一种提高apd光接收机饱和光功率的电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种提高APD光接收机饱和光功率的电路，其特征在于：它包括一偏置电路，输出一受控的偏置电压于APD阴极；还具有一可改变所述偏置电压的控制端；一监控电路，串联于APD的电流回路中，具有实时监控APD的光电流值并输出的一监控端；以及一反馈模块，通过一采样输入端连接于所述监控端；具有可反映所述监控端过流状态的一反馈输出端，所述反馈输出端与所述控制端连接。本方案使APD的光电流不会超过设定的阈值，从而可以使APD接收比传统偏置方式饱和光功率更高的信号，拓展了APD方式接收光功率的限制。
【专利说明】一种提高APD光接收机饱和光功率的电路
【技术领域】
[0001]本实用新型属于光纤通信领域，涉及一种运用Aro光电二极管的光接收机其控制方法和装置。
【背景技术】
[0002]在光纤通信系统中，为了提高接收端接收机的接收灵敏度指标，经常运用基于雪崩倍增效应的雪崩光电二极管(Avalanche Photo Diode, APD)，利用其倍增效应来提高接收机的光灵敏度。APD管一般需要高压偏置(通常40-60V)，这种高压偏置一般采用DCBOOST电路升压来生成高压偏置，利用反馈环路来维持恒定的输出高压。
[0003]由于APD具有倍增放大效应，其放大倍数一般大于10，在输入光功率较小的时候，可以放大光电二极管的响应光电流，因此通常用APD制作的光接收机可以比用PIN管制作的光接收机灵敏度提高6dBm以上。但在较大光输入功率时，同样也由于倍增放大效应，输入跨阻放大器的光电流也会比较容易达到所能接受的饱和光电流，因此，用APD制作的光接收机的饱和输入光功率会因此受到限制，一般其饱和光功率比用PIN光电二极管制作的接收机低6dBm以上。
实用新型内容
[0004]针对上述现有运用Aro光电二极管的光接收机在光输入功率较大时受到限制的缺陷，本实用新型提出一种提高APD光接收机饱和光功率的电路，旨在提高其输入饱和光功率，其技术方案如下:
[0005]一种提高APD光接收机饱和光功率的电路，它包括:
[0006]—偏置电路，输出一受控的偏置电压于APD阴极；还具有一可改变所述偏置电压的控制端；
[0007]一监控电路，串联于APD的电流回路中，具有实时监控APD的光电流值并输出的一监控端；以及
[0008]一反馈模块，通过一采样输入端连接于所述监控端；具有可反映所述监控端过流状态的一反馈输出端，所述反馈输出端与所述控制端连接。
[0009]本方案的改进者如下:
[0010]优选实施例中，所述偏置电路米用DC BOOST结构，具有一电感、一开关器件、一续流二极管和一保持电容；其中该电感和续流二极管正向串联于输出正极的电流回路中，该开关器件的电流通路串联于该电感和续流二极管连接点与地之间；另有一电压取样网络，连接于所述正极与地之间，并获得其电压取样从一取样端输出；一第一误差放大器，其输出端通过一 PWM调制控制器控制所述开关器件；该第一误差放大器一个输入端分别连接所述取样端，另一个为所述控制端。
[0011 ] 优选实施例中，所述监控电路包括一镜像电流源，其输入端连接于所述正极，其输出端连接于APD阴极，另一输出端为所述监控端。[0012]优选实施例中,所述反馈模块包括:
[0013]采样电阻R3，连接于所述监控端与地之间；
[0014]第二误差放大器，其负输入端连接所述监控端，其正输入端连接一个产生基准电压的基准电压端；
[0015]调整管M2，其栅极连接所述第二误差放大器的输出端，漏极为所述反馈输出端，其源极接地；
[0016]控制电阻R4，连接于所述基准电压端和M2漏极之间。
[0017]本方案的有益效果有:
[0018]1.当较大光功率输入时，Aro的光电流不会超过设定的阈值，从而可以使Aro接收比传统偏置方式饱和光功率更高的信号，拓展了 APD方式接收光功率的限制。
[0019]2.在光功率未达到阈值时仍然保持了 APD的倍增放大效应，最大化地利用了 APD光接收管。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]以下结合附图实施例对本实用新型作进一步说明:
