专利名称：光接收器、调谐器和光网络的制作方法
技术领域：
本发明涉及光接收器、调谐器和光网络。这种接收器可以是接收模拟或数字信号的接收器，可应用于CATV网络或电话网络等网络的局部环路区域。该光网络可以是无源光网络。
由公开了宽带卫星接收器的日本专利申请63-33018号可得知以上类型的光接收器。天线信号通过玻璃纤维电缆馈送给光电变换器。该转换器的宽带输出电信号馈送给下变频器。下变频器的输出信号馈送给TV调谐器。在这种首先把玻璃纤维电缆的光变换为宽带电信号的光接收器的结构中，光电变换器包括一互阻抗放大器。这种结构的不足是虽然对整个相关频率范围进行了变换，但实际上，只使用很窄的频带，即TV调谐器中的调谐信道。由于寄生电容效应，互阻抗放大器的互阻抗受到为最大值的限制，使这一结构具有有限的噪声特性。通常的噪声频谱密度数值是2至8pA/
。一方面要求非常低的噪声数值，而另一方面要求宽的带宽。因为噪声正比于互阻抗而带宽反比于互阻抗，所以噪声和带宽需求在这一结构中是矛盾的。
P.M.R.S.Moreira等人发表于《电气工程师协会会刊》1993年12月第140卷第6期第411至415页上的论文“光SCM应用的全集成GaAs调谐接收器前置放大器MMIC的设计及最佳化”描述了把副载波多路复用的光波输入给与调谐网络耦合的光电变换器的调谐接收器前置放大器。该前置放大器工作在GHz范围内。该调谐网络的宽带输出信号馈送给前置放大器，用标准的微波技术从该前置放大器的宽带电输出信号中选择信道。采用使成本函数最小的最佳化方法确定调谐网络的元件，以便在整个调谐范围内普遍使SNR(信噪比)最大。输入调谐网络通过提供与噪声电流源并联的低输入阻抗通路和与噪声电压源串联的高阻抗通路降低输入噪声。即所述论文公开了工作在整个调谐范围、即宽带噪声调谐的谐振噪声整形电路的应用。
本发明的目的是提供具有最佳噪声特性、同时能够从宽带光信号中选择窄带宽信道的光接收器。
为此提供了接收副载波多路复用光信号的光接收器，该接收器包括至少一个可调选频前端部分、一前端放大器和对该光信号进行光电变换的一光电变换器，该可调选频前端部分和该光电变换器彼此直接耦合，以便有选择地把该副载波多路复用光信号从调谐信道传送给该前端接收器。在此实现了具有通常比互阻抗结构的光接收器低10-100倍的非常低的噪声频谱密度数值的非常简单的选择性光接收器结构。本发明基于这样的认识，即因为光电变换器、最好是光电二极管的寄生电容是电可调前端部分的一部分、即该光电二极管的寄生电容在选择调谐电路中被使用，所以不再具有重要性。这进一步意味着互阻抗值原则上可趋于无限大，因此再也没有带宽的问题。
在本发明的光接收器的一较佳实施例中，光电变换器是一反偏光电二极管。该光电二极管的电容极小，所以可调前端部分受到影响的程度很小。
其它实施例在从属权利要求中要求保护。最好利用变容二极管使可调选频前端部分为电可调的，但也可以利用其它可变电容器件，例如机械可调电容器。还可以利用可变电感器件使可调选频前端部分为可调的。可调选频前端部分可以是并联谐振电路或串联谐振电路，放大器分别是高输入阻抗FET放大器或双极放大器。光电变换器可以是光电二极管、光敏晶体管或任何其它合适的器件。光接收器可集成在TV调谐器内，该TV调谐器可耦合至诸如CATV网络(有线电视网络)这样的光网络，该光网络最好能够提供交互业务。
现在参看附图举例描述本发明，其中
图1概略地表示本发明的一光网络，图2表示本发明的网络中的子站的方框图，图3表示本发明的光接收器的第一实施例，图4表示本发明的光接收器的第二实施例，图5表示本发明的光接收器的第三实施例，图6表示本发明的光接收器的第四实施例，图7表示本发明的光接收器的第五实施例。
在全部附图中，相同的标号表示相同的部件。
