一種突發(fā)接收檢測電路及光線路終端的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種突發(fā)接收檢測電路及光線路終端，包括接收光組件、突發(fā)信號接收芯片和控制電路；在所述突發(fā)信號接收芯片中集成有儲能電容，所述突發(fā)信號接收芯片在接收到控制電路輸出的觸發(fā)信號時，采集接收光組件輸出的響應電流，并輸送至儲能電容進行采樣保持；所述控制電路通過突發(fā)信號接收芯片的采樣輸出引腳檢測儲能電容的采樣電壓，并生成突發(fā)檢測信號對外輸出。本實用新型采用突發(fā)信號接收芯片代替?zhèn)鹘y(tǒng)的分立電路設計方案，完成對突發(fā)信號的接收檢測任務，不僅電路結構簡單，成本低，而且通過設置可控放電電路，提高了整個突發(fā)接收信號的動態(tài)范圍，保證了OLT模塊對接收光信號的監(jiān)控精度。
【專利說明】一種突發(fā)接收檢測電路及光線路終端
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于光通信【技術領域】，涉及一種應用在光通信系統(tǒng)中的光模塊，具體地說，是涉及一種應用在光線路終端中，用于對光網(wǎng)絡中的突發(fā)信號進行接收檢測的電路結構設計。
【背景技術】
[0002]當前，光模塊正在向著低功耗、低成本、高性能的方向發(fā)展。對于GPON系統(tǒng)來說，其實現(xiàn)的關鍵技術包括上行信道復用技術、測距和補償技術、突發(fā)信號接收技術、服務質量問題和DBA技術等。其中，突發(fā)信號接收技術可以幫助光網(wǎng)絡管理單元找出光纖鏈路中發(fā)生故障的位置，進而簡化維護工作，提高系統(tǒng)的可靠性。而突發(fā)接收信號正確恢復動態(tài)范圍的提高和快速信號檢測功能是光模塊、尤其是GPON OLT模塊面臨的一大難題。
[0003]目前，滿足GPON協(xié)議規(guī)定條件的突發(fā)信號檢測電路方案雖然比較多，但是大都需要設計復雜的分立電路結構來實現(xiàn)其功能，不僅存在較大的設計難度，而且延長了突發(fā)接收檢測電路及光模塊的生產(chǎn)時間，導致光模塊硬件成本的明顯提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的在于提供一種突發(fā)接收檢測電路，以解決現(xiàn)有突發(fā)信號檢測電路方案結構復雜、設計難度大的問題。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型采用以下技術方案予以實現(xiàn):
[0006]一種突發(fā)接收檢測電路，包括接收光組件、突發(fā)信號接收芯片和控制電路；在所述突發(fā)信號接收芯片中集成有儲能電容，所述突發(fā)信號接收芯片在接收到控制電路輸出的觸發(fā)信號時，采集接收光組件輸出的響應電流，并輸送至儲能電容進行采樣保持；所述控制電路通過突發(fā)信號接收芯片的采樣輸出引腳檢測儲能電容的采樣電壓，并生成突發(fā)檢測信號對外輸出。
[0007]進一步的，在所述突發(fā)信號接收芯片中集成有鏡像電流源，接收所述接收光組件輸出的響應電流，并按照設定比例進行縮小后，傳輸至所述儲能電容進行采樣保持。
[0008]又進一步的，所述突發(fā)信號接收芯片通過其鏡像電流源輸出引腳連接所述接收光組件的響應電流輸出端，在所述鏡像電流源輸出引腳上還連接有用于將響應電流轉換成電壓的電阻器件。
[0009]為了滿足鏡像電流源的工作需求，在所述突發(fā)接收檢測電路中還設置有升壓電路，所述突發(fā)信號接收芯片通過其鏡像電流源輸入引腳連接所述的升壓電路，接收升壓電路輸出的直流高壓，為鏡像電流源的工作提供直流電壓偏置。