[0021]图1是本实用新型一实施例的方法步骤示意图；
[0022]图2是图1所示实施例的电路示意图。
【具体实施方式】
[0023]如图1所示，本实用新型一个实施例的示意图，图2是实现图1方法的具体电路图；
[0024]本实施例包括以下的步骤:
[0025]初始化步骤1:对一 APD光电二极管设置一偏置电路100和一监控电路20，该偏置电路100提供了 APD的偏置电压，使其可以正常工作，同时，偏置电路100可受控改变对APD的偏置电压，调整APD的偏置状态。该监控电路20用于实时监控APD的光电流。
[0026]阈值检测步骤2:设定一光电流的阈值，同时将监控电路200检测的实时APD光电流大小与该阈值相比较；
[0027]判别步骤3:通过上述与阈值的比较，检验光电流值是否在预制的范围之内，并得出两类结果:
[0028]A.若APD光电流在该阈值范围之内，则执行恒压步骤4，该步骤中，偏置电路100将APD的偏置电压设定为恒定，然后转入阈值检测步骤2 ；
[0029]B.若APD光电流超过该阈值范围，则进入调压步骤5，该调压步骤5中，偏置电路100立刻降低偏置电压，然后转入阈值检测步骤2 ；
[0030]上述步骤可以2、3和4可以是即时响应，也可以是分步式；本实施例采用即时响应直至Aro光电流值重新回落入该阈值范围内。特别地，为了实现更加稳定、平均光功率最大化，在调压步骤5中，APD的光电流被钳制于一恒定值。
[0031]可见，当较大光功率输入时，偏置电路100因此自动降低APD的偏置电压，从而减小其倍增系数，减小了最终输入跨阻放大器的光电流，APD的光电流不会超过设定的阈值，从而可以使Aro接收比传统偏置方式饱和光功率更高的信号，拓展了 Aro方式接收光功率的限制。另一方面，在光功率未达到阈值时仍然保持了 APD的倍增放大效应，最大化地利用了 APD光接收管。
[0032]结合图2所示，本实施例还具有其他特点:
[0033]偏置电路100通过监控电路20将受控的偏置电压施加于APD管D2的阴极；而监控电路20采用串联于APD管D2的电流回路中，实时监控APD的光电流值；反馈模块200，连接于偏置电路100和监控电路20。
[0034]反馈模块200包括一采样输入端和一反馈输出端201，该采样输入端获得将APD光电流同步转化为一监控电压，通过采样电阻R3，连接于监控端21与地之间获得该监控电压。
[0035]偏置电路100采用DC BOOST结构，具有一电感L1、一开关器件Ml、一续流二极管Dl和一保持电容Cl ;其中该电感LI和续流二极管Dl正向串联于输出正极的电流回路中，开关器件Ml的电流通路串联于该电感LI和续流二极管Dl连接点与地之间，通过开关器件Ml的开关操作，实现电感LI上的电压与VCC电压正向叠加，使正极获得适合于APD管D2的闻压。
[0036]一电压取样网络，Rl和R2的串联体，连接于正极与地之间，并获得其电压取样，从一取样端101输出，即Rl与R2的连接端；一第一误差放大器50,其输出端通过一 PWM调制控制器10控制开关器件Ml ;该第一误差放大器50其两个输入端分别连接取样端101和反馈输出端201，连接该反馈输出端201者即为该偏置电路100的控制端。
[0037]反馈模块200还包括第二误差放大器60，其负输入端连接监控端21，其正输入端连接一个产生基准电压的基准电压端70 ;—个调整管M2，其栅极连接第二误差放大器60的输出端，漏极为反馈输出端201，其源极接地。另有一个控制电阻R4，连接于基准电压端70和M2漏极之间。
[0038]当APD管D2光电流低于阈值时，该反馈输出端201输出一稳定的参考电压；iAPD光电流升高达到阈值时，该反馈输出端201降低参考电压；同时，第一误差放大器50根据反馈输出端201的电压值和取样端101的电压比较结果，控制PWM调制控制器10，以改变偏置电压，使监控电压与参考电压，即Rl和R2连接点与反馈输出端201保持相等。
[0039]以下为本电路的完整工作状态:
