专利名称：一种高采样精度的rssi监测电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种提高OLT光模块RSSI采样精度的RSSI
监测电路。
背景技术：
GEPON (Gigabit Ethernet Passive Optical Network 吉比特以太无源光网络) 是目前最具发展前景的一种光纤网络，由OLT (Optical Line Terminal光线路终端)、0ΝΤ (Optical Network Terminal光网络终端)和光配线网络构成。GEPON的工作模式为异步的时分多址模式，在上行业务中，OLT系统给每个用户一个传输数据的时隙，由ONT向OLT 发送上行数据。因时分多址的工作模式，故其上行数据是不连续的，是由一个个突发数据组成。GEPON系统由于各个ONT的位置不同、距离不同、光线路状态不同，因此其光纤中的传输损耗就不同，由于各个数据包在光纤网络中都是以光信号为载体，从而造成OLT接收到的各个数据包光功率大小各异。这就要求OLT对上行突发光信号进行光功率的监控，发现异常能够告警。OLT设备可以分为光电模块和系统上位机两个部分，光电模块完成光电信号的转换，同时提供光电性能的监控与告警。现有技术对接收到的突发上行数据包的光功率大小进行监控而产生的监控信号为RSSI (Received Signal Strength hdication接收端信号强度指示)信号。OLT设备可以分为光电模块和系统主机两个部分，光电模块完成光电信号的转换，同时提供光电性能的监控与告警，包括利用RSSI判断接收到的突发光功率大小。在 IEEE802. 3ah协议中明确规定了监控功率的范围控制在_6dbm到-30dbm或者_31dbm。随着光模块的不断发展，本身的性能在不断地优化，客户的指标也在不断地提高。例如《中国电信EPON设备技术要求V2. 1》在V2. 0版本的基础上增加了“0LT的接收光功率检测”的规定“0LT应支持对其接收到的来自每个ONU的上行平均光功率的测量功能，在_30dbm到一 IOdbm范围内的测量精度不劣于士 ldB”。又例如华为要求工业级EPON OLT光模块在_40°C 到85°C的范围内，做到RSSI监控精度为士 ldB。现在EPON OLT 1. 25Gbps速率的OLT光模块在工业级标准下只能做到士2dB，这是由于模块本身的硬件设计所导致的，想要保证低成本，必然会对RSSI监控的精度会有所牺牲。为达到士2dB的RSSI监控精度，现有技术中RSSI监测电路都如图1所示。整个电路的原理是当APD(Avalanche Photodiode,雪崩光电二极管)接收到突发上行光信号后， APD将该光信号转换为与突发上行光信号的功率成正比的电流信号；跨阻放大器接收到该电流信号后，将该电流信号转换为电压信号向外输出；而后采样保持电路将该电压信号作为RSSI信号进行保持处理；MCU中的模数转换器(Analog-to-Digital Converter,以下简称ADC)对RSSI信号的电压进行采样，并将该RSSI信号的模拟电压转换为数字信号，该数字信号被称为采样值。一个采样值究竟代表多少光功率，是在MCU内部通过设定一个与采样值一一对应的查找表来确定的。查找表是让整个RSSI监测电路从光功率_6dbm到光功率-32dbm依次逐渐采样，根据发射的光功率和采样值的对应关系得到的。最后MCU将得到的光功率数值存储在寄存器中，由OLT系统上位机进行读取，完成光功率的检测工作。这样的硬件设计，由于受内部集成电路器件如运放、开关芯片等本身特性的限制， 往往难以同时兼顾强光上行信号和弱光上行信号的不同应用环境要求。又由于周围电路的干扰等，会出现APD产生的电流相同，采样保持电路保持的RSSI信号电压却不同的情况。实验发现在弱光的时候，例如19dbm，-30dbm和-31dbm，这样的情况尤其常见。同时由于光功率的波动基本是正态分布的，而偏离正态分布的主频率越远，利用查找表得到的结果误差越大。