專利名稱：一種數(shù)字光接收器的光功率檢測監(jiān)控電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，尤其涉及一種數(shù)字光 接收器的光功率檢測監(jiān)控電路。
技術(shù)背景近年來，寬帶網(wǎng)絡(luò)的用戶正在迅猛增長，以光纖為傳輸介質(zhì)的光網(wǎng)絡(luò)因能 提供高速、大容量的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，正在全球范圍內(nèi)掀起建設(shè)高潮?，F(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)設(shè) 備也越來越實現(xiàn)透明化管理、在線監(jiān)視的功能，能對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的狀態(tài)及光功率 的大小能實時檢測上報，"光功率"這一物理量成為其中最重要的測量項目之有些光收發(fā)一體模塊的光接收器有接收光功率監(jiān)控上報功能，由于電路基 板的空間有限和成本因素，不能用類似光功率計那樣復(fù)雜的單元電路來實現(xiàn)光 功率檢測的功能，光收發(fā)一體模塊產(chǎn)品往往通過以下方式來實現(xiàn)光功率監(jiān)控 光功率的測量一般利用光電轉(zhuǎn)換裝置將光功率轉(zhuǎn)換成光電流，再測量電參量后 換算的方法獲取?？梢詼y量光電流也可以測量電壓，由于光通訊中的光功率大多在lmW以下，轉(zhuǎn)換后的光電流較小，電流的串聯(lián)測量不便且測量電流誤差大，所以較多的是將光電流經(jīng)一個等效電阻轉(zhuǎn)換為電壓參量，這樣測量電壓參量較方便。522.4說明書第2/6頁現(xiàn)有技術(shù)中， 一般采用如圖1所示的雙端輸入單端輸出的電路方式來實 現(xiàn)光功率檢測，檢測運算放大器的輸出電壓Vo，通過公式1計算出光電二極 管PD的光電流I，然后再通過公式2計算出光電二極管PD的光功率Pi的大公式2中的"R"表示光電二極管PD的響應(yīng)度，為光電二極管的特征常 數(shù)。當(dāng)電阻R1、 R2、 R3、 R4大小相等時，運算放大器的輸出電壓Vo等于電 阻R5上的電壓Va-Vb，推導(dǎo)如下假設(shè)運算放大器的同相輸入端電壓為V+，反向輸入端為V-,電阻R5與 Rl連接的節(jié)點電壓為Va，電阻R5與R2連接的節(jié)點電壓為Vb。根據(jù)"虛短"和"虛斷"的概念，運算放大器的凈輸入電壓為零，艮口<formula>formula see original document page 4</formula>根據(jù)圖1所示可以列出兩個節(jié)點電壓方程如下:<formula>formula see original document page 4</formula>(公式4)<formula>formula see original document page 4</formula>(公式5)如果，電路中參數(shù)對稱，即R1=R2=R3=R4 (公式6) 由公式3、公式4、公式5和公式6可以推導(dǎo)得出Vo=Va-Vb即得出電阻R5上的電壓VR5等于運算放大器的輸出電壓Vo，同時Vo = VR5=Vcc-Vpd-Vl (公式7)這里Vcc為光電二極管的電源電壓,Vl為前置放大器TIA的輸入偏置電 壓。當(dāng)Vcc為5.0V時， 一般前置放大器TIA的輸入偏置電壓VI最小為0.8V， 反向偏置電壓降Vpd至少為OV，根據(jù)公式7計算，則電阻R5的電壓V^最 多4.2V的動態(tài)范圍。則電阻R5的電壓VK5范圍最大只能至4.2V，假使使用 很好的運算放大器，失調(diào)電壓只有l(wèi)mV，則Vo的電壓輸出范圍只能從lmV 至4.2V，所以無論如何取R5阻值，理論上最大僅36.2dB的動態(tài)范圍，所以 此方案的缺點是測量光功率的量程窄，在一些要求寬動態(tài)范圍的特殊場合中 此電路就不能很好的滿足要求了 。發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供一種實時在線監(jiān)控光功率大小和提供寬動態(tài)范圍的數(shù)字 光接收器的光功率檢測監(jiān)控電路。為達到以上發(fā)明目的，本實用新型提供一種數(shù)字光接收器的光功率檢測 監(jiān)控電路，包括由一光電二極管PD和一前置放大器TIA集成的光電轉(zhuǎn)換 裝置，用于將接收的光功率轉(zhuǎn)成光電流； 一由一雙對稱的PNP晶體管構(gòu)成的 電流鏡像電流源電路，用于將光電流鏡像輸出；和一對數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將鏡
