專利名稱：光信號切斷檢測電路和光接收器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光通信技術，更具體地涉及能夠正確地檢測是否存在光信號輸入的光信號檢測技術。
背景技術：
在作為高速寬帶光傳輸方法的FTTH(光纖到戶)系統所采用的PON(無源光網絡)中，基站側上容納多個用戶的OLT(光線路終端)和用戶側上端接光學訂戶線路的ONU(光網絡單元)經由光纖連接，以雙向傳輸信號。在連接新ONU的情況下，如果OLT的光接收電路在沒有光輸入的情況下不具有防止不必要噪聲輸出的噪聲掩蔽功能，連接至模擬前端的后續級的接入控制器需要通過特定算法來確定接收到的光信號是噪聲還是來自新連接ONU的光信號。這里，隨著上層復雜性的增長，成本增加，并且通信控制變得低效。 一方面，提供了一種用于OLT光接收電路的技術，該技術使光信號切斷檢測電路基于從跨阻放大器(TIA)輸出的電信號來確定是否存在光信號輸入,并且在沒有光信號的情況下防止從光接收器輸出不必要噪聲(例如，參見專利文獻I)。如圖10所示，在光接收器200中，將光電二極管ro接收到的光信號Pin光電轉換成光電流信號Iin，并且被用作預放大器的跨阻放大器TIA放大。將來自跨阻放大器TIA的電信號Tout輸入至用作后放大器的限幅放大器LA以進行放大，從而將具有不同強度的光信號Pin變為具有預定幅度的電信號，并且作為接收輸出Rout輸出。諸如CDR(時鐘數據恢復)或定時調節電路等的波形整形電路通常連接至限幅放大器LA的后續級，以從數據信號中提取時鐘信號，并且執行波形整形以獲得容易處理的數字信號。另一方面，在跨阻放大器TIA的后續級處提供與限幅放大器LA并聯的用于確定光信號Pin的接收的光信號切斷檢測電路(L0S :信號丟失)。光信號切斷檢測電路20產生對是否接收到具有足夠信號強度的光信號Pin加以表示的信號切斷檢測信號L0S，從而檢測通信錯誤，或者執行靜噪電路控制，以在沒有信號的情況下切斷從限幅放大器LA輸出的噪聲。在光信號切斷檢測電路20中，僅當接收到光信號Pin時，比較器21才輸出比較輸出信號Cout。SR鎖存器22保持比較輸出信號Cout，并且將該信號轉換成由DC信號形成的信號切斷檢測信號L0S。重置信號RESET取消了 SR鎖存器22中對信號切斷檢測信號LOS的保持。例如，在以PON系統為代表的突發通信中，PON控制IC能夠在突發分組接收結束時輸出重置信號RESET。因此，例如使用信號切斷檢測信號LOS作為限幅放大器LA的輸出控制信號來控制靜噪電路，并且在從接收重置信號一直到接收下個突發信號之間閉合靜噪電路，使得能夠防止從限幅放大器LA輸出噪聲。當接收到突發信號時，可以斷開靜噪電路以返回正常接收狀態。圖11中示出的比較器21包括偏置電路21A、第一級放大電路21B、第一級射極跟隨器電路21C、以及第二級放大電路21D。從跨阻放大器TIA輸入的電信號Tout的非反相信號Tout+和反相信號Tout-經由耦合電容器C與偏置電路2IA進行AC耦合。由于耦合電容器C是差分電路，因此將非反相信號Tout+和反相信號Tout-的差分波形分別輸入至第一級放大電路21B的一對差分晶體管Ql和Q2。當該對差分晶體管Ql和Q2的負載電阻器R5和R6彼此具有不同值時，第一級放大電路21B的每個輸出在DC電平下具有偏移電壓。因此，除非輸入具有足夠幅度的非反相信號Tout+和反相信號Tout-，否則第一級放大電路21B的輸出幅度不足，并且不能形成差分信號，即來自晶體管Ql的非反相輸出和來自晶體管Q2的反相輸出不交叉。為此，經由第一級射極跟隨器電路21C連接的第二級放大電路21D不輸出比較輸出信號Cout，并且將信號保持在低電平。