[0010]為了控制所述升壓電路輸出鏡像電流源工作所需的直流高壓，所述控制電路輸出控制信號至升壓電路，使升壓電路在控制信號的控制下將輸入的低壓直流電源轉換成直流聞壓輸出。
[0011]再進一步的，在所述突發(fā)信號接收芯片上還集成有鏡像電流采樣引腳，所述鏡像電流采樣引腳通過采樣電阻接地，將鏡像電流轉換成電壓，為所述的儲能電容充電，實現(xiàn)對突發(fā)接收信號的采樣保持。
[0012]為了實現(xiàn)對下一個突發(fā)接收信號的準確接收，所述控制電路在接收完采樣電壓后，輸出放電信號至突發(fā)信號接收芯片的放電引腳，對鏡像電流源中結電容或者寄生電容中儲存的電荷進行快速泄放，為接收下一個突發(fā)信號的到來做好準備。
[0013]基于上述突發(fā)接收檢測電路結構，本實用新型還提供了一種采用所述突發(fā)接收檢測電路設計的光線路終端，包括接收光組件、突發(fā)信號接收芯片和控制電路；在所述突發(fā)信號接收芯片中集成有儲能電容，所述突發(fā)信號接收芯片在接收到控制電路輸出的觸發(fā)信號時，采集接收光組件輸出的響應電流，并輸送至儲能電容進行采樣保持；所述控制電路通過突發(fā)信號接收芯片的采樣輸出引腳檢測儲能電容的采樣電壓，并生成突發(fā)檢測信號對外輸出。
[0014]進一步的，所述光線路終端輸出突發(fā)檢測信號至與其外接的系統(tǒng)端，并接收系統(tǒng)端反饋的復位信號傳輸至光線路終端內(nèi)部要求在數(shù)據(jù)包接收前復位的功能電路，以提高突發(fā)接收信號的動態(tài)范圍。
[0015]再進一步的，在所述光線路終端中還設置有限幅放大器，所述接收光組件將接收到的光信號轉換成電信號通過差分信號線傳輸至所述的限幅放大器，并經(jīng)由所述限幅放大器進行幅值的放大處理后，輸出至所述的系統(tǒng)端；在所述差分信號線中串聯(lián)有交流耦合電容，在所述差分信號線上還連接有可控放電電路，所述可控放電電路的控制端接收所述系統(tǒng)端反饋的復位信號。
[0016]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的優(yōu)點和積極效果是:本實用新型的突發(fā)接收檢測電路采用至少集成有儲能電容的突發(fā)信號接收芯片代替?zhèn)鹘y(tǒng)技術中的分立電路設計方案，并配合接收光組件和控制電路，完成對突發(fā)信號的接收檢測任務，不僅降低了電路設計難度，簡化了電路結構，降低了光線路終端的硬件成本，而且通過設置放電時間可控的可控放電電路，可以保證小光信號光包的正確恢復，進而提高了整個突發(fā)接收信號的動態(tài)范圍，保證了 OLT光模塊對接收光信號的監(jiān)控精度。
[0017]結合附圖閱讀本實用新型的【具體實施方式】后，本實用新型的其他特點和優(yōu)點將變得更加清楚。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是GPON系統(tǒng)上行數(shù)據(jù)包的結構示意圖；
[0019]圖2是本實用新型所提出的突發(fā)接收檢測電路的一種實施例的電路原理框圖；
[0020]圖3是圖2所示突發(fā)接收檢測電路的突發(fā)接收檢測信號時序圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細地說明。
