專利名稱：大動態范圍低噪聲光接收模塊的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種短波模擬光電通信領域，特別涉及一種用于短波模擬光通信領域中光-電轉換的大動態范圍低噪聲光接收模塊。
背景技術：
在模擬光接收機中，光接收模塊前置放大器的性能，決定了可接收信號的信噪比與信號的動態范圍。常用前置放大器主要是利用運放搭建的跨阻放大器，因此跨阻放大器性能主要取決于三方面運放的參數性能、反饋網絡的搭建、以及輸出端的匹配，尤其是寬帶應用中，抑制噪聲與改善平坦度是電路設計的重點，也是難點。
發明內容
鑒于現有技術存在的現狀，本實用新型提供了一種在跨阻放大器設計與應用中改善寬帶信號幅度平坦度以及信號信噪比的方案，并且可以滿足超過100dB的大動態范圍射頻信號的傳輸的大動態范圍低噪聲光接收模塊。
本實用新型為實現上述目的，所采取的技術方案是一種大動態范圍低噪聲光接收模塊，其特征在于包括光電二極管PD、反饋電阻Rf、反饋電容Cf、去耦電容C+、去耦電容C-、隔直電容Cout、運算放大器OPA，反饋電阻Rf與反饋電容Cf并聯，作為反饋網絡跨接在運算放大器OPA的反相輸入端管腳-IN和輸出端管腳OUT之間，運算放大器OPA的同相輸入端管腳+IN接地，光電二極管PD的P極管腳接偏壓Vbias-，光電二極管PD的N極管腳接運算放大器OPA反向輸入端管腳-IN，光電二極管PD的G極管腳接地，運算放大器的供電端管腳+Vs、運算放大器的供電端管腳-Vs分別接電源正、電源負，并且在供電管腳與地之間用去耦電容C+、去耦電容C-連接。
本實用新型的有益效果是通過改變反饋電容的容值改善帶內平坦度指標，而利用輸出端串接隔直電容的方法來祛除了直流分量所產生的噪聲因素，而由于這兩個指標的改善而犧牲掉的電路增益利用適當增大反饋電阻來補償，從而達到大動態范圍，低噪聲的目的。
圖1為本實用新型電路原理圖并作為摘要附圖。
圖2為本實用新型應用例框圖。
圖3為電容Cf＝1PF的曲線圖。
圖4為電容Cf＝10PF的曲線圖。
圖5為電容Cf＝20PF的曲線圖。
圖6為電容Cf＝30PF的曲線圖。
圖7為電容Cf＝40PF的曲線圖。
圖8為電容Cout＝0PF的曲線圖。
圖9為電容Cout＝1PF的曲線圖。
圖10為電容Cout＝10PF的曲線圖。
圖11為電容Cout＝20PF的曲線圖。
圖12為電容Cout＝30PF的曲線圖。
圖13為電容Cout＝40PF的曲線圖。
具體實施方式
如圖1所示，大動態范圍低噪聲光接收模塊，包括光電二極管PD、反饋電阻Rf、反饋電容Cf、去耦電容C+、去耦電容C-、隔直電容Cout、運算放大器OPA，反饋電阻Rf與反饋電容Cf并聯，作為反饋網絡跨接在運算放大器OPA的反相輸入端管腳-IN和輸出端管腳OUT之間，運算放大器OPA的同相輸入端管腳+IN接地(GND)，光電二極管PD的P極管腳接偏壓Vbias-，光電二極管PD的N極管腳接運算放大器OPA反向輸入端管腳-IN，光電二極管PD的G極管腳接地(GND)，運算放大器的供電端管腳+Vs、運算放大器的供電端管腳-Vs分別接電源正(+5v)、電源負(-5v)，并且在供電管腳與地之間用去耦電容C+、去耦電容C-連接。
首先利用光電二極管將光信號轉換為電流信號，然后利用跨阻放大器實現電流-電壓轉換，并且對信號進行放大，最后在跨阻放大器的輸出管腳處串接隔直電容以改善噪聲性能。
如圖2所示，1614光發射模塊接收射頻信號，并通過光纖發射給接收模塊光信號，光接收模塊將輸出信號通過射頻接口輸出給頻譜分析儀。