另一方面，如果輸入具有足夠幅度的非反相信號Tout+和反相信號Tout-，則來自晶體管Ql的非反相輸出和來自晶體管Q2的反相輸出交叉。因此，與交叉相對應的高電平和低電平作為比較輸出信號Cout交替出現。由于SR鎖存器22保持比較輸出信號Cout，因此例如在接收光信號Pin時連續輸出高電平信號作為比較輸出信號Cout。因此作為該電路的特征,一旦輸出高電平信號作為比較輸出信號Cout，就保持該電平。因此能夠實現立即響應信號接收的高速光信號切斷檢測電路20。現有技術文獻專利文獻專利文獻I :日本專利特開No. 2009-044228
發明內容
本發明要解決的問題然而，在上述現有技術中，不能在沒有任何必要外部控制信號的情況下執行自主操作并正確地檢測是否存在光信號輸入。S卩，上述光信號切斷檢測電路20被配置為使SR鎖存器22保持比較器21的比較輸出信號Cout。利用這種布置，從能夠快速地檢測和指示光信號Pin從信號切斷狀態變化到信號接收狀態。然而，不能檢測光信號從信號接收狀態變化到信號切斷狀態。此外，自主操作是不可能的，這是因為作為外部控制信號，重置SR鎖存器22的重置信號RESET是必不可少的。當使用SR鎖存器22時，會根據比較器21的比較輸出信號Cout的邏輯電平與重置信號RESET的邏輯電平之間的關系而出現不確定邏輯。可以通過使用JK觸發電路代替SR鎖存器22以解決該問題。然而，該電路單獨需要時鐘信號。當比較器21輸出高電平的至少一個脈沖作為比較輸出信號Cout時，SR鎖存器22連續輸出高電平信號作為信號切斷檢測信號L0S。這會在光信號Pin的信號切斷時輸入大噪聲的情況下導致操作錯誤。因此，當在光接收器中使用該傳統技術時，不能在沒有光信號的情況下正確地驅動防止不必要噪聲輸出的噪聲掩蔽功能。
實現了本發明以解決上述問題，并且本發明的目的在于提供ー種光信號檢測技木，允許執行自主操作而無需任何必要的外部控制信號，并且正確地檢測是否存在光信號輸入。解決問題的手段為了實現上述目標，根據本發明提供了ー種光信號切斷檢測電路，基于通過對由脈沖序列形成的光信號進行光電轉換而獲得的電信號來檢測是否存在光信號輸入，該光信號切斷檢測電路包括比較器，從經由耦合電容器輸入的電信號中輸出幅度不小于參考值的脈沖作為比較輸出信號；以及模擬保持電路，利用比較輸出信號中包含的每個脈沖對保持電容器進行充電，并且通過放電電阻器去除通過充電而獲得的DC電壓，從而產生根據是否存在光信號輸入而變化的保持輸出信號。根據本發明，提供了ー種光接收器，包括光電轉換元件，將由脈沖序列形成的光信號光電轉換成光電流信號，并且輸出光電流信號；跨阻放大器，對光電流信號進行放大，并且輸出包括反相信號和非反相信號在內的電信號；限幅放大器，將電信號中包含的脈沖 序列的每個脈沖放大到預定幅度，并且輸出脈沖；以及上述光信號切斷檢測電路之一，基于電信號來檢測是否存在光信號輸入。本發明的效果根據本發明，能夠執行自主操作，而無需光信號切斷檢測電路之外的任何必要的外部控制信號(例如重置信號)，并且能夠正確地檢測是否存在光信號輸入。由于不必輸入外部控制信號，因此電路能夠容易地應用于甚至不具有輸出控制信號的功能的光接收器，并且可以獲得高多功能性。此外，能夠從光接收器中去除用于輸出控制信號的電路部分，并因此降低成本。此外，模擬保持電路利用突發信號中包含的脈沖進行充電，從而檢測是否存在光信號。為此，甚至在光信號的信號切斷時輸入噪聲的情況下，也可以防止其引起的操作錯誤，并且可以實現穩定的光信號檢測操作。