[0022]GPON系統(tǒng)中上行傳輸突發(fā)數(shù)據(jù)包對光線路終端OLT模塊而言，如何準確快速地檢測出有突發(fā)信號到來并對突發(fā)信號進行準確接收至關重要。為了獲得更高的帶寬利用率，通常需要GPON OLT具備在幾個比特內(nèi)建立起突發(fā)的信號檢測功能，以實現(xiàn)光線路終端OLT在上行突發(fā)模式下對每個突發(fā)信號包進行快速地信號檢測。[0023]要實現(xiàn)接收側突發(fā)模式應用所需的信號檢測之所以困難，是因為GPON應用中采用的是TDMA方式。由于不同的光網(wǎng)絡單元ONU到達光線路終端OLT的距離不相等，而且每一個ONU的光模塊發(fā)出的光信號強度不同,造成了 OLT接收到的信號功率在每一個時隙都不相同，從而導致OLT容易誤判。圖1為ITU-T G.984.2規(guī)定的GPON數(shù)據(jù)包物理層開銷(Physical-layer Overhead),上行速率在1.244Gbps時，強制規(guī)定的總開銷為96bit,由防護時間(Guard Time)32bit、前導碼時間(Preamble Time)44bit 和定界符時間(DelimiterTime)20bit組成。防護時間是指為避免信號包沖突，在兩個連續(xù)突發(fā)信號包之間提供的時間間隔；前導碼是為方便提取相位以獲得比特同步和接收信號幅度恢復，在突發(fā)信號包前加入前導碼“101010……”；而定界符是一種用于指示突發(fā)信號包開始的特殊碼型，其可用來執(zhí)行字節(jié)同步。除此之外，還規(guī)定了 CID (Consecutive Identical Digit)碼最長允許72bit。
[0024]由圖1可以看出:如果某個ONU距離OLT較近，OLT收到一個高強度的信號，當突然接著是某個遠距離ONU發(fā)出光信號，OLT因為剛收到高強度的信號，而弱信號可能就錯誤的將I讀成0，而不能識別。反之亦然。為此，需要OLT具備突發(fā)接收功能。突發(fā)接收的關鍵就是要在幾個比特內(nèi)迅速重新建立判決門限，接收電路根據(jù)這個門限正確恢復數(shù)據(jù)。
[0025]本實用新型為了滿足突發(fā)模式下的光信號檢測要求，提出了一種采用低功耗、低成本、高集成度的突發(fā)信號接收芯片設計的突發(fā)接收檢測電路，在保證接收光信號監(jiān)控精度的前提下，降低了 GPON OLT的成本和功耗，增強了 OLT模塊設計的靈活性。
[0026]下面以基于GPON系統(tǒng)的光線路終端(即GPON 0LT)為例，通過一個具體的實施例來詳細闡述所述突發(fā)接收檢測電路的具體組建結構及其工作原理。
[0027]參見圖2所示，本實施例的突發(fā)接收檢測電路主要由接收光組件RA、突發(fā)信號接收芯片Ul和控制電路等部分組成。其中，接收光組件RA用于接收上行的光信號，并生成響應電流Ipd發(fā)送至突發(fā)信號接收芯片U1，以實現(xiàn)對上行突發(fā)信號的接收和檢測。在所述突發(fā)信號接收芯片Ul中集成有儲`能電容Cs，用于對上行突發(fā)信號進行采樣保持。將所述突發(fā)信號接收芯片Ul連接控制電路，接收控制電路輸出的觸發(fā)信號MCU_Triger，并在所述觸發(fā)信號MCU_Triger有效的期間內(nèi)，打開儲能電容Cs的充電回路，利用接收光組件RA輸出的響應電流Ipd為儲能電容Cs充電，實現(xiàn)對上行突發(fā)信號的采樣保持。所述控制電路通過采集儲能電容Cs的采樣電壓，即可準確地判斷出是否有突發(fā)接收信號到來，并在檢測到突發(fā)接收信號到來時，生成突發(fā)檢測信號SD對外輸出，以實現(xiàn)對突發(fā)信號到來的指示。
