專利名稱：一種光突發模式接收機的制作方法
技術領域：
本發明屬于光通信技術領域，特別涉及適用于光突發模式數字信號、不均勻碼流(幅度和分組長度的不均勻)的光數字信號的識別和接收的光突發模式接收機。
背景技術：
進入21世紀后，光纖通信全面發展并深入到各個運用領域，人們正在著眼于研究下一代光纖通信系統的關鍵技術和寬帶光纖接入網，使得光纖網絡既有高速寬帶的干線，又有快捷方便的寬帶光纖接入到每一個用戶。無源光網絡(PON，Passive Optical Network)具有業務透明性較好、可適用于任何制式和速率的信號、抗電磁干擾和易于維護等優點，是一門非常有潛力的新興光纖接入網技術。先后出現了ATM無源光網絡(APON)和以太無源光網絡(EPON)。無論是APON，還是EPON其物理層光纖傳輸的核心均是上行光突發模式傳輸和下行廣播傳輸，尤其以上行光突發模式接收機為其中的重點和難點，它將直接影響網絡的速率和帶寬利用率。
隨著DWDM光傳輸技術和設備的成熟以及廣泛應用，直接在光層實現業務交換的需求越來越大，因此，實現全光的交換被認為是克服電交換速率瓶頸的有效途徑。近年來提出的光突發交換(Optical Burst Switching，OBS)和光分組交換(Optical Packet Switching，OPS)技術日益受到人們的關注。OBS和OPS系統光傳輸層的關鍵技術仍然為高速光突發模式接收機，它直接關系到網絡的速率和帶寬利用率。
因此、無論基于接入網的PON的應用需求，還是下一代光網絡的交換技術OBS和OPS的需求，以及國內外的發展趨勢，研究開發光突發模式接收機都具有極佳的現實意義和應用前景。
發明內容
本發明的目的是提供一種光突發模式接收機，與同類的接收機相比，具有更低的誤碼率、較高的接收靈敏度和大的光功率接收動態范圍、成本較低、適合技術和市場的發展要求、并易于集成或二次集成等特點。
為了方便的描述本發明內容，首先作術語定義數據段是指光突發數據包存在的時間區域。
間隙段是指光突發數據包之間存在的間隔時間區域。
本發明提供的光突發模式接收機(如圖1所示)，它包括光電二極管1、跨阻抗前置放大器2、快速峰值檢波電路3、限幅放大器4；其特征是它還包括延遲單元6和或非門5，所述的延遲單元6是由可以延遲電信號的器件組成，所述的可以延遲電信號的器件可以采用包括寬帶電纜、門電路、光纖延遲線等；所述的快速峰值檢波電路3包含一個前置差分放大器A4和有源檢波電路，在快速峰值檢波電路3的前置差分放大器輸出端接一個由R3和C1組成的RC并聯網絡；光電二極管1的輸出端連接到跨阻抗前置放大器2的輸入端；跨阻抗前置放大器2的輸出端分別連接到延遲單元6和快速峰值檢波電路3的輸入端；延遲單元6和快速峰值檢波電路3的輸出端分別與限幅放大器4的兩個輸入端連接；限幅放大器4的輸出端連接到或非門5的一個輸入端；所述的或非門5的另一個輸入端與數據段為低電平、間隙段為高電平的脈沖信號VS連接。
本發明的實質是本發明提供的光突發模式接收機，通過快速峰值檢波電路和延時單元的協同工作，使該光突發模式接收機具有更低的誤碼率、較高的接收靈敏度、又有大的光接收動態范圍；在輸出端采用特殊的或非門技術，消除了干擾，同時避免了在光突發模式接收機中使用復雜的快速放電電路，提升了光突發模式接收機的性價比；同時利用市場成熟的雙極性晶體管大大降低了成本，并易于采用集成電路工藝進行集成或二次集成。