图1概略地表示本发明的光网络1，它包括通过玻璃纤维的无源光网络3与多个子站4、5和6进行通信的一主站2。子站4、5和6与无源分离器7耦合。主站2可以是多媒体通信网络、例如CATV网络的头端设备(head-end)，它能够进行双向通信并提供多种业务，例如传统的CATV业务、交互TV业务、视频点播等等，头端设备是所谓的光端接设备(Optical Light Termination)即OLT。主站2还可以是TPON(电话无源光网络)的头端设备。网络还可以包括光放大器(未示出)。子站4、5和6可以是光网络单元即所谓的ONU，能够与OLT进行双向通信。ONU可以是路边的、建筑物内的或家庭内的ONU。在给定的例子中，网络1是位流被调制在单独载波上的副载波多址联接无源光网络。T.Tsuchiya等人发表在《光波技术杂志(Journal ofLightwave Technology)》1993年1月第11卷第1期第106至115页上的论文“具有视频点播业务的光视频传送/分配系统的分析及设计”对这种网络有详细描述。主站2还可以是市话交换机，子站4、5和6则可得到诸如宽带电话服务、传真等这样的各种服务。网络2还能够提供组合电话和视频/音频业务。为此，主站2包括多个模拟和/或数字双向信道8、9和10。在该给定的例子中，示出了分别把位流11、12和13提供给这些双向数字信道，但本发明不依赖于调制技术的类型和所提供信号的类型。所有副载波调制信道都在激光驱动器14中被调制成为普通的光波载波，以便形成副载波多路复用信号。为了能够进行双向通信，主站2还包括一宽带光接收器15。激光驱动器14和光接收器15与1∶2分光器16耦合。
图2表示本发明的网络1中的子站4的方框图。子站4包括本发明的一光接收器20、在调制器/激光器驱动器21的输入端24处用位流23驱动激光二极管22的调制器/激光器驱动器21。本领域众所周知的这种调制器/激光器驱动器21的更详细的描述可在伦敦的Prentice-Hall出版公司1985年出版的J.M.Senior所著的手册《光纤通信》第460-463页以及第467-472页上找到。在该给定的例子中，光接收器20提供被解调的数据流25。
图3表示本发明的光接收器4的第一实施例。光接收器4包括用一电感器31、一变容二极管32和一电容器33的并联谐振电路构成的一可调选频前端部分30。该并联谐振电路可利用将在端子34经由一电阻提供的调谐电压进行电调谐。该谐振电路的带宽必须宽到允许从网络3的接收副载波多路复用信号中选择一个信道。光接收器4还包括一前端双栅极FET放大器36，它被恰当地偏置，具有诸如电阻37和接地的电容器38这样的耦合元件。示出了由电容器39、40及41、电阻42及43以及电感器44构成的频带选择网络，频带选择信号将提供给端子45。还示出了通过电阻48把AGC(传动增益控制)电压提供给双栅极FET放大器36的端子47。迄今所描述的电路相当于如在菲利浦元件手册DC03(1992年3月)第77-91页上的数据手册“电视调谐器”的UV 815/UV 816串联TV调谐器的数据表中所公开的UHF调谐器的一部分。该UHF调谐器是为450-860MHz的频带而设计的。在所述手册中所公开的该TV调谐器的其它元件、即振荡器、混频器和IF放大器都是众所周知的。在图3中，该公知电路用FET 36的中断的漏极导线来表示。由这种调谐器提供的IF信号馈送给众所周知的基带解调电路。根据本发明，光接收器4还包括一反偏光电二极管49，它直接与可调选频前端部分30耦合。反偏电压通过端子50提供给光电二极管49。AC去耦电容器51连接在端子50和地之间。反偏有利地使二极管49的寄生电容尽可能地小，于是几乎不影响并联谐振电路。除了电调的变容二极管外，还可以使用机械调谐的电容器(未示出)。为了并行地选择在同一或另外频带内的一个以上的信道，可以提供另外的可调选频前端部分和/或另外的光电二极管。由于这种扩充是简单的，所以在此不详述。