圖I是示出了根據第一實施例的光接收器和光信號切斷檢測電路的布置的框圖；圖2是示出了根據第一實施例的比較器的布置的示例的電路圖；圖3是示出了根據第一實施例的光信號切斷檢測電路的操作的時序圖；圖4是示出了根據第二實施例的光接收器和光信號切斷檢測電路的布置的框圖；圖5是示出了根據第三實施例的光接收器和光信號切斷檢測電路的布置的框圖；圖6是示出了根據第三實施例的比較器的布置的電路圖；圖7是示出了根據第三實施例的光信號切斷檢測電路的操作的時序圖；圖8是示出了根據第四實施例的光接收器和光信號切斷檢測電路的布置的框圖；圖9是示出了根據第五實施例的光接收器和光信號切斷檢測電路的布置的框圖；圖10是示出了傳統光接收器和光信號切斷檢測電路的布置的框圖；以及圖11是示出了在傳統光信號切斷檢測電路中使用的比較器的布置的電路圖。
具體實施例方式現在參照附圖描述本發明的實施例。
[第一實施例]首先參照圖I描述根據本發明第一實施例的光接收器和光信號切斷檢測電路。光接收器100是將經由光纖接收到的光信號轉換成電信號并且輸出該電信號的通信裝置。光接收器100在通過采用例如FTTH系統所采用的PON方法在基站側上容納多個用戶的OLT中使用。光接收器100包括光電ニ極管H)、跨阻放大器TIA、限幅放大器LA和光信號切斷檢測電路10作為主電路部件。經由光纖到達的光信號Pin由光電ニ極管I3D接收，被轉換成光電流信號I in，并且被用作預放大器的跨阻放大器TIA放大。將來自跨阻放大器TIA的電信號Tout輸入至用作后放大器的限幅放大器LA進行放大，以將具有不同強度的光信號Pin變成具有預定幅度的電信號，并且作為接收輸出Rout輸出。注意，盡管在圖I中未示出，但是通常在限幅放大器LA的后續級處提供諸如CDR或定時調節電路等波形整形電路，以從數據信號中提取時鐘 信號，并且執行波形整形以獲得容易處理的數字信號。光信號切斷檢測電路10是與限幅放大器LA并聯地連接至跨阻放大器TIA的電路部分，以基于來自跨阻放大器TIA的電信號檢測是否存在光信號輸入。根據本實施例的光信號切斷檢測電路10包括比較器11，從經由耦合電容器自跨阻放大器TIA輸入的電信號Tout中輸出幅度等于或大于參考值的脈沖，作為比較輸出信號Cout ;以及模擬保持電路12，用比較輸出信號Cout中包含的每個脈沖對保持電容器進行充電，并且還經由放電電阻器去除充電所獲得的DC電壓，從而產生根據是否存在光信號Pin輸入而變化的保持輸出信號Hout。接著參照圖I詳細描述根據第一實施例的光信號切斷檢測電路的布置。光信號切斷檢測電路10包括比較器11、模擬保持電路12和輸出緩沖器13作為主電路部分。比較器11具有以下功能從經由用于AC耦合的耦合電容器C自跨阻放大器TIA輸入的非反相信號Tout+和反相信號Tout-中輸出幅度等于或大于預設參考值的脈沖作為比較輸出信號Cout。注意后續參照圖2描述比較器11的內部布置的細節。如上所述，光信號Pin由光電ニ極管轉換成光電流信號I in，并且被跨阻放大器TIA放大。將獲得的電信號Tout輸入至限幅放大器LA。限幅放大器LA通常由多級放大電路形成。為了調節電平，前級放大電路和后級放大電路通常經由射極跟隨器電路連接。因此，輸入級是放大電路或射極跟隨器電路。跨阻放大器TIA的輸出端子和限幅放大器LA的輸入端子經由AC耦合或DC耦合連接。另ー方面，來自跨阻放大器TIA的非反相信號Tout+和反相信號Tout-也經由耦合電容器C通過AC耦合連接至比較器11。根據接收信號的比特率來優化耦合電容器C的電容量。例如，當比特率是IOGbps時，優選地電容量大約是IpF或更小。模擬保持電路12具有以下功能利用從比較器11輸出的比較輸出信號Cout中包含的每個脈沖對保持電容器Ch進行充電，并且還經由放電電阻器去除通過充電而獲得的模擬DC電壓,從而從該DC電壓產生根據是否存在光信號Pin輸入而變化的保持輸出信號Hout0