本發明的工作原理是本發明提供的光突發模式接收機，包括光電二極管、跨阻抗前置放大器、快速峰值檢波電路、延遲單元、限幅放大器和或非門等部分組成；其特征在于光電二極管與跨阻抗前置放大器連接，光電流經前置放大器轉化為電壓信號后分成兩路，一路經快速峰值檢波后，經電阻分壓取其一半作為判決電平，輸入到限幅放大器的第一級差分放大器的一個輸入端；而前置放大器的另一路輸出信號經過延遲單元輸入到限幅放大器的第一級差分放大器另一個輸入端。快速峰值檢波電路包含一個前置差分放大器和有源檢波電路，在檢波電路的前置差分放大器輸出端接一個RC并聯網絡，有效地提高了充電速度，而且將檢波輸出端連接到其前置差分放大器的反相端，構成一個負反饋環路，提高了電路的穩定性。限幅放大器由兩個差分放大器組成，經限幅放大器兩級差分放大器放大后，脈沖信號整形成規則的數字信號。在限幅放大器的輸出端連接一個或非門，其目的是消除在接收光突發信號的間隙段，限幅放大器輸出的尖峰信號的干擾。該信號是由于限幅放大器的輸入端信號在間隙段已經歸零，而由快速峰值檢波電路得到的判決電平輸入則是在緩慢歸零(放電過程)，此時在限幅放大器的輸出端將產生一個尖峰脈沖，這樣很容易產生誤碼，為此將限幅放大器輸出信號與脈沖信號(在數據段為低電平，在間隙段為高電平)進行或非邏輯運算，從而消除了光突發信號間隙段由放電帶來的誤碼。
利用本發明提供的光突發模式接收機，與同類接收機對比具有以下優點(1)由于快速接峰值檢波電路得到的判決電平的建立時間與接收光脈沖信號幅度成正比，因此與傳統的前饋式光突發接收機相比，增加了一個延遲單元，以抵消判決電平建立時間過長造成的影響，保證每一比特的正確接收；(2)在快速接峰值檢波電路的前置差分放大器輸出端接一個RC并聯網絡，有效地提高了充電速度，而且將檢波輸出端連接到其前置差分放大器的反相端，構成一個負反饋環路，提高了電路的穩定性；(3)在接收光突發信號的間隙段，限幅放大器的輸入端信號在間隙段已經歸零，而由快速峰值檢波電路得到的判決電平輸入則是在緩慢歸零(放電過程)，此時在限幅放大器的輸出端將產生一個尖峰脈沖，這對于后面的信號處理來說會造成誤判，本發明在限幅放大器輸出端連接一個或非門，將限幅放大器輸出信號與脈沖信號(在數據段為低電平，在間隙段為高電平)進行或非邏輯運算，從而消除了分組信號間隙由放電帶來的誤碼，同時也避免了在突發模式接收機中使用復雜的快速放電電路，提升了突發模式光接收機的性價比；(4)本發明利用市場成熟的雙極性晶體管大大降低了成本，并易于采用集成電路工藝進行集成或二次集成。
圖1是本發明光突發模式接收機電路結構框圖。
其中1光電二極管，2跨阻抗前置放大器，3快速峰值檢波電路，4限幅放大器，5或非門，6延遲單元；圖2是本發明具體實施電路原理圖。
其中1光電二極管，2跨阻抗前置放大器電路，3快速峰值檢波電路，4限幅放大器電路，5或非門電路，6電纜延時單元。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
圖2是當前發明的一個具體實施例子，其中1為光電二極管，R1到R25為電阻，T1到T21為雙極性晶體管，C1到C3為電容，I1到I7為電流源，VCC1，VCC2，VB分別為電源電壓。
本發明的具體實施例的電路組成如下光電二極管1負端連接到電源VB，正端分別連接到電阻R14、R15的一端和T6的基極；R15的另一端和T6的射極分別接地；電阻R14另一端分別連接到T6的集電極、R6的一端和T7的基極，R6的另一端連接到VCC1；T7的集電極連接到VCC1，T7的射極連分別接到T8的基極和R16的一端，R16的另一端接地；T8的集電極分別連接到T9的基極和R7的一端，R7的另一端接到VCC1；T8的射極連接到R17和C3并聯的一端，R17