图4表示本发明的光接收器4的第二实施例。示出了由变容二极管32和电感器60构成的串联谐振电路代替并联谐振电路。采用了双极晶体管61来代替FET。为了进行DC耦合，提供了rf扼流圈62实现至地的DC耦合。提供了AC去耦电容器63。
图5表示本发明的光接收器4的第三实施例。提供了具有绕组31A和31B的自耦变压器来代替电感器31，光电二极管49与绕组31A和31B的结点连接。
图6表示本发明的光接收器4的第四实施例。提供了具有绕组31C和31D的变压器来代替电感器31，光电二极管49与绕组31C连接，变容二极管32与绕组31D连接。绕组31C和31D可以是空气耦合的或者可利用磁芯、例如铁氧体磁芯进行耦合。
图7表示本发明的光接收器4的第五实施例提供了光敏晶体管70来代替光电二极管49，可调选频前端部分30与该光敏晶体管70的集电极71连接，该光敏晶体管的发射极72与经由电阻74向该发射极72提供负偏压的端子73连接，还通过AC去耦电容器75接地。
权利要求
1．接收副载波多路复用光信号的光接收器(4)，该接收器(4)包括至少一个可调选频前端部分(30)、一前端放大器(36、61)和对该光信号进行光电变换的一光电变换器(49)，该可调选频前端部分(30)和该光电变换器(49)彼此直接耦合，以便有选择地把该副载波多路复用光信号从调谐信道传送给该前端放大器(36；61)。
2．权利要求1的光接收器(4)，其中的可调选频前端部分(30)是并联谐振电路(31、32、33)，前端放大器是FET放大器(36)。
3．权利要求1的光接收器(4)，其中的可调选频前端部分(30)是串联谐振电路(32、60)，前端放大器是双极放大器(61)。
4．权利要求1、2或3的光接收器，其中的光电变换器是一光电二极管(49)。
5．权利要求4的光接收器，其中的光电二极管是反偏的。
6．权利要求1、2、3、4或5的光接收器，其中的可调选频前端部分(30)是利用至少一个变容二极管(32)而电可调的。
7．与光网络(1)连接的调谐器，该调谐器包括可调选频前端接收器部分(30)、前端放大器(36；61)以及对从该光网络(1)接收的副载波多路复用光信号进行光电变换的光电变换器(49)，该可调选频前端接收器部分(30)和该光电变换器(49)彼此直接耦合，以便有选择地把该副载波多路复用光信号从调谐信道传送给该前端放大器(36；61)。
8．包括一主站(2)和多个子站(4、5、6)的光网络(1)，这些子站(4、5、6)与至少一个调谐器耦合或包括至少一个调谐器，该调谐器包括可调选频前端接收器部分(30)、前端放大器(36；61)以及对从该光电网络(1)接收的副载波多路复用光信号进行光电变换的光电变换器(49)，该可调选频前端接收器部分(30)和该光电变换器(49)彼此直接耦合，以便有选择地把该副载波多路复用光信号从调谐信道传送给该前端放大器(36；61)。
9．权利要求8的光网络，该网络是无源光网络(1)。
全文摘要
首先利用包括一互阻抗变换器的一光电变换器(49)把接收的宽带光信号变换成为宽带电信号、然后利用与该互阻抗放大器耦合的一调谐器从该变换的宽带信号中选择一信道的光接收器(4)是公知的。这种结构在满足噪声和带宽需求方面不是最佳的。提出了用于副载波多路复用光信号的光接收器(4),它具有一可调选频前端部分(30),该可调选频前端部分(30)直接与作为光电变换器的一光电二极管(49)耦合,以便有选择地把接收的副载波多路复用光信号的调谐信道传送给后续的放大器(36;61)。
文档编号H04B10/69GK1217107SQ96190377
公开日1999年5月19日 申请日期1996年3月29日 优先权日1995年4月21日
发明者A·A·B·范德海登 申请人:皇家菲利浦电子有限公司