輸出緩沖器13具有以下功能將由模擬保持電路12所產生的基于模擬DC電壓形成的保持輸出信號Hout整形成一般邏輯門中使用的數字邏輯信號，從而輸出對是否存在光信號Pin輸入加以表不的信號切斷檢測信號L0S。將從比較器11輸出的比較輸出信號Cout輸入至模擬保持電路12并用于充電/放電。經由輸出緩沖器13輸出基于模擬DC電壓形成的保持輸出信號Hout作為由數字邏輯信號形成的信號切斷檢測信號L0S。原理上，模擬保持電路12的保持輸出信號Hout保持接收光信號Pin時的峰值，并且在信號切斷時變化到低電平。因此，信號切斷檢測信號LOS還具有對應的邏輯電路。此時，例如，為了使信號切斷檢測信號LOS通過高電平指示切斷信號，邏輯電路被配置為在保持輸出信號Hout在低電平時將信號切斷檢測信號LOS變為高電平。在本實施例中，如圖I所示，模擬保持電路12包括二極管Dh，對從比較器11輸出的比較輸出信號Cout中包含的每個脈沖進行整形；保持電容器Ch，以利用二極管Dh整形的脈沖對保持電容器Ch進行充電；以及放電電阻器Rh，去除通過充電獲得的DC電壓。 更具體地，二極管Dh具有連接至比較器11的輸出端子的陽極，以及連接至保持電容器Ch的一端的陰極端子。保持電容器Ch的另一端連接至地電勢。因此，在從比較器11輸出的比較輸出信號Cout中包含的脈沖之中，僅通過二極管Dh來提取電平比保持電容器Ch的DC電壓的電平高二極管結電壓的脈沖，以對保持電容器Ch進行充電。放電電阻器Rh與保持電容器Ch并聯，以經由放電電阻器Rh，自然地去除已經對保持電容器Ch進行充電的DC電壓。當光信號Pin在信號切斷狀態下時，DC電壓被去除。因此，自主輸出對光信號Pin的信號切斷加以表示的信號切斷檢測信號L0S。通過保持電容器Ch和放電電阻器Rh來判定時間常數，同時保持檢測作為電信號Tout+或Tout-輸入的突發信號開始的響應速度與對連續相同數字的容忍度之間的一致性，以防止電路錯誤地將突發信號中包含的連續相同數字確定為信號切斷。[比較器]接著參照圖2詳細描述根據本實施例的光信號切斷檢測電路10中使用的比較器11的內部布置。比較器11配備偏置電路11A、第一級放大電路(前側放大電路)11B、第一級射極跟隨器電路lie、第二級放大電路(后側放大電路)11D、以及第二級射極跟隨器電路11E。這些電路部分集成在半導體芯片中。這里描述通過雙極晶體管形成電路部分的示例。電路部分中的一些或全部可以由MOSFET來形成。偏置電路IlA由電阻分壓電路形成，電阻分壓電路包括上拉至電源電勢Vcc的電阻元件Rl和R3，以及下拉至地電勢GND的電阻元件R2和R4。偏置電路IIA具有以下功能根據電阻元件Rl和R3的電阻比以及電阻元件R2和R4的電阻比分別對經由耦合電容器C從跨阻放大器TIA輸入的電信號Tout+和Tout-施加DC偏置。實際上，由于電阻比相等，因此對輸入電信號Tout+和Tout-施加相等的DC偏置。第一級放大電路IlB由差分放大電路形成，包括形成差分對的晶體管Ql和Q2、在電源電勢Vcc與晶體管Ql的集電極端子之間連接的電阻元件R5、在電源電勢Vcc與晶體管Q2的集電極端子之間連接的電阻元件R6、在晶體管Ql和Q2的發射極電阻之間串聯的電阻元件R7和R8、以及在地電勢GND與電阻元件R7和R8的節點之間連接的恒流源II。第ー級放大電路IlB具有對輸入至晶體管Ql和Q2的基極端子的電信號Tout+和Tout-進行差分放大的功能。電阻元件R5和R6對應于差分放大電路的負載電阻器，對于負載電阻器根據所述參考值預先設置差分電阻值。為此，將與偏移電壓相對應的DC電壓差施加于來自晶體管Ql和Q2的集電極的差分輸出。第一級射極跟隨器電路IlC包括集電極端子連接至電源電勢Vcc的晶體管Q3和Q4，以及在地電勢GND與晶體管Q3和Q4的發射極端子之間連接的恒流源12和13。