[0028]在本實施例中，所述控制電路優(yōu)選采用一顆單片機MCU配合簡單的外圍電路組建而成，參見圖2所示。選用單片機MCU的其中一路GPIO 口 P2輸出所述的觸發(fā)信號MCU_Triger,并將其傳送至突發(fā)信號接收芯片Ul的觸發(fā)引腳TRIGER，進而對突發(fā)信號接收芯片Ul內(nèi)部用于控制所述儲能電容Cs充放電的開關管Ql進行通斷控制。
[0029]在所述突發(fā)信號接收芯片Ul內(nèi)部還集成有鏡像電流源MIR，用于鏡像接收光組件RA輸出的響應電流Ipd，并通過開關管Ql傳輸至所述的儲能電容Cs，實現(xiàn)對突發(fā)接收信號的采樣保持。將突發(fā)信號接收芯片Ul的鏡像電流源輸出引腳MIROUT連接至所述接收光組件RA的響應電流輸出端，并通過一電阻器件Rl接地，通過所述電阻器件Rl實現(xiàn)從電流信號到電壓信號的轉換。所述鏡像電流源MIR對響應電流Ipd按照設定比例(通常設定為5:1)進行縮小處理，形成鏡像電流傳輸至突發(fā)信號接收芯片Ul的鏡像電流采樣引腳VIP。所述鏡像電流采樣引腳VIP通過一采樣電阻Rs接地，進而將鏡像電流轉換成鏡像電壓，為所述的儲能電容Cs充電，實現(xiàn)對突發(fā)接收信號的采樣保持。
[0030]為了滿足鏡像電流源MIR的工作需求，本實施例還在所述的突發(fā)接收檢測電路中設計了升壓電路，參見圖2所示，用于將低壓直流電源VCC轉換成直流高壓HV，輸出至突發(fā)信號接收芯片Ul的鏡像電流源輸入引腳MIRIN，進而為鏡像電流源MIR的工作提供所需的直流電壓偏置。
[0031]為了對升壓電路輸出的直流高壓HV的幅值進行調節(jié)，將所述升壓電路的控制端連接單片機MCU，例如連接MCU的另外一路GPIO 口 P3，接收MCU通過該路GPIO 口 P3輸出的控制信號(例如PWM信號)，以調節(jié)升壓電路內(nèi)部振蕩電路的振蕩頻率，實現(xiàn)對低壓直流電源VCC的升壓變換，進而輸出滿足鏡像電流源MIR工作需求的直流高壓HV。
[0032]由于在鏡像電流源MIR內(nèi)部存在寄生電容或者結電容，當鏡像電流源MIR對接收光組件RA輸出的響應電流Ipd進行鏡像輸出時，所述的響應電流Ipd同時會為鏡像電流源MIR內(nèi)部的寄生電容或者結電容充電。為了不影響下一個接收信號包的準確恢復，需要在下一個接收信號包到來前，對殘留在鏡像電流源MIR內(nèi)部的寄生電容或者結電容中的電荷進行及時泄放，進而為接收下一個即將到來的光信號做好準備。為此，本實施例設計所述單片機MCU在采集完儲能電容Cs的采樣電壓后，輸出放電信號MCU_Discharge至突發(fā)信號接收芯片Ul的放電引腳DISCHARGE，進而控制突發(fā)信號接收芯片Ul內(nèi)部的開關管Q2導通，將鏡像電流源MIR中的結電容或者寄生電容中儲存的電荷對地快速泄放，為接收下一個突發(fā)信號的到來做好準備。
[0033]在本實施例中，優(yōu)選采用MCU的另外一路GPIO 口 Pl輸出所述的放電信號MCU_Discharge，傳輸至突發(fā)信號接收芯片Ul的放電引腳DISCHARGE。對于儲能電容Cs中采樣電壓的采集，可以首先利用突發(fā)信號接收芯片Ul內(nèi)部集成的放大器對儲能電容Cs的采樣電壓進行放大后，通過突發(fā)信號接收芯片Ul的采樣輸出引腳VOP輸出至MCU的模數(shù)轉換接口 ADC，或者通過獨立的模數(shù)轉換電路轉換成數(shù)字信號后，再發(fā)送至MCU的數(shù)字接口。MCU根據(jù)接收到的采樣電壓，判斷是否有光信號到來，并生成TTL電平的突發(fā)檢測信號SD，通過光線路終端OLT的信號檢測引腳輸出至管理所述光線路終端OLT的系統(tǒng)端。系統(tǒng)端根據(jù)接收到的突發(fā)檢測信號SD的電平狀態(tài)，即可判斷出有無光信號輸入。當系統(tǒng)端判斷出有光信號輸入時，一方面可以利用SD信號檢測出光信號的到達時間，以利于帶寬的利用率；另一方面生成復位信號RESET，反饋至所述的光線路終端0LT，控制OLT模塊中的相應功能電路復位，比如控制連接在限幅放大器LA前端的儲能元件(例如串聯(lián)在接收光組件APD與限幅放大器LA輸入端之間的電容元件Cl、C2)放電，以準備接收即將到來的數(shù)據(jù)包。