再有就是现有技术受不可滤除噪音和工业级温度的影响，导致RSSI采样精度也只能做到士2dB，进而使现有技术中按照光功率与采样值一一自然对应形成的MCU的查找表基本是以2dB为单位，无法做到士 IdB的精度。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种能够以更高精度对RSSI信号进行采样的RSSI监测电路。本发明的目的通过以下的技术方案来完成一种高采样精度的RSSI监测电路，包括APD、MCU、寄存器，还包括镜像电流电路、强光路、弱光路；镜像电流电路接收来自APD的电流信号，并向强光路和弱光路同时分别输出与APD电流信号相同的镜像电流信号；所述强光路包括强光跨阻放大器、强光采样保持电路、以及MCU提供的强光ADC，强光跨阻放大器将来自APD的镜像电流信号转换为强光电压信号并放大，强光采样保持电路对强光电压信号进行保持处理，强光ADC将强光电压信号转换为强光数字信号，MCU将强光数字信号与 MCU内部的强光查找表进行对比得到强光光功率数值；所述弱光路包括弱光跨阻放大器、 弱光采样保持电路、以及MCU提供的弱光ADC，弱光跨阻放大器将来自APD的镜像电流信号转换为弱光电压信号并放大，弱光采样保持电路对弱光电压信号进行保持处理，弱光ADC 将弱光电压信号转换为弱光数字信号，MCU将弱光数字信号与MCU内部的弱光查找表对比得到弱光光功率数值；MCU对强光光功率数值与弱光光功率数值进行对比处理后，将得到的结果光功率数值存入寄存器供上位机读取。进一步的，所述强光跨阻放大器的增益跨阻为200欧到600欧。强光跨阻放大器的增益跨阻相对较小，可以防止出现因强光电流增益过大，导致强光跨阻放大器输出饱和， 使信号丢失的情形。又进一步的，所述弱光跨阻放大器的增益跨阻为800欧到2000欧。弱光跨阻放大器的增益跨阻相对较大，可以有效的放大弱光电流，从而使后续的电路对弱光的RSSI信号采集更精确。另进一步的，所述强光查找表的查找范围为强光上限到η dbm, η为实数且大于弱光下限；所述弱光查找表的查找范围为m dbm到弱光下限，m为实数且小于强光上限。强光查找表和弱光查找表对应于强光路和弱光路不同的电路特性，各自有不同的查找范围，可以有效防止偏离主功率越大误差越大的情况发生，从而能够更加精确的确定光功率值。再进一步的，m大于等于n，m dbm到η dbm为滞回区间。滞回区间的设置能够让两个查找结果互相对比，使查找后得到的光功率数值更加精确。还进一步的，所述强光查找表和弱光查找表的相邻校准值之间间隔为0. 5dbm。每隔0. 5dbm设定一个校准值，能够更加精确的确定光功率数值。
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本发明的有益效果在于本发明通过将原有的一路RSSI监测电路分为强光路和弱光路，分别针对强光上行信号和弱光上行信号进行RSSI采样，并分别按照强光查找表和弱光查找表来对应RSSI采样值与查找表中的校准值，最后进行对比处理得到上行光功率大小，能够有效的提高采样精度；同时强光路和弱光路的电路配置不同，能够有效避免现有技术同一路监测电路无法兼顾不同功率的上行信号下应用环境要求，从而进一步提高采样精度；还通过分别确定查找范围的强光查找表和弱光查找表，滞回区间，0. 5dbm的校准值间隔等，更进一步提高采样精度，最终达到采样精度士IdB的高工业要求。
图1为现有技术中RSSI监测电路结构框图； 图2为本发明的具体实施例的电路结构框图。