第一級射極跟隨器電路IlC具有以下功能輸出從第一級放大電路IlB輸出并輸入至晶體管Q3和Q4的基極端子的信號作為低阻抗信號。第二級放大電路IlD由差分放大電路形成，包括形成差分對的晶體管Q5和Q6、在電源電勢Vcc與晶體管Q5的集電極端子之間連接的電阻元件R9、在電源電勢Vcc與晶體 管Q6的集電極端子之間連接的電阻元件R10、以及在地電勢GND與晶體管Q5和Q6的發射極端子的節點之間連接的恒流源14。第二級放大電路IlD具有對從第一級射極跟隨器電路IlC輸入至晶體管Q5和Q6的基極端子的第一級輸出信號Fout進行差分放大的功能。在這種情況下，第一級放大電路IlB對要輸入至晶體管Q5和Q6的基極端子的第一級輸出信號Fout的反相輸出和非反相輸出施加偏移電壓。為此，當反相輸出和非反相輸出中包含的脈沖的幅度小于偏移電壓的幅度時，這些信號不交叉。因此，從晶體管Q5和Q6的集電極端子輸出的第二級差分輸出不變化。因此，從輸入至比較器11的電信號Tout+和Tout-中包含的脈沖之中，去除幅度小于與電阻元件R5和R6決定的偏移電壓相對應的參考值的脈沖，并且僅輸出幅度等于或大于參考值的脈沖。第二級射極跟隨器電路IIE包括集電極端子連接至電源電勢Vcc的晶體管Q7和Q8，以及在地電勢GND與晶體管Q7和Q8的發射極端子之間連接的恒流源15和16。第二級射極跟隨器電路IlE輸出從第二級放大電路IlD輸出并且輸入至晶體管Q7和Q8的基極端子的差分輸出作為低阻抗比較輸出信號Cout。[第一實施例的操作]接著參照圖3描述根據本實施例的光信號切斷檢測電路10的操作。假定應用包括光信號切斷檢測電路10的光接收器100的系統為10G-EP0N。輸入突發信號的比特率為lOGbps，幅度大約為IOmV(作為差分信號，幅度大約為20mV)。IOmV的幅度對應于針對一般TIA的最小接收靈敏度(大約-30dBm)的輸出幅度。此外,突發信號包括例如128比特的連續相同數字部分(即，大約13ns)，并且檢測突發信號開始的響應時間是100ns或更少。模擬保持電路12的保持電容器Ch的電容值是lpF，并且放電電阻器Rh的電阻值是25k Q。注意電源電勢Vcc是3. 3V，并且地電勢GND是0V。將從跨阻放大器TIA輸入的突發信號經由耦合電容器C作為差分波形輸入至比較器11，并且經由第一級放大電路IlB差分放大，如圖2所示。此時，由于預先根據參考值將不同的電阻值設置為電阻元件R5和R6的電阻值，因此在第一級輸出信號Fout的反相信號Fout-的DC偏置與非反相信號Fout+的DC偏置之間施加與所述參考值相對應的偏移電壓。將第一級輸出信號Fout經由第一級射極跟隨器電路IlC輸入至第二級放大電路11D，并且被差分放大。為此，對于反相信號Fout-和非反相信號Fout+中包含的脈沖之中幅度小于偏移電壓的幅度的脈沖而言，信號不交叉，并且不從第二級放大電路IlD輸出。因此，第二級放大電路IlD去除幅度小于偏移電壓的幅度的脈沖，并且經由第二級射極跟隨器電路IlE僅輸出幅度等于或大于參考值的脈沖作為比較輸出信號Cout。順序地，比較輸出信號Cout輸入至模擬保持電路12。在比較輸出信號Cout中包含的脈沖之中，通過二極管Dh僅提取脈沖的電平比保持電容器Ch的DC電壓的電平高二極管結電壓的信號部分中的脈沖，以對保持電容器Ch進行充電。保持電容器Ch的DC電 壓(即，保持輸出信號Hout的電壓值)因此增加，這是因為利用光信號Pin的突發信號之中幅度等于或大于參考值的脈沖進行充電。在沒有突發信號的信號切斷部分、沒有突發信號之中的脈沖信號的連續相同數字部分、以及幅度小于參考值的脈沖部分中，電壓值減小，這是因為經由放電電阻器Rh進行放電。注意，在沒有突發信號的信號切斷部分中，保持輸出信號Hout的電壓不降至地電勢GND，這是因為對比較輸出信號Cout施加DC偏置。