光接收电路及防止逻辑异常的方法与流程

本发明实施例涉及光通信技术，尤其涉及到一种光接收电路和一种光接收电路中防止逻辑异常的方法。

背景技术：

IGBT驱动芯片由发光二极管和光电二极管组成的信号传输系统。一般来说，发光二极管和集成光电二极管的接收电路被封装在一起。由于集成的光电二极管接收的光信号非常微弱，因此，在现有的光信号接收技术中，光信号接收电路常常出现逻辑误判，而导致信号失真。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于，提供一种光接收电路以及一种防止电路逻辑异常的方法，以解决传统的光信号接收电路中因电路逻辑误判而导致信号失真的问题。

一方面，本发明提供了一种光接收电路，包括：

光信号接收模块；

一级放大电路，该一级放大电路之输入端连接于所述光信号接收模块，用于将所述光信号接收模块所产生的电流信号转换为第一电压信号；

二级放大电路，该二级放大电路之输入端连接于所述一级放大电路之输出端，用于依据所述第一电压信号产生第二电压信号及基准电压信号；及

比较输出电路，该比较输出电路之输入端连接于所述二级放大电路至输出端，用于依据所述第二电压信号及所述基准电压信号输出相应的数字逻辑信号；

其中，所述二级放大电路包括两个输入端和两个输出端，其中一个输入端连接有恒流偏置电路，以使所述二级放大电路的两个输出端之电压差恒大于一个预设值。

一方面，本发明提供了一种防止逻辑异常的方法，应用于光接收电路中，该方法包括以下步骤：

光信号接收步骤，接收光信号并将接收的光信号转换为电流信号；

电流-电压转换步骤，将电流信号放大并转换为第一电压信号；

电压放大步骤，依据所述第一电压信号产生第二电压信号及基准电压信号；及

比较输出步骤，比较所述第二电压信号和所述基准电压信号，根据比较结果输出相应的数字逻辑信号；

其中，所述电压放大步骤通过一个二级放大电路实现，该二级放大电路包括一个第二放大器，该第二放大器包括两个输入端和两个输出端，其中一个输入端连接有一个恒流偏置电路，该恒流偏置电路使得所述第二电压信号和基准电压信号之电压差恒大于一个预设值。

本发明实施例之光接收电路及防止电路逻辑异常的方法，其通过在二级放大电路的其中一个输入端连接一个恒流偏置电路，使得二级放大电路的两个输出端之电压差(可等同于或可转换于比较输出电路的两个输入端之电压差)恒大于一个预设值，使得比较输出电路对其两个输入端之间的电压差得以始终确认识别，从而保证了比较输出电路始终输出正确的数字逻辑信号。

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为本发明实施例之光接收电路的功能模块图。

图2为本发明实施例之光接收电路的电路示意图。

图3为图2所示之光接收电路中关键节点的的波形示意图。

图4为本发明实施例之光接收电路中光电二极管的等效电路示意图。

图5为本发明另一实施例之光接收电路的电路示意图。

图6为本发明实施例之防止电路逻辑异常的信号处理流程图。

主要元件符号说明

光接收电路 100

光信号接收模块 10

一级放大电路 20

二级放大电路 30

比较输出电路 40

光电二极管 D1

第一放大器 OP1

第二放大器 OP2

比较器 CMP

第一电阻 R1

第二电阻 R2_1

第三电阻 R2_2

第四电阻 R3_1

第五电阻 R3_2

第六电阻 R4_1

第七电阻 R4_2

恒流偏置电路 IB

具体实施例

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。

请参考图1、2，在本实施例中，光接收电路100包括依顺序连接的光信号接收模块10、一级放大电路20、二级放大电路30及比较输出电路40。

光信号接收模块10用于接收外部光源的光信号，并将该光信号并转换为电流信号，以输出至一级放大电路20。该光信号接收模块10可以包括光电二极管D1或其他感光元件。

在本实施例中，光信号接收模块10为工作在反偏状态下的光电二极管D1，该光电二极管D1在没有光照或微弱光照的情形下，输出的电流非常微弱，相当于处在截止状态；该光电二极管D1在较强光照的情形下，方向电流迅速增大，相当于处在导通状态。

需要说明的是，该电流信号需要通过后续电路进行检测，该后续电路会根据电流大小输出相应的数字逻辑信号，提供后级读出电路进行处理。

一级放大电路20，该一级放大电路20之输入端连接于所述光信号接收模块10，用于将所述光信号接收模块10所产生的电流信号转换为第一电压信号。

在本实施例中，一级放大电路20包括第一放大器OP1、第一电阻R1、第二电阻R2_1及第三电阻R2_2，其中：第一放大器OP1包括第一输入端、第二输入端、第一输出端及第二输出端，第一放大器OP1之第一输入端通过第一电阻R1连接于光信号接收模块10的一端及通过第二电阻R2_1连接于第一放大器OP1之第一输出端，第一放大器OP1之第二输入端通过第三电阻R2_2连接于第一放大器OP1之第二输出端，第一放大器OP1之第一输出端及第二输出端作为一级放大电路20的输出端连接至二级放大电路30。