[0040]当输入APD管D2的光功率较小时，即流过APD的平均光电流较小，监控电路20中从监控端21镜像流入下拉电阻R3的电流也较小，监控端21的电压小于基准电压端70电压1.25V时，第二误差放大器60输出O电平，作为电流源的调整管M2处于截止状态，无电流流过电阻R4，因此R4没有产生压降，输入第一误差放大器50负输入端的参考电压等于1.25V。由于第一误差放大器50的反馈作用，取样端101的压降将等于1.25V，因此APD管D2的阴极将被偏置在恒定高压，该高压值为:
[0041 ] Vhigh=L 25V* (R2+R1) /R2
[0042]当输入APD管D2的光功率逐渐增大时，D2的平均光电流也增大，此时R3的压降也逐步增大，增大到1.25V时，即认为是D2的平均光电流到达了一个阈值，此时第二误差放大器60输出电压开始升高，调整管M2逐步开启，R4逐步有电流流过而产生压降，因而输入第一误差放大器50副输入端的参考电压也逐步降低，通过PWM调制控制器10的作用，调整偏置电路100的DC BOOST反馈环路，加载在APD管D2阴极的反向偏置电压也将逐步降低，D2倍增系数逐步减小，因而流过D2的光电流也相应减小。通过整个反馈环路的自动调节作用，流过APD的平均光电流将被钳制为，
[0043]Imax=L 25V/R3
[0044]该电流值不会随着输入光功率继续增大而增大，因而拓宽了饱和输入光功率,最终，TO-CAN模块30中的跨阻放大器40在处于饱和电流状态之前仍然可以通过D2接收更宽范围的输入光功率信息。
[0045]本方案中，反馈模块200具有很多种实施方式，在本方案披露之后，本领域技术人员可以根据反馈模块200以及与偏置电路100的工作原理自行更改结构，包括实现监控端21电压引起反馈输出端201变化的电路结构、以及反馈模块200控制偏置电路100的方式，这些更改，只要运用到反馈模块200的原理，即属于相同或等同的方案。
[0046]以上所述，仅为本实用新型较佳实施例而已，故不能依此限定本实用新型实施的范围，即依本实用新型专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖的范围内。
【权利要求】
1.一种提高APD光接收机饱和光功率的电路，其特征在于:它包括: 一偏置电路，输出一受控的偏置电压于APD阴极；还具有一可改变所述偏置电压的控制端； 一监控电路，串联于APD的电流回路中，具有实时监控APD的光电流值并输出的一监控端；以及 一反馈模块，通过一采样输入端连接于所述监控端；具有可反映所述监控端过流状态的一反馈输出端，所述反馈输出端与所述控制端连接。
2.根据权利要求1所述一种提高Aro光接收机饱和光功率的电路，其特征在于:所述偏置电路米用DC BOOST结构,具有一电感、一开关器件、一续流二极管和一保持电容；其中该电感和续流二极管正向串联于输出正极的电流回路中，该开关器件的电流通路串联于该电感和续流二极管连接点与地之间；另有一电压取样网络，连接于所述正极与地之间，并获得其电压取样从一取样端输出；一第一误差放大器，其输出端通过一 PWM调制控制器控制所述开关器件；该第一误差放大器一个输入端分别连接所述取样端，另一个为所述控制端。
3.根据权利要求2所述一种提高APD光接收机饱和光功率的电路，其特征在于:所述监控电路包括一镜像电流源，其输入端连接于所述正极，其输出端连接于Aro阴极，另一输出端为所述监控端。
4.根据权利要求1或2或3所述一种提高APD光接收机饱和光功率的电路，其特征在于:所述反馈模块包括: 采样电阻R3，连接于所述监控端与地之间； 第二误差放大器，其负输入端连接所述监控端，其正输入端连接一个产生基准电压的基准电压端； 调整管M2，其栅极连接所述第二误差放大器的输出端，漏极为所述反馈输出端，其源极接地； 控制电阻R4，连接于所述基准电压端和M2漏极之间。
【文档编号】H04B10/66GK203423694SQ201320452128
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年7月26日 优先权日:2013年7月26日
【发明者】林少衡, 彭慧耀 申请人:厦门优迅高速芯片有限公司