[0034]在本實施例中，所述接收光組件RA利用其內(nèi)部集成的雪崩光電二極管APD (或者PIN型光電二極管)接收通過光纖耦合輸入的光信號，并將光信號轉換成電信號后，輸出至跨阻抗放大器TIA進行前置放大處理，并生成差分形式的電信號，通過跨阻抗放大器TIA的差分信號端子RXIN+、RXIN-輸出。所述差分信號各自經(jīng)由一路交流耦合電容Cl、C2隔離掉其中的直流成分后，傳輸至限幅放大器LA進行幅值的放大處理，然后通過限幅放大器LA的差分信號輸出端子RXOUT+、RXOUT-輸出至系統(tǒng)端，以實現(xiàn)系統(tǒng)端對上行光網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的接收。
[0035]為了提高整個突發(fā)接收信號的動態(tài)范圍，本實施例在兩個交流耦合電容Cl、C2連接限幅放大器LA的差分數(shù)據(jù)線上分別設置了一個可控放電電路，參見圖2所示。將通過系統(tǒng)端反饋的復位信號RESET傳輸至這兩個可控放電電路的控制端，控制兩個可控放電電路的放電時間，使得交流耦合電容Cl和C2快速放電，以保證后續(xù)光信號尤其是強度較小的光信號包可以正確恢復，進而提高整個突發(fā)接收信號的動態(tài)范圍。
[0036]下面結合圖2、圖3對本實施例所提出的突發(fā)接收檢測電路的工作原理進行詳細地闡述。
[0037]系統(tǒng)端通過I2C總線向與其連接的光線路終端OLT下發(fā)指令，要求其接收上行數(shù)據(jù)時，MCU輸出低電平有效的觸發(fā)信號MCU_Triger至突發(fā)信號接收芯片Ul的觸發(fā)引腳TRIGER，控制集成在突發(fā)信號接收芯片Ul內(nèi)部的開關管Ql導通。突發(fā)信號接收芯片Ul利用其內(nèi)部集成的鏡像電流源MIR對接收光組件RA輸出的響應電流Ipd進行鏡像輸出，并通過采樣電阻Rs將電流轉換成電壓后，通過開關管Ql為集成在突發(fā)信號接收芯片Ul內(nèi)部的儲能電容Cs充電。充電結束后，MCU將觸發(fā)信號MCU_Triger置為高電平，控制開關管Ql斷開，然后對突發(fā)信號接收芯片Ul的采樣輸出引腳VOP的電壓進行采樣處理。待采樣處理結束后，MCU發(fā)出高電平有效的放電信號MCU_Discharge至突發(fā)信號接收芯片Ul的放電引腳DISCHARGE，使該引腳由低電平變?yōu)楦唠娖剑M而控制突發(fā)信號接收芯片Ul內(nèi)部的開關管Q2導通。由于開關管Q2的導通電阻較小，因此可以對鏡像電流源MIR內(nèi)部的寄生電容或者結電容中儲存的電荷進行快速放電，從而減小干擾包對被測包接收檢測信號的影響，保證突發(fā)接收光信號的監(jiān)控精度。
[0038]當開關管Ql斷開后，儲能電容Cs中儲存的電荷經(jīng)由突發(fā)信號接收芯片Ul內(nèi)部集成的放電電路放電，進而為檢測下一個突發(fā)信號的到來做好準備。
[0039]本實施例通過采用高集成的突發(fā)信號接收芯片Ul代替?zhèn)鹘y(tǒng)的分立電路設計方案，實現(xiàn)對突發(fā)光信號的準確接收和檢測，在保證接收光信號監(jiān)控精度的前提下，簡化了電路設計，降低了系統(tǒng)功耗。將其應用在GPON OLT的電路設計中，可以提高帶寬利用率，使得GPON OLT模塊的光通信性能更加穩(wěn)定、可靠。