具体实施例方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书(包括任何权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。同时本说明书中对替代特征的描述是对等同技术特征的描述，不得视为对公众的捐献。本说明书(包括任何权利要求、摘要和附图)中用语若同时具有一般含义与本领域特有含义的，如无特殊说明，均定义为本领域特有含义。如图2所示，为本发明具体实施例的电路结构框图。APD接收突发上行光信号，并发出与上行光信号光功率成正比的电流信号；镜像电流电路接收该电流信号，并向强光路和弱光路同时分别输出与APD电流信号相同的镜像电流信号。所述强光路由强光跨阻放大器、强光采样保持电路、以及MCU提供的强光ADC组成，强光跨阻放大器将来自APD的镜像电流信号转换为强光电压信号并放大，强光采样保持电路对强光电压信号进行保持处理，强光ADC采集强光采样保持电路中的强光电压信号后，将该以模拟电压形式存在的强光电压信号转换为以比特流形式存在的强光数字信号， MCU将强光数字信号与MCU内部的强光查找表对比得到强光光功率数值。弱光路与强光路的工作过程基本一致，所述弱光路由弱光跨阻放大器、弱光采样保持电路、以及MCU提供的弱光ADC组成，弱光跨阻放大器将来自APD的镜像电流信号转换为弱光电压信号并放大，弱光采样保持电路对弱光电压信号进行保持处理，弱光ADC将弱光电压信号转换为弱光数字信号，MCU将弱光数字信号与MCU内部的弱光查找表对比得到弱光光功率数值。MCU对强光光功率数值与弱光光功率数值进行对比处理后，将得到的结果光功率数值存入寄存器供上位机读取。这里所谓的“对比处理”，由于没有对硬件电路和查找表本身做太多改动，故直接将强光光功率数值和弱光光功率数值相加再除以2即可，如此可以减少因集成电路器件本身自带的噪音信号的干扰，可以有效地提高RSSI的采样精度。根据本发明的一个实施例，由于强光路和弱光路面临着不同的应用环境要求，比如若增益太大，会产生跨阻放大器的增益饱和现象，导致丢失强光上行信号。所谓增益饱和，是指跨阻放大器本身有增益的极限，若上行光信号本身光功率就大，导致APD的光电流也大，则理论上应该和功率较小的光电流有同样放大倍数的强光光电流，实际上超过了跨阻放大器的极限而无法实现，最终部分强光光电流和较弱的强光光电流被转换为一样大小的电压信号的现象。同时，若增益太小，弱光上行信号又很有可能被淹没在电路和周围环境产生的工业噪音信号之中，无法分辨。故强光路的跨阻放大器的增益电阻选择200欧到600 欧的阻值，可以有效防止增益饱和现象；同时弱光路的跨阻放大器的增益电阻选择800欧到2000欧，能够有效放大弱光信号；由此实现了兼顾不同应用环境要求的目的。至于强光路的弱光增益小，弱光路的强光有增益饱和等问题，由于强光路不关系弱光，弱光路不关心强光，所以不会产生影响。根据本发明的又一个实施例，所述强光查找表的查找范围为强光上限到η dbm, η 为实数且大于弱光下限；所述弱光查找表的查找范围为m dbm到弱光下限，m为实数且小于强光上限。m大于等于n，m dbm到η dbm为滞回区间。所述强光查找表和弱光查找表的相邻校准值之间间隔为0. 5dbm，校准值用于对ADC采样得到的光功率值进行校准。举例来讲，某一个工业要求RSSI监测电路的光功率监测范围为_6dbm到_32dbm， 则强光上限为_6dbm，弱光下限为-32dbm。然后人为设定m为-16，η为-18，则强光查找表的查找范围为_6dbm到-18dbm ；弱光查找表的查找范围为-16dbm到-32dbm ；-16dbm 到-ISdbm为滞回区间。同时查找表的校准值间隔为0. 5dbm，即强光查找表上校准值分别为 -6dbm、-6. 5dbm、。。。。。-17. 5dbm、-18dbm，弱光查找表和滞回区间以此类推。滞回区间的作用，一是可以做为相同范围使两个查找表进行对比提高精度，二是可以作为确定到底采用强光查找表的结果还是弱光查找表的依据。滞回区间可以通过跨阻值，APD响应度，以及输入光强等来算出。例如1. 25Gbps速率且接收波长为1310nm的光模块中，APD响应度Re>=0. 92A/V，强光增益跨阻值为R1，弱光增益跨阻值为R2，输入光强范围-6dbnT-32dbm，则根据公式101ogmw=dbm，可以计算出-6dbnT-32dbm对应的功率，再根据响应度可计算出光电流I=Re*mw*l(T-3，镜像电流电路是两路输出，假定强光路比例是 X: 1，弱光路是Y: 1，再由公式Vl=2. 