像輸出的光電流作對數(shù)轉(zhuǎn)換。光電二極管PD的陽極接前置放大器TIA，陰極 接電流鏡像電流源電路的其中一 PNP晶體管的集電集，兩PNP晶體管的發(fā)射 集同時接電源電壓Vcc，兩管基極相連，并使相對稱的另一 PNP晶體管的集 電集接對數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端。還包括一線性運算電路，用于將對數(shù)轉(zhuǎn)換器電壓輸出直線進行線性運算放大。所述線性運算電路為一減法比例運算放大電路，該運算放大電路包括 一運算放大器，其正端輸入接對數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端，其負端輸入并聯(lián)電接三電阻第一電阻接參考電壓Vref，第二電阻接地，第三電阻電接運算放大器 的輸出端。由于上述電路中采用了 PNP晶體管構(gòu)成的電流鏡像電流源電路，能夠?qū)?光電流鏡像輸出，不需中斷數(shù)據(jù)通信，從而實現(xiàn)實時在線測量光功率，以及 對數(shù)轉(zhuǎn)換器，能夠?qū)㈢R像后的數(shù)據(jù)電流信號作對數(shù)轉(zhuǎn)換，得到較寬動態(tài)范圍。 其次，線性運算電路能夠?qū)?shù)轉(zhuǎn)換器電壓輸出直線進行線性運算放大，達 到靈活調(diào)節(jié)該直線的斜率和截距，能滿足較寬的功率測量范圍，提供寬動態(tài) 范圍。

圖1表示現(xiàn)有技術(shù)的光功率檢測監(jiān)控電路原理圖；圖2表示本實用新型的一種數(shù)字光接收器的光功率檢測監(jiān)控電路原理圖；圖3表示本實用新型的另一種數(shù)字光接收器的光功率檢測監(jiān)控電路原理圖；具體實施方式
以下結(jié)合附圖詳細描述本實用新型最佳實施例。如圖2所示的光功率檢測監(jiān)控電路，包括由一光電二極管PD和一前置放大器TIA集成的光電轉(zhuǎn)換裝置ll，用于將接收的光功率轉(zhuǎn)成光電流； 一個 由一雙對稱的PNP晶體管構(gòu)成的電流鏡像電流源電路12，用于將數(shù)據(jù)電流信 號鏡像輸出，不需中斷數(shù)據(jù)通信，從而實現(xiàn)實時在線式測量光電二極管PD的 光功率；和一對數(shù)轉(zhuǎn)換器13，用于將鏡像后的數(shù)據(jù)電流信號作對數(shù)轉(zhuǎn)換，得 到較寬動態(tài)范圍。光電二極管PD的陽極接前置放大器TIA，陰極接電流鏡像 電流源電路12的其中一個PNP晶體管的集電集，兩晶體管的發(fā)射集同時接電 源電壓Vcc，兩晶體管的基極相連，并使相對稱的另一PNP晶體管的集電集 接對數(shù)轉(zhuǎn)換器13的輸入端。下面推導(dǎo)對數(shù)轉(zhuǎn)換器13的輸出電壓Vo'與光電二極管PD的光功率Pi的 大小關(guān)系。電源電壓Vcc經(jīng)電流鏡像電流源電路12到光電二極管PD支路的 光電流I大小等于電流鏡像電流源電路12的另一支路到對數(shù)轉(zhuǎn)換器的電流I， 通過檢測對數(shù)轉(zhuǎn)換器13輸出電壓Vo'，根據(jù)對數(shù)轉(zhuǎn)換器13的工作原理得^y二《ig丄 (公式8)公式8中，K為常數(shù)，跟對數(shù)轉(zhuǎn)換器13有關(guān)，Iz為光電二極管的噪聲電 流，也為常數(shù)，再結(jié)合公式2組成方程組即可推導(dǎo)出Vo'跟光功率Pi的關(guān)系 如下ft' = lO(F%)/W (公式9) 由上述公式可知，當(dāng)檢測對數(shù)轉(zhuǎn)換器13的輸出電壓Vo'，就可以計算出光電 二極管的光功率Pi的大小。如圖3所示的光功率檢測監(jiān)控電路，是將圖2所示的電路基礎(chǔ)上增加了 一減法比例運算放大電路14，也可以采用其它線性運算電路。