在本实施例中，光电二极管D1属于集成电路的一个子模块，并不是单独存在于集成电路外。不同的工艺，光电二极管D1的关键参数都不一样，比如光信号传输比例、寄生结电容等等，这些参数都会影响到后面接收电路能否正常工作。

第一电阻R1作为输入电阻，可以用来消除光电二极管D1随工艺偏差的问题，一般设置在几百欧姆到一千欧姆左右。可以满足各类工艺要求。

第一放大器OP1可以为跨阻放大器(Trans-impedance Amplifier，TIA)，该TIA之同相输入端为第一放大器OP1之第一输入端、反相输入端为第一放大器OP1之第二输入端、反相输出端为第一放大器OP1之第一输出端、同相输出端为第一放大器OP1之第二输出端。当然，第一放大器OP1也可以采用其他放大元件。

二级放大电路30，该二级放大电路30之输入端连接于所述一级放大电路20之输出端，用于依据所述第一电压信号产生第二电压信号及基准电压信号。其中，二级放大电路30包括两个输入端和两个输出端，其中一个输入端连接有恒流偏置电路IB，以使二级放大电路30的两个输出端之电压差恒大于一个预设值。

在本实施例中，二级放大电路30包括第二放大器OP2、第四电阻R3_1、第五电阻R3_2、第六电阻R4_1、第七电阻R4_2及所述恒流偏置电路IB，其中：第二放大器OP2包括第一输入端、第二输入端、第一输出端及第二输出端，第二放大器OP2之第一输入端连接于恒流偏置电路IB、通过第四电阻R3_1连接于第一放大器OP1之第一输出端及通过第六电阻R4_1连接于第二放大器OP2之第一输出端，第二放大器OP2之第二输入端通过所述第五电阻R3_2连接于第一放大器OP1之第二输出端及通过第七电阻R4_2连接于第二放大器OP2之第二输出端，第二放大器OP2之第一输出端及第二输出端作为二级放大电路30的输出端连接至比较输出电路40。

第一放大器OP1可以为反相比例电压放大器，该反相比例电压放大器之同相输入端为第二放大器OP2之第一输入端、反相输入端为第二放大器OP2之第二输入端、反相输出端为第二放大器OP2之第一输出端、同相输出端为第二放大器OP2之第二输出端。当然，第二放大器OP2也可以采用其他放大元件。

比较输出电路40，该比较输出电路40之输入端连接于所述二级放大电路30之输出端，用于依据所述第二电压信号及所述基准电压信号输出相应的数字逻辑信号。

比较输出电路40包括至少一个比较器CMP，其中：比较器CMP包括第一输入端、第二输入端、第一输出端及第二输出端，比较器CMP之第一输入端连接于第二放大器OP2之第一输出端，比较器CMP连接于第二放大器OP2之第二输出端，比较器CMP之第一输出端及第二输出端作为光接收电路100的输出端，用于输出相应的数字逻辑信号，提供后级读出电路进行处理。在本实施例中，二级放大电路30两个输出端之电压差和比较输出电路40两个输入端之电压差相同。在本实施例中，比较器CMP可以是高速比较器。

在一优选实施例中，恒流偏置电路IB需要满足以下条件：

R2_1*I_S*(R4_1/R3_1)≥M*I_B*R3_2；

其中，R2_1为所述第二电阻、R3_1为所述第四电阻、R3_2为所述第五电阻、R4_1为所述第六电阻，I_S为光信号接收模块10产生之电流，I_B为所述恒流偏置电路IB提供之电流，M为大于或等于2之实数。该优选实施例进一步保障了比较输出电路CMP两个输入端之电压差，从而避免比较器CMP的逻辑误判。

在一优选实施例中，当光信号接收模块10采用光电二极管D1时，请参考图4，其为光电二极管D1的等效电路图。Is是等效电流，Rs是等效串联电阻，由接触电阻、未耗尽层材料的体电阻所组成。Cd是结电容。Rs、Cd的大小同光电二极管的尺寸、结构和偏压相关。偏压越大，Rs、Cd越小。Rd是硅光电二极管的并联电阻，由硅光电二极管耗尽层电阻和漏电阻所构成，与管子尺寸有关。结面积越小，Rd越小。

由于一级放大电路20正常工作需要外接一个RC(Resistance-Capacitance)串联补偿网络来稳定其工作状态，但是额外的RC电路需要占芯片面积。为解决该问题，本优选实施例将光电二极管D1之阳极接地，阴极通过第一电阻R1连接于第一放大器OP1之第一输入端，将光电二极管D1光耦的寄生结电容Cd和第一电阻R1来形成一个RC串联电路，提供一个零点来补偿环路稳定性。

