C2第二交流耦合电容。M02142限幅放大器为MindSpeed公司生产的 10G/1. 25G双速率限幅放大器，其特征是可以工作在1. 25G和IOG的速率下。双速率跨阻放大器输出的差分数据信号的数据正端与第一交流耦合电容的输入 端连接，双速率限幅放大器差分数据正输入端与第一交流耦合电容的输出端连接，能够隔 离双速率跨阻放大器与双速率限幅放大器的数据正端直流工作电平；双速率跨阻放大器输 出的差分数据信号的数据负端与第二交流耦合电容的输入端连接，双速率限幅放大器差分 数据负输入端与第二交流耦合电容的输出端连接，能够隔离双速率跨阻放大器与双速率限 幅放大器的数据负端直流工作电平。低通滤波电路3dB带宽设置在7GHz 8. 5GHz左右，用于滤除高频噪声。低速限幅放大器数据通路是1. 25G限幅放大器数据通路，包括50欧姆输入阻抗 匹配网络和SY88903V限幅放大器。50欧姆输入阻抗匹配网络由电阻、电容等无源元件构 成，用以匹配SY88903V限幅放大器负输入端的输入阻抗。SY88903V限幅放大器是MICREL 公司生产的低速限幅放大器，其特征是可以工作在1. 25G速率下。低速限幅放大器通路还包括第三交流耦合电容C3，SY88903V限幅放大器与 M02142放大器之间通过单端交流耦合方式连接。C3第三交流耦合电容用于隔离M02142限 幅放大器与SY88903限幅放大器的数据正端直流工作电平。高速限幅放大器数据通路是IOG限幅放大器数据通路，包括50欧姆输入阻抗匹配 网络和0NET8501P限幅放大器。50欧姆输入阻抗匹配网络由电阻、电容等无源元件构成，用 以匹配0NET8501P限幅放大器正输入端的输入阻抗。0NET8501P限幅放大器是德州仪器公 司生产的高速限幅放大器，其特征是可以工作在IOG速率下。高速限幅放大器通路还包括第四交流耦合电容C4，0NET8501P限幅放大器与 M02142放大器之间通过单端交流耦合方式连接。C4第四交流耦合电容用于隔离M02142限 幅放大器与0NET8501P限幅放大器的数据负端直流工作电平。接收电路有1. 25G和IOG数据通路两对差分数据与系统主机相连。下面具体介绍该双速率接收装置的工作流程
雪崩光电二极管偏置电压电路与雪崩光电二极管相连，为雪崩光电二极管提供偏置电压。雪崩光电二极管将接收到的光信号转变成光电流，并将光电流信号送到M02138 跨阻放大器中。
M02138跨阻放大器将接收到的光电流信号转变为差分的电压信号。M02138跨阻放大器输出的差分数据信号的数据正端(Data+)与Cl第一交流耦合 电容相连，M02138跨阻放大器输出的差分数据信号的数据负端(Data-)与C2第二交流耦合 电容相连。低通滤波电路正输入端与Cl第一交流耦合电容连接，低通滤波电路负输入端与 C2第二交流耦合电容连接，低通滤波电路输出端与10G/1. 25G限幅放大器输入端相连接。 其中低通滤波电路的输出端通过差分直流耦合方式与M02142限幅放大器相连接，滤除高
频噪声。M02138跨阻放大器产生的差分数据信号经过低通滤波电路后由M02142限幅放大 器进行预放大。M02142限幅放大器放大后的差分数据信号以单端交流耦合方式分别送到低速限 幅放大器数据通路和高速限幅放大器数据通路。其中M02142限幅放大器输出的差分数据 信号的数据正端与C3第三交流耦合相连接，C3第三交流耦合电容与SY88903V限幅放大 器正输入端相连接，SY88903V限幅放大器负输入端与50欧姆输入阻抗匹配网络相连接。 M02142限幅放大器输出的差分数据信号的数据负端与C4第四交流耦合电容相连接，C4第 四交流耦合电容与0NET8501P限幅放大器负输入端相连接，0NET8501限幅放大器正输入 端与50欧姆输入阻抗匹配网络相连接。SY88903V限幅放大器和0NET8501P限幅放大器将M02142限幅放大器放大后的单 端数据信号再次放大后转变为两路差分数据信号送到系统主机。当主机需要从由高、低速率数据通过时分复用形成的光信号中接收低速率数据 时，主机可选择从低速限幅放大器数据通路接收低速率数据，反之，主机可选择从高速限幅 放大器数据通路接收高速率数据。