同時，確定保持電容器Ch和放電電阻器Rh的時間常數，同時保持檢測突發信號開始的響應速度與對連續相同數字的容忍度之間的一致性，以防止電路錯誤地將突發信號中包含的連續相同數字部分確定為信號切斷。利用該布置，當輸入突發信號時，在響應時間所限定的小于IOOns的持續時間內，通過突發信號中包含的脈沖將保持輸出信號Hout從沒有突發信號的低電平充電至對突發信號的存在加以表示的高電平。當到達突發信號中包含的連續相同數字部分時，保持輸出信號Hout保持在對突發信號的存在加以表示的高電平，即，在與最大連續相同數字部分相對應的大約13ns內等于或大于閾值Hth，甚至在保持輸出信號Hout被脈沖切斷放電的情況下也如此。因此，當輸入突發信號時，可以在預定響應時間內輸出對檢測到光信號Pin加以表示的信號切斷檢測信號L0S。甚至在突發信號包含連續相同數字部分時，電路也可以保持和輸出對檢測到光信號Pin加以表示的信號切斷檢測信號L0S，而不會錯誤地輸出對信號切斷加以表示的信號切斷檢測信號L0S。具體地，在圖3中在大約IOns的響應時間內，輸出信號切斷檢測信號L0S。當在突發信號結束時設置信號切斷狀態時，可以在自結束時間起最大連續相同數字部分過去之后輸出對光信號Pin的信號切斷加以表示的信號切斷檢測信號L0S。[第一實施例的效果]如上所述，在本實施例中，在經由耦合電容器從跨阻放大器TIA輸入的電信號之中，光信號切斷檢測電路10的比較器11輸出幅度等于或大于參考值的脈沖作為比較輸出信號Cout。模擬保持電路12利用比較輸出信號Cout中包含的每個脈沖對保持電容器進行充電，并還經由放電電阻器去除通過充電而獲得的DC電壓，從而產生根據是否存在光信號輸入而變化的保持輸出信號Hout。這允許執行自主操作而無需任何必要的外部控制信號(例如重置信號)，并且正確地檢測是否存在光信號輸入。由于不必從光信號切斷檢測電路10的外部輸入諸如重置信號等控制信號，因此電路能夠容易地應用于甚至不具有輸出控制信號功能的光接收器，并且可以獲得高多功能性。此外，能夠從光接收器中去除用于輸出控制信號的電路部分，并因此降低成本。在上述現有技術中，通過對來自比較器的比較輸出信號進行鎖存來產生信號切斷檢測信號。因此，在光信號Pin的信號切斷時輸入噪聲的情況下，由于噪聲輸入出現檢測錯誤，并且輸出對光信號的存在加以表示的信號切斷檢測信號。在本實施例中，模擬保持電路12對突發信號中包含的脈沖信號充電，從而檢測是否存在光信號。為此，甚至在光信號Pin的信號切斷時輸入噪聲的情況下，也可以防止上述引起的操作錯誤，并且可以實現穩定的光信號檢測操作。在本實施例中，模擬保持電路12包括對比較輸出信號Cout中包含的每個脈沖進行整形的ニ極管Dh、要利用整形后的脈沖進行充電的保持電容器Ch、以及去除充電所獲得的DC電壓的放電電阻器Rh。因此能夠以非常小的電路規模產生根據是否存在光信號輸入而變化的保持輸出信號。此時，可以根據目標FTTH系統來判定保持電容器Ch和放電電阻器Rh的時間常數，同時保持檢測突發信號開始的響應速度與對連續相同數字的容忍度之間的一致性，以防止電路錯誤地將突發信號中包含的連續相同數字確定為信號切斷。因此能夠獲得足夠的噪聲抗擾度，而同時確保高響應速度。在本實施例中，比較器11具備串聯的兩個差分放大電路IlB和11D。在這些差分 放大電路之中，位于前側的第一級放大電路IlB使用分別與反相信號和非反相信號相對應的兩個負載電阻器R5和R6對反相信號Fout-和非反相信號Fout+進行差分放大，并且這兩個負載電阻器R5和R6根據參考值具有不同的電阻值，從而輸出反相信號和非反相信號，同時在反相信號的DC偏置與非反相信號的DC偏置之間施加與參考值相對應的偏移電壓。