5-I/X*Rl*10~3 ；V2=2. 5-I/Y*R2*10~3可以得到弱光到强光的采样电压分布，其相互重合的部分即为滞回区间。本实施例中MCU的查找过程如下当有上行光信号输入时，经过前序电路的处理， 强光ADC会生成强光光功率值a，弱光ADC会生成弱光光功率值b。MCU默认首先将a与强光查找表的η值即-ISdbm进行比较，若该a<-18dbm，则直接将b存入寄存器，流程结束。若该a>-18dbm，则MCU再将该a和弱光查找表的m值即-16dbm进行比较，看是否在滞回区间中，若-16dbm>a>=-18dbm，则让a、b在滞回区间中分别找最近的校准值做差，再取与校准值之差的绝对值最小的光功率值作为结果光功率值，比如若a=-16. 28dbm, b=_17. ldbm,则 a与-16. 5dbm最接近，绝对值为0. 22dbm, b与-17dbm最接近，绝对值为0. Idbm,综合下来， b与校准值之差的绝对值最小，则MCU将b存入寄存器。最后，若a>-16dbm，则MCU直接将 a存入寄存器，流程结束。如此设置的查找表配合强光路和弱光路，能够有效的提高RSSI的采样精度，使之达到士 IdB的高工业要求。
权利要求
1.一种高采样精度的RSSI监测电路，包括APD、MCU、寄存器，其特征在于 还包括镜像电流电路、强光路、弱光路；镜像电流电路接收来自APD的电流信号，并向强光路和弱光路同时分别输出与APD电流信号相同的镜像电流信号；所述强光路包括强光跨阻放大器、强光采样保持电路、以及MCU提供的强光ADC，强光跨阻放大器将来自APD的镜像电流信号转换为强光电压信号并放大，强光采样保持电路对强光电压信号进行保持处理，强光ADC将强光电压信号转换为强光数字信号，MCU将强光数字信号与MCU内部的强光查找表进行对比得到强光光功率数值；所述弱光路包括弱光跨阻放大器、弱光采样保持电路、以及MCU提供的弱光ADC，弱光跨阻放大器将来自APD的镜像电流信号转换为弱光电压信号并放大，弱光采样保持电路对弱光电压信号进行保持处理，弱光ADC将弱光电压信号转换为弱光数字信号，MCU将弱光数字信号与MCU内部的弱光查找表对比得到弱光光功率数值；MCU对强光光功率数值与弱光光功率数值进行对比处理后，将得到的结果光功率数值存入寄存器供上位机读取。
2.根据权利要求1所述高采样精度的RSSI监测电路，其特征在于 所述强光跨阻放大器的增益跨阻为200欧到600欧。
3.根据权利要求1所述高采样精度的RSSI监测电路，其特征在于 所述弱光跨阻放大器的增益跨阻为800欧到2000欧。
4.根据权利要求1所述高采样精度的RSSI监测电路，其特征在于所述强光查找表的查找范围为强光上限到η dbm, η为实数且大于等于弱光下限； 所述弱光查找表的查找范围为m dbm到弱光下限，m为实数且小于等于强光上限。
5.根据权利要求4所述高采样精度的RSSI监测电路，其特征在于 m大于等于n，m dbm到η dbm为滞回区间。
6.根据权利要求4所述高采样精度的RSSI监测电路，其特征在于 所述强光查找表和弱光查找表的相邻校准值之间间隔为0. 5dbm。
全文摘要
本发明公开了一种高采样精度的RSSI监测电路，通过将原有的一路RSSI监测电路分为强光路和弱光路，分别针对强光上行信号和弱光上行信号进行RSSI采样，并分别按照强光查找表和弱光查找表来对应RSSI采样值与查找表中的校准值，最后进行对比处理得到上行光功率大小，能够有效的提高采样精度；同时强光路和弱光路的电路配置不同，能够有效避免现有技术同一路监测电路无法兼顾不同功率的上行信号下应用环境要求，从而进一步提高采样精度；还通过分别确定查找范围的强光查找表和弱光查找表，滞回区间，0.5dbm的校准值间隔等，更进一步提高采样精度，最终达到采样精度±1dB的高工业要求。
文档编号H04B10/08GK102394694SQ20111034055
公开日2012年3月28日 申请日期2011年11月2日 优先权日2011年11月2日
发明者邓彬 申请人:成都优博创技术有限公司