和C3并聯的另一端連接到地；T9的集電極連接到VCC1，T9的射極分別連接到R18的一端、電纜延時單元6的輸入端和T4的基極，R18的另一端接地；T4的集電極與R4的一端連接，R4的另一端連接到VCC2；T4和T5的射極相連，并連接到I2的正端，I2的負端接地；T5的集電極分別連接到T3的基極和R5的一端，R5的另一端連接到VCC2；T3的集電極連接到VCC2，T3的射極分別與T2的基極和C2的一端連接，C2的另一端接地；T2的集電極連接到VCC2，T2的射極與R3和C1并聯的一端連接，R3和C1并聯的另一端分別連接到T5的基極、以及I1的正端和T1的基極，I1的負端接地；T1的集電極連接到VCC2，T1的射極連接到R1的一端，R1的另一端分別與R2的一端和T12的基極連接，R2的另一端接地；電纜延時單元6的輸出端和T10的基極連接，T10的集電極連接到VCC1，T10的射極分別與R19的一端和T11的基極連接，R19的另一端接地；T11和T12的射極相連，并連接到I3的正端，I3的負端接地；T11的集電極與R8連接，R8的另一端接到VCC1；T12的集電極分別與R9的一端和T13的基極連接，R9的另一端接到VCC1；T13的集電極連接到VCC1，T13的射極分別與R20的一端和T14的基極連接，R20的另一端接地；T14和T15的射極相連，并連接到I4的正端，I4的負端接地；T14的集電極與R10連接，R10的另一端接到VCC1；T15的集電極分別與R11的一端和T16的基極連接，R11的另一端接到VCC1；T15的基極分別連接到R24和R25的一端，R24的另一端連接到VCC1和R25的另一端連接到地；T16的集電極連接到VCC1，T16的射極分別與I5的正端和T17的基極連接，I5的負端接地；T17的集電極連接到VCC1，T17的射極分別與I6的正端和T19的基極連接，I6的負端接地；T18、TI9和T20的射極相連，并連接到I7的正端，I7的負端接地；T18和T19集電極相連，并與R12的一端連接，R12的另一端連接到VCC2；T18的基極與脈沖信號VS連接(該信號在數據段為低電平，在間隙段為高電平)；T20的基極分別連接到R22和R23的一端，R22的另一端連接到VCC2和R23的另一端連接到地；T20的集電極分別與R13的一端和T21的基極連接，R13的另一端接到VCC2；T21的集電極連接到VCC2，T21的射極與R21的一端連接，R21的另一端接地，并由T21的射極輸出信號。
本發明的具體實施例的電路工作原理如下光電二極管1將光信號轉換成電信號，并輸入跨阻抗前置放大器2。
跨阻抗前置放大器2，由晶體管T6、T7、T8和T9組成。跨阻抗ZT就是反饋電阻R14，R6、R7是增益控制電阻。R15是偏置電阻，R16、R18是負載電阻，C3和R17為電路補償元器件。
快速峰值檢波電路3中的差分放大器A4在圖2中由晶體管差分對管T4、T5和增益控制電阻R4、R5及恒流源I2組成。射隨器T2和電阻R3、電容C1的并聯回路起到電平位移作用，同時也加快了充電速度。峰值檢波電容C2有兩方面的作用一方面用來保持脈沖信號幅度，另一方面提高了電路的穩定性。差分放大器A4的增益可以適當增大，這樣可以減少參考電平的偏移和峰值檢波電容C2的充電時間。優化串聯電阻R1、R2的比例，可以部分補償參考電平偏移。為了盡量降低光突發信號的前幾個比特丟失率，要求峰值檢波電容C2充電速度盡可能快。另一方面為提高接收機的靈敏度，在光突發信號持續時間內，保持時間要足夠長。充電時間由射隨器T3提供給電容C2的電流大小決定，也就是T3的BE結信號電壓幅度決定。輸入光電流越大，充電速度越快。電容C2的放電速度由T2的基極電流決定。