位于前級差分放大器電路的后側上的后側差分放大電路對從前側差分放大電路輸出的反相信號Fout-和非反相信號Fout+進行差分放大。因此甚至在光信號Pin的信號切斷時輸入噪聲的情況下也能夠去除幅度小于參考值的脈沖。[第二實施例]接著參照圖4描述根據本發明第二實施例的光信號切斷檢測電路10。在第一實施例中，已經說明了模擬保持電路12經由ニ極管Dh利用來自比較器11的比較輸出信號Cout對保持電容器Ch進行充電并且經由與保持電容器Ch并聯的放電電阻Rh去除通過充電獲得的DC電壓的情況。在第二實施例中，描述使用連接成ニ極管的晶體管Qh來代替ニ極管Dh并且放電電阻器Rh與晶體管Qh并聯的示例。在根據本實施例的模擬保持電路12中，如圖4所示，晶體管Qh的基極端子連接至集電極端子和比較器11的比較輸出信號Cout，并且發射極端子連接至保持電容器Ch的一端。保持電容器Ch的另一端連接至地電勢。放電電阻器Rh并聯在晶體管Qh的基極端子與發射極端子之間。因此，在從比較器11輸出的比較輸出信號Cout中包含的脈沖之中，通過晶體管Qh僅提取電平比保持電容器Ch的DC電壓的電平高ニ極管結電壓的脈沖，以對保持電容器Ch進行充電。此外，在脈沖之中，僅電平比保持電容器Ch的DC電壓的電平高的脈沖經由放電電阻Rh對保持電容器Ch進行充電。因此消除了與ニ極管結電壓相對應的壓降，并且保持電容器Ch的DC電壓保持在電源電勢Vcc處的峰值。在光信號Pin的信號切斷狀態下，經由放電電阻器Rh將DC電壓移至比較器11側。因此，如在第一實施例中，自主輸出對光信號Pin的信號切斷加以表示的信號切斷檢測信號 L0S。[第二實施例的效果]
如上所述，在本實施例中，模擬保持電路12包括對比較輸出信號中包含的每個脈沖進行整形的連接成二極管的晶體管、要利用整形后的脈沖充電的保持電容器、以及去除通過充電獲得的DC電壓的放電電阻器。因此能夠輸出數字邏輯信號的高電平作為保持輸出信號Hout。輸出緩沖器13可以容易地執行從保持輸出信號Hout到由數字邏輯信號形成的信號切斷檢測信號LOS的轉換。此外，使用連接成二極管的晶體管作為二極管允許忽略獨立形成二極管的過程。在本實施例中，使用連接成二極管的晶體管Qh。然而，可以使用與第一實施例中的二極管相同的二極管Dh來代替晶體管Qh。保持電容器Ch和放電電阻器Rh決定時間常數，同時保持檢測作為電信號Tout+或Tout-輸入的突發信號開始的響應速度與對連續相同數字的容限之間的一致性，以防止電路錯誤地將突發信號中包含的連續相同數字確定為信號切斷。[第三實施例]
接著參照圖5描述根據本發明第三實施例的光信號切斷檢測電路10。在本實施例中，描述比較器11具備可變電阻器Rs以調節光信號檢測靈敏度的示例。在本實施例中，比較器11包括多個串聯的差分放大電路。在差分放大電路之中，位于后端的差分放大電路包括由分別與反相信號和非反相信號相對應的兩個負載電阻器中的至少一個形成的可變電阻器Rs。電路還包括中間緩沖器14，中間緩沖器14根據從比較器11輸出的差分信號輸出產生比較輸出信號Cout,并且將該比較輸出信號Cout輸出至豐吳擬保持電路12。與以上參照圖2描述的根據第一實施例的比較器相比，如圖6所示，用于靈敏度調節的可變電阻器Rs與用作根據本實施例的轉換器10中第二級放大電路IlD(后端放大電路)的負載電阻的電阻元件R9和RlO中的負載電阻器R9并聯，負載電阻器R9對應于信號Fout+。S卩，可變電阻器Rs的一端連接至晶體管Q5的集電極端子，另一端連接至電源電勢Vcc0另一方面，中間緩沖器14包括形成差分對的FET Ml和M2，以及形成差分對的FETM3和M4。FET Ml和M2構成電流鏡電路。FET Ml的柵極端子連接至FET M2的源極端子和柵極端子。