在跨阻放大器中，輸入噪聲電流對電路噪聲的影響是比較大的，因此在選用運放時需要選用輸入噪聲電流較小的運算放大器。本發明采用FET輸入的低輸入噪聲電流運算放大器作為光接收模塊的核心器件。并且在設計過程中用另一款運算放大器作比較進行測試。兩款運放噪聲參數分別如下表 測試結果表明，FET輸入級運放構成的跨阻放大器性能明顯好于后者，基底噪聲水平低。由此可得運放的輸入電流噪聲是決定電路噪聲指標的關鍵因素，應在選擇中著重考慮，在設計跨阻放大器時候，在滿足帶寬要求的前提下，首先應該考慮使用低輸入電流噪聲的運算放大器，作為核心器件。
反饋網絡中電阻和電容組成了一個低階的低通濾波器，通過對電路的仿真以及測試得出，電容越小，增益越高，但是寬待平坦度會惡化。附圖3、4、5、6、7是輸出信號幅度隨反饋電容容值的變化趨勢曲線。因此組建反饋網絡時不僅要盡量選用大阻值的反饋電阻，而且反饋電容在保證頻率響應的前提下選用稍大容值的電容，雖然會犧牲了增益的指標，但是會改善整個通頻帶的帶內平坦度。
在跨阻放大器輸出端的的直流分量在模擬通信中可以看作是一種噪聲，并且通過對電路仿真和測試得出，噪聲影響很大，在輸出端添加耦合電容何以減少這種噪聲的影響，但是，隨著電容容值的減小，噪聲也隨之減小，但是增益也會降低，而容值越高，增益越高，但是噪聲也會增加，因此，在輸出端耦合適當容值耦合電容可以對電路性能加以改善。附圖8、9、10、11、12、13是輸出噪聲和輸出信號幅度隨輸出電容變化曲線。
本實用新型應用在短波模擬光通信領域，頻段范圍8MHz～30MHz。在跨阻增益為30dB，輸入光功率0dBm，情況下，可實現-100dBm～+17dBm單頻點輸入信號范圍。可實現100dB的無失真瞬時動態范圍。電路附加噪聲很小，在通電前后通頻帶內基底噪聲頻譜增加3dB。
權利要求1.一種大動態范圍低噪聲光接收模塊，其特征在于包括光電二極管PD、反饋電阻Rf、反饋電容Cf、去耦電容C+、去耦電容C-、隔直電容Cout、運算放大器OPA，反饋電阻Rf與反饋電容Cf并聯，作為反饋網絡跨接在運算放大器OPA的反相輸入端管腳-IN和輸出端管腳OUT之間，運算放大器OPA的同相輸入端管腳+IN接地，光電二極管PD的P極管腳接偏壓Vbias-，光電二極管PD的N極管腳接運算放大器OPA反向輸入端管腳-IN，光電二極管PD的G極管腳接地，運算放大器的供電端管腳+Vs、運算放大器的供電端管腳-Vs分別接電源正、電源負，并且在供電管腳與地之間用去耦電容C+、去耦電容C-連接。
專利摘要本實用新型涉及一種用于短波模擬光通信領域中光-電轉換的大動態范圍低噪聲光接收模塊。包括光電二極管PD、反饋電阻Rf、反饋電容Cf、去耦電容C+、去耦電容C-、隔直電容Cout、運算放大器OPA，反饋電阻Rf與反饋電容Cf并聯，作為反饋網絡跨接在運算放大器OPA的反相輸入端管腳-IN和輸出端管腳OUT之間，運算放大器OPA的同相輸入端管腳+IN接地，光電二極管PD的P極管腳接偏壓Vbias-，光電二極管PD的N極管腳接運算放大器OPA反向輸入端管腳-IN，光電二極管PD的G極管腳接地，運算放大器的供電端管腳+Vs、運算放大器的供電端管腳-Vs分別接電源正、電源負，并且在供電管腳與地之間用去耦電容C+、去耦電容C-連接。本實用新型的有益效果是達到大動態范圍，低噪聲的目的。
文檔編號H04B10/12GK201584972SQ200920251328
公開日2010年9月15日 申請日期2009年12月4日 優先權日2009年12月4日
發明者孫毅, 錢瑞杰, 張睿, 王文博, 張天晶 申請人:天津光電通信技術有限公司