限幅放大器4中的差分放大器A2由差分對T11、T12和電流源I3、射隨器T10、T13及增益控制電阻R8、R9、偏置電阻R19、R20組成。差分放大器A3由差分對T14、T15、電流源I4、I5、I6及射隨器T16、T17和增益控制電阻R10、R11，基極偏置電阻R24、R25組成。差分放大器A2的一個輸入端接經過電纜延時單元6的跨阻抗前置放大器1的輸出信號，另一個輸入端接快速接峰值檢波電路3的輸出信號。緊接A2后是差分放大器A3，其原理及構成與A2相同，A3的一個輸入端接A2的輸出信號，另一輸入端連接一個固定電平。經過限幅放大器兩級差分放大后將電壓信號放大為等幅的信號輸出，方便了下一步信號處理。
為降低由于充電速度不夠快，造成光突發信號的前幾個比特丟失率，采用了在限幅放大器前加電纜延時單元6的辦法來抵消電容C2充電時的上升時間。
或非門5由差分對T19、T20、電流源I7和增益控制電阻R12、R13，基極偏置電阻R22、R23和T18及射隨器T21組成。由于在接收光突發信號的間隙段，限幅放大器4的輸入端信號在間隙段已經歸零，而另一個輸入端連接的快速接峰值檢波電路3的輸出的判決電平則是在緩慢歸零(放電過程)，此時在限幅放大器4的輸出端將產生一個尖峰脈沖，這對于后面的信號處理來說會造成誤判，將限幅放大器反相輸出信號與脈沖信號VS(在數據段為低電平，在間隙段為高電平)進行或非邏輯運算，從而消除了光突發信號間隙由放電帶來的誤碼，同時也避免了在突發模式接收機中使用復雜的快速放電電路，提升了突發模式光接收機的性價比。
需要說明的是上述實施例中的三極管可以采用市場成熟的雙極性晶體管，這樣就可以大大降低成本，并易于采用集成電路工藝進行集成或二次集成。
本發明實施例提供的光突發模式接收機，在1.25Gb/s速率下，接收靈敏度為-24dBm，最大可接收光功率-4dBm，接收動態范圍達到20dB。它可以廣泛用于光通信和光纖通信系統中的光突發模式接收機的設計和應用。
權利要求
1.一種光突發模式接收機，它包括光電二極管(1)、跨阻抗前置放大器(2)、快速峰值檢波電路(3)、限幅放大器(4)；其特征是它還包括延遲單元(6)和或非門(5)，所述的延遲單元(6)是由可以延遲電信號的器件組成，所述的可以延遲電信號的器件可以采用包括寬帶電纜、門電路或光纖延遲線等構成；所述的快速峰值檢波電路(3)包含一個前置差分放大器A4和有源檢波電路，在快速峰值檢波電路(3)的前置差分放大器輸出端接一個由R3和C1組成RC并聯網絡；光電二極管(1)的輸出端連接到跨阻抗前置放大器(2)的輸入端；跨阻抗前置放大器(2)的輸出端分別連接到延遲單元(6)和快速峰值檢波電路(3)的輸入端；延遲單元(6)和快速峰值檢波電路(3)的輸出端分別與限幅放大器(4)的兩個輸入端連接；限幅放大器(4)的輸出端連接到或非門(5)的輸入端；所述的或非門(5)的另一個輸入端與數據段為低電平、間隙段為高電平的脈沖信號連接。