該減法比例運 算放大電路包括 一運算放大器，其正端輸入接對數(shù)轉(zhuǎn)換器13的輸出端VO'，其負端輸入并聯(lián)電接三電阻第一電阻R6接參考電壓Vref，第二電阻R8接 地，第三電阻電R7接運算放大器的輸出端V0"。減法比例運算放大電路14 的作用是將對數(shù)轉(zhuǎn)換器13輸出電壓Vo'直線進行線性運算放大，達到靈活調(diào) 節(jié)該直線的斜率和截距，對數(shù)轉(zhuǎn)換器13選用美國模擬器件公司(ANALOG DEVICES)的芯片AD8304，具有100pA 10mA的輸入范圍，光功率80dB 的動態(tài)范圍，能滿足較寬的功率測量范圍，芯片AD8304還自帶一運算放大 大器，可以組成運算放大電路，使用非常方便。用圖3的方案能很好滿足客戶需求一48dBm--3dBm的光功率測量動態(tài)范圍，一48dBm時模擬電壓量為0.4V， —3dBm時模擬電壓量為4V。在后級模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC (Analog-to-Digital Converter)進行動態(tài)校準(zhǔn)后，整個動態(tài)范圍內(nèi)監(jiān)控精度可以 小于0.5dB，在光電二極管PD線性良好的區(qū)間內(nèi)可以小于0.2dB。
權(quán)利要求1、一種數(shù)字光接收器的光功率檢測監(jiān)控電路，其特征在于，包括由一光電二極管PD和一前置放大器TIA集成的光電轉(zhuǎn)換裝置，用于將接收的光功率轉(zhuǎn)成光電流；一由一雙對稱的PNP晶體管構(gòu)成的電流鏡像電流源電路，用于將數(shù)據(jù)電流信號鏡像輸出；和一對數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將鏡像輸出的數(shù)據(jù)電流信號作對數(shù)轉(zhuǎn)換，光電二極管PD的陽極接前置放大器TIA，陰極接電流鏡像電流源電路的其中一PNP晶體管的集電集，兩PNP晶體管的發(fā)射集同時接電源電壓Vcc，兩管基極相連，并使相對稱的另一PNP晶體管的集電集接對數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字光接收器的光功率檢測監(jiān)控電路，其特 征在于，還包括一線性運算電路，用于將對數(shù)轉(zhuǎn)換器電壓輸出直線進行線性 運算放大。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字光接收器的光功率檢測監(jiān)控電路，其特 征在于，所述線性運算電路為一減法比例運算放大電路，該運算放大電路包 括 一運算放大器，其正端輸入接對數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端，其負端輸入并聯(lián)電 接三電阻第一電阻接參考電壓Vref，第二電阻接地，第三電阻電接運算放 大器的輸出端。
專利摘要本實用新型提供一種數(shù)字光接收器的光功率檢測監(jiān)控電路，包括由一光電二極管PD和一前置放大器TIA集成的光電轉(zhuǎn)換裝置，用于將接收的光功率轉(zhuǎn)成光電流；一由一雙對稱的PNP晶體管構(gòu)成的電流鏡像電流源電路，用于將數(shù)據(jù)電流信號鏡像輸出；和一對數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將鏡像輸出的數(shù)據(jù)電流信號作對數(shù)轉(zhuǎn)換，光電二極管PD的陽極接前置放大器TIA，陰極接電流鏡像電流源電路的其中一PNP晶體管的集電集，兩PNP晶體管的發(fā)射集同時接電源電壓Vcc，兩管基極相連，并使相對稱的另一PNP晶體管的集電集接對數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端。能夠?qū)崿F(xiàn)在線實時監(jiān)控光功率大小和提供寬動態(tài)范圍。
文檔編號H04B10/142GK201215954SQ20082009552
公開日2009年4月1日 申請日期2008年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月14日
發(fā)明者夏京盛, 曹時立, 謝藝力 申請人:深圳新飛通光電子技術(shù)有限公司