[0040]當然，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其進行限制；盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，對于本領域的普通技術人員來說，依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型所要求保護的技術方案的精神和范圍。
【權利要求】
1.一種突發(fā)接收檢測電路，其特征在于:包括接收光組件、突發(fā)信號接收芯片和控制電路；在所述突發(fā)信號接收芯片中集成有儲能電容，所述突發(fā)信號接收芯片在接收到控制電路輸出的觸發(fā)信號時，采集接收光組件輸出的響應電流，并輸送至儲能電容進行采樣保持；所述控制電路通過突發(fā)信號接收芯片的采樣輸出引腳檢測儲能電容的采樣電壓，并生成突發(fā)檢測信號對外輸出。
2.根據(jù)權利要求1所述的突發(fā)接收檢測電路，其特征在于:在所述突發(fā)信號接收芯片中集成有鏡像電流源，接收所述接收光組件輸出的響應電流，并按照設定比例進行縮小后，傳輸至所述儲能電容進行采樣保持。
3.根據(jù)權利要求2所述的突發(fā)接收檢測電路，其特征在于:所述突發(fā)信號接收芯片通過其鏡像電流源輸出引腳連接所述接收光組件的響應電流輸出端，在所述鏡像電流源輸出弓I腳上還連接有用于將響應電流轉換成電壓的電阻器件。
4.根據(jù)權利要求2所述的突發(fā)接收檢測電路，其特征在于:所述突發(fā)信號接收芯片通過其鏡像電流源輸入引腳連接升壓電路，接收升壓電路輸出的直流高壓。
5.根據(jù)權利要求4所述的突發(fā)接收檢測電路，其特征在于:所述升壓電路接收控制電路輸出的控制信號，在控制信號的控制下將輸入的低壓直流電源轉換成直流高壓輸出。
6.根據(jù)權利要求2所述的突發(fā)接收檢測電路，其特征在于:在所述突發(fā)信號接收芯片上還集成有鏡像電流采樣引腳，所述鏡像電流采樣弓I腳通過采樣電阻接地。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的突發(fā)接收檢測電路，其特征在于:所述控制電路在接收完采樣電壓后，輸出放電信號至突發(fā)信號接收芯片的放電引腳。
8.一種光線路終端，其特征在于:設置有如上述權利要求1至7中任一項所述的突發(fā)接收檢測電路。
9.根據(jù)權利要求8所述的光線路終端，其特征在于:所述光線路終端輸出突發(fā)檢測信號至與其外接的系統(tǒng)端，并接收系統(tǒng)端反饋的復位信號傳輸至光線路終端內(nèi)部要求在數(shù)據(jù)包接收前復位的功能電路。
10.根據(jù)權利要求9所述的光線路終端，其特征在于:在所述光線路終端中還設置有限幅放大器，所述接收光組件將接收到的光信號轉換成電信號通過差分信號線傳輸至所述的限幅放大器，并經(jīng)由所述限幅放大器進行幅值的放大處理后，輸出至所述的系統(tǒng)端；在所述差分信號線中串聯(lián)有交流耦合電容，在所述差分信號線上還連接有可控放電電路，所述可控放電電路的控制端接收所述系統(tǒng)端反饋的復位信號。
【文檔編號】H04B10/07GK203632673SQ201320785514
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年12月4日 優(yōu)先權日:2013年12月4日
【發(fā)明者】石良, 張春剛 申請人:青島海信寬帶多媒體技術有限公司