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖 在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种光收发模块中的双速率接收装置，其特征在于，包括包含光探测器和双速率跨阻放大器的双速率光接收组件；包含双速率限幅放大器的双速率限幅放大电路单元；包含第一速率限幅放大器的第一速率限幅放大器数据通路；和包含第二速率限幅放大器的第二速率限幅放大器数据通路；所述光探测器的输出端与所述双速率跨阻放大器的输入端连接；所述双速率跨阻放大 器的数据输出端与所述双速率限幅放大电路单元的数据输入端连接；所述双速率限幅放大 电路单元的数据输出端分别与所述第一速率限幅放大器的数据输入端、所述第二速率限幅 放大器的数据输入端相连接；所述第一速率限幅放大器的输出端和所述第二速率限幅放大 器的输出端分别与系统主机连接，系统主机选择接收第一速率数据和第二速率数据。
2.根据权利要求1所述的光收发模块中的双速率接收装置，其特征在于所述双速率 限幅放大电路单元的数据输出端分别与所述第一速率限幅放大器的数据输入端、所述第二 速率限幅放大器的数据输入端相连接的具体方法为所述双速率限幅放大器的差分数据正 输出端与所述第一速率限幅放大器的差分数据正输入端相连接；所述双速率限幅放大器的 差分数据负输出端与所述第二速率限幅放大器差分数据负输入端相连接；所述第一速率限 幅放大器差分数据负输入端与第一输入阻抗匹配网络相连接；所述第二速率限幅放大器差 分数据正输入端与第二输入阻抗匹配网络相连接。
3.根据权利要求1所述的光收发模块中的双速率接收装置，其特征在于所述双速率 限幅放大电路单元还包括第一交流耦合电容和第二交流耦合电容，所述双速率跨阻放大器 输出的差分数据信号的数据正端与所述第一交流耦合电容的输入端连接；所述双速率跨阻 放大器输出的差分数据信号的数据负端与所述第二交流耦合电容的输入端连接。
4.根据权利要求3所述的光收发模块中的双速率接收装置，其特征在于所述双速率 限幅放大电路单元还包括低通滤波电路，所述第一交流耦合电容输出端与所述低通滤波电 路的数据正输入端连接，所述第二交流耦合电容输出端与所述低通滤波电路的数据负输入 端连接；所述低通滤波电路的输出端与所述双速率限幅放大器的输入端连接。
5.根据权利要求1所述的光收发模块中的双速率接收装置，其特征在于还包括偏置 电压电路，所述偏置电压电路的输出端与所述光探测器的输入端连接。
6.根据权利要求5所述的光收发模块中的双速率接收装置，其特征在于所述光探测 器是PIN光电二极管，所述偏置电压电路是PIN光电二极管偏置电路。
7.根据权利要求5所述的光收发模块中的双速率接收装置，其特征在于所述光探测 器是雪崩光电二极管，所述偏置电压电路是雪崩光电二极管偏置电压电路。
8.根据权利要求1所述的光收发模块中的双速率接收装置，其特征在于所述双速率 限幅放大电路单元与所述第一速率限幅放大器数据通路之间，所述双速率限幅放大电路单 元与所述第二速率限幅放大器数据通路之间，以及所述光收发模块的数据输出与系统主机 之间通过直流耦合或者交流耦合连接。
9.根据权利要求1所述的光收发模块中的双速率接收装置，其特征在于所述双速率 光接收组件与所述双速率限幅放大电路单元之间，所述光收发模块的数据输出与系统主机 之间通过差分或者单端连接；所述双速率限幅放大电路单元与所述第一速率限幅放大器之 间通过单端连接；所述双速率限幅放大电路单元与所述第二速率限幅放大器之间通过单端连接。
10.根据权利要求1所述的光收发模块中的双速率接收装置，其特征在于所述双速率 跨阻放大器是10G/1. 25G跨阻放大器，所述双速率限幅放大器是10G/1. 25G限幅放大器，所 述第一速率限幅放大器是1. 25G限幅放大器，所述第二速率限幅放大器是IOG限幅放大器。
全文摘要
本发明公开了一种光收发模块中的双速率接收装置，适用于光收发模块中，包括双速率光接收组件、双速率限幅放大电路单元、第一速率限幅放大器数据通路和第二速率限幅放大器数据通路，双速率限幅放大电路单元输出的信号分别输入第一速率限幅放大器数据通路和第二速率限幅放大器数据通路，得到不同速率的数据输出到系统主机。采用了本发明的技术方案，系统主机能够选择从对应工作速率的限幅放大器数据通路接收数据，对高、低速率光数据信号均具有较高的接收灵敏度，可以以较低的成本实现对由两个不同速率数据通过时分复用形成的光信号的接收。
文档编号H04B10/24GK102104431SQ20111002146
公开日2011年6月22日 申请日期2011年1月19日 优先权日2011年1月19日
发明者董轲 申请人:成都优博创技术有限公司