2.根據權利要求1所述的一種光突發模式接收機，其特征是它包括光電二極管(1)負端連接到電源VB，正端分別連接到電阻R14、R15的一端和T6的基極；R15的另一端和T6的射極分別接地；電阻R14另一端分別連接到T6的集電極、R6的一端和T7的基極，R6的另一端連接到VCC1；T7的集電極連接到VCC1，T7的射極連分別接到T8的基極和R16的一端，R16的另一端接地；T8的集電極分別連接到T9的基極和R7的一端，R7的另一端接到VCC1；T8的射極連接到R17和C3并聯的一端，R17和C3并聯的另一端連接到地；T9的集電極連接到VCC1，T9的射極分別連接到R18的一端、電纜延時單元(6)的輸入端和T4的基極，R18的另一端接地；T4的集電極與R4的一端連接，R4的另一端連接到VCC2；T4和T5的射極相連，并連接到I2的正端，I2的負端接地；T5的集電極分別連接到T3的基極和R5的一端，R5的另一端連接到VCC2；T3的集電極連接到VCC2，T3的射極分別與T2的基極和C2的一端連接，C2的另一端接地；T2的集電極連接到VCC2，T2的射極與R3和C1并聯的一端連接，R3和C1并聯的另一端分別連接到T5的基極、以及I1的正端和T1的基極，I1的負端接地；T1的集電極連接到VCC2，T1的射極連接到R1的一端，R1的另一端分別與R2的一端和T12的基極連接，R2的另一端接地；電纜延時單元(6)的輸出端和T10的基極連接，T10的集電極連接到VCC1，T10的射極分別與R19的一端和T11的基極連接，R19的另一端接地；T11和T12的射極相連，并連接到I3的正端，I3的負端接地；T11的集電極與R8連接，R8的另一端接到VCC1；T12的集電極分別與R9的一端和T13的基極連接，R9的另一端接到VCC1；T13的集電極連接到VCC1，T13的射極分別與R20的一端和T14的基極連接，R20的另一端接地；T14和T15的射極相連，并連接到I4的正端，I4的負端接地；T14的集電極與R10連接，R10的另一端接到VCC1；T15的集電極分別與R11的一端和T16的基極連接，R11的另一端接到VCC1；T15的基極分別連接到R24和R25的一端，R24的另一端連接到VCC1和R25的另一端連接到地；T16的集電極連接到VCC1，T16的射極分別與I5的正端和T17的基極連接，I5的負端接地；T17的集電極連接到VCC1，T17的射極分別與I6的正端和T19的基極連接，I6的負端接地；T18、T19和T20的射極相連，并連接到I7的正端，I7的負端接地；T18和T19集電極相連，并與R12的一端連接，R12的另一端連接到VCC2；T18的基極與脈沖信號VS連接(該信號在數據段為低電平，在間隙段為高電平)；T20的基極分別連接到R22和R23的一端，R22的另一端連接到VCC2和R23的另一端連接到地；T20的集電極分別與R13的一端和T21的基極連接，R13的另一端接到VCC2；T21的集電極連接到VCC2，T21的射極與R21的一端連接，R21的另一端接地，并由T21的射極輸出信號。其中R1到R25為電阻，T1到T21為雙極性晶體管，C1到C3為電容，I1到I7為電流源，VCC1，VCC2，VB分別為電源電壓。
全文摘要
本發明提供了一種光突發模式接收機，它包括光電二極管、跨阻抗前置放大器、快速峰值檢波電路、限幅放大器和或非門等部分組成。本發明通過快速峰值檢波電路和延時單元的協同工作，使該光突發模式接收機具有更低的誤碼率、較高的接收靈敏度、又有大的光功率接收動態范圍；在輸出端采用特殊的或非門技術，消除了干擾，同時避免了在光突發模式接收機中使用復雜的快速放電電路，提升了光突發模式接收機的性價比；同時利用市場成熟的雙極性晶體管大大降低了成本，并易于采用集成電路工藝進行集成或二次集成。
文檔編號H04B10/12GK1741419SQ20041004055
公開日2006年3月1日 申請日期2004年8月27日 優先權日2004年8月27日
發明者邱琪, 余學德, 王學民 申請人:電子科技大學