在一较优实施例中，第一电阻至第七电阻中的一个或多个为可变电阻。

为了使得本发明实施例更加清晰明白，以图2为参考，下面对本发明实施例之具体电路工作原理进行详细分析。在分析中，所涉及电路元件包括光电二极管D1、第一放大器OP1、第二放大器OP2、比较器CMP、第一电阻至第七电阻(R1、R2_1、R2_2、R3_1、R3_3、R4_1、R4_2)、恒流偏置电路IB。其中，R2_2，R3_1＝R3_3，R4_1＝R4_2。IPD为光电二极管D1产生的电流信号(光电流)。

当IPD＝0，偏置电流I_B＝0时，则：VINP1＝VINN1，VPD＝VR1，VINP1近似等于光电二极管D1的反偏电压，假设VPD＝VR1的直流偏置电压为Va；VPD_A＝VR2，假设VPD_A＝VR2的直流偏置电压为Vb。

当IPD＝Is(Is为光电二极管最大光电流)，VINP1＝VINN1，会流经第二电阻R2_1到地，故：VPD＝Va+R2_1*Is。

请参考图3，IPD是从0到Is的跳变电流信号，VPD在Va和Va+R2_1*Is之间变化。tr表示光电流的上升延迟，tf表示光电流的下降延迟，因此得出：

VPD_A＝Vb-[Va+R2_1*Is*(R4_1/R3_1)]；

VR2＝Vb-[Va+R2_2*0*(R4_2/R3_2)]＝Vb；

当Is＝0时，VPD_A＝VR2＝Vb；

当Is不等零时，VPD_A-VR2＝-R2_1*Is*(R4_1/R3_1)。

对于比较器CMP来说，当Is＝0时，其无法判断出正确的逻辑状态。因为Is＝0时，比较器CMP的两个输入端的电压相等，比较器CMP无法正常工作。为了解决这一问题，在第二放大器OP2的反相输入端接入一个恒流偏置电路IB，确保比较器CMP的两个输入端之电压差。

加入该恒流偏置电路IB之后：

当Is＝0时，VR2会比VPD_A低一个I_B*R3_2的电压值：VPD_A＝Vb，VR2＝Vb-IB*R3_2。可知，比较器CMP的两个输入端之间具有I_B*R3_2的电压差，这个电压差一般设置在50mV左右，而且可以根据实际情况调整I_B大小或者是第五电阻R3_2的大小。这种级别的压差，一般的比较器都能够正常识别，很容易移植。

当Is不等于零时，有：

VPD_A＝Vb-[Va+R2_1*Is*(R4_1/R3_1)]；

VR2＝Vb-I_B*R3_2-[Va+R2_2*0*(R4_2/R3_2)]；

VPD_A-VR2＝I_B*R3_2-R2_1*Is*(R4_1/R3_1)；

可知，比较器CMP的两个输入端之间的电压差仍有一定可能性为零，导致比较器CMP的逻辑误判，为此，恒流偏置电路IB输出的电流I_B还需要满足以下条件：

R2_1*Is*(R4_1/R3_1)≥M*I_B*R3_2；

Is为光电二极管光电流，I_B为恒流源偏置电路IB提供之电流信号，M为实数，本实施例优选M＝2，以实现最优性能。

综上，本发明实施例能够避免传统电路中容易出现的逻辑误判，而且本发明实施例中所有的电阻和恒流偏置电路均可以通过不同的方式进行调节，比如熔丝调节，数字编程调节等等，用来满足各种工艺的不同需求，移植性性非常高。

在另一个实施例中，如图5所示，与图2之电路不同之处在于，恒流偏置电路IB采用一端接地的方式。

图6位本发明实施例之防止电路逻辑异常的信号处理流程图。

光信号接收步骤S10，接收光信号并将接收的光信号转换为电流信号。

电流-电压转换步骤S20，将电流信号放大并转换为第一电压信号。步骤S10通过一个光电二极管实现，步骤S20通过一个一级放大电路实现，该光电二极管的阳极接地、阴极通过一个电阻连接所述一级放大电路，以便所述光电二极管之寄生结电容和所述电阻形成一RC电路。

电压放大步骤S30，依据所述第一电压信号产生第二电压信号及基准电压信号。步骤S30通过一个二级放大电路实现，该二级放大电路包括一个第二放大器，该第二放大器包括两个输入端和两个输出端，其中一个输入端连接有一个恒流偏置电路，该恒流偏置电路使得所述第二电压信号和基准电压信号之电压差恒大于一个预设值。

比较输出步骤S40，比较所述第二电压信号和所述基准电压信号，根据比较结果输出相应的数字逻辑信号。

以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。