FET Ml的漏極端子和FET M2的漏極端子連接至電源電勢Vcc。FET M3和M4構成差分放大電路。FET M3的漏極端子連接至FET Ml的源極端子。FET M4的漏極端子連接至FET M2的源極端子。恒流源17連接在地電勢GND與FET M3和M4的節點之間。中間緩沖器14因此對輸入至FET M3和M4的柵極端子的比較輸出信號Cout進行差分放大，并且向模擬保持電路12輸出獲得的差分比較輸出之中從FET M4輸出的非反相輸出，作為保持輸入信號Hin。如圖7中所示，當可變電阻器Rs的電阻值變化時，晶體管Q5的負載電阻值變化。為此，在來自第二級放大電路IlD的比較輸出信號Cout之中，反相信號Cout-的DC偏置變化，并且相對于非反相信號Cout+的DC偏置的偏移電壓變化。因此，在中間緩沖器14中，對于反相信號Cout-和非反相信號Cout+中包含的脈沖之中幅度小于偏移電壓幅度的脈沖而言，信號不交叉并且不作為保持輸入信號Hin從中間緩沖器14輸出。因此，對模擬保持電路12的保持電容器Ch進行充電的DC電壓的幅度變化。例如，通過調節可變電阻器Rs的電阻值來獲得圖7中示出的比較輸出信號Cout的反相信號Cout-，將針對反相信號Cout-的DC偏置設置為比圖3中的DC偏置低大約
0.2V。與圖3相比，反相信號Cout-和非反相信號Cout+的脈沖的交叉比降低，并且作為保持輸入信號Hin輸出的脈沖的數目的和幅度降低。因此，模擬保持電路12的保持輸出信號Hout的電壓與圖3相比一般較小，并且比閾值Hth小。因此，突發信號檢測靈敏度降低，并且不輸出對突發信號的存在加以表示的高電平信號切斷檢測信號L0S。[第三實施例的效果]如上所述，在本實施例中，比較器11包括串聯的多個放大電路IlB和11D。在差分放大電路之中，位于后端的差分放大電路IlD包括由分別與反相信號Fout-和非反相信號Fout+相對應的兩個負載電阻器R9和RlO的一個負載電阻器R9形成的可變電阻器。中間 緩沖器14對從比較器11輸出的比較輸出信號Cout進行差分放大，并且向模擬保持電路12輸出該比較輸出信號Cout。調節可變電阻器的值允許調節檢測靈敏度，以檢測是否存在光信號Pin輸入。因此，甚至在溫度或電源電勢變化吋，也可以根據溫度或電源電勢的變化來改變可變電阻器的電阻值，從而實現穩定的光信號檢測操作。在本實施例中，描述了在比較器11的差分放大電路之中，后端的差分放大電路IlD配備可變電阻器Rs的示例。然而，本發明不限于此。例如，可以向第一級放大電路IlB中的負載電阻器R5和R6中的至少ー個提供可變電阻器Rs。在這種情況下，由于第二級放大電路IlD對第一級放大電路IlB的第一級輸出信號Fout進行差分放大，可以省略中間緩沖器14。在比較器11中，第一級放大電路IIB對第一級輸出信號Fout的反相信號Fout-和非反相信號Fout+施加偏移電壓。因此，將第一級放大電路IlB的放大因子設置為低，并且將第二級放大電路IlD的放大因子設置為高。由于第二級放大電路IlD的負載電阻器也具有較大電阻值，因此負載電阻器的值可以極大變化。將可變電阻器Rs連接至第二級放大電路IlD使得能夠加寬靈敏度調節范圍。在本實施例中，已經描述了可變電阻器Rs與負載電阻器并聯的情況。然而，本發明不限于此，能夠改變電阻值的任何其他負載電阻器電路是可用的。[第四實施例]接著參照圖8描述根據本發明第四實施例的光信號切斷檢測電路10。在第四實施例中，描述具有滯后特性的緩沖器用作輸出緩沖器13的示例。模擬保持電路12的保持輸出信號Hout的上升和下降是緩和的。電壓電平在突發信號中包含的連續相同數字部分中也是變化的。這樣的特性由模擬保持電路12的CR時間常數產生。因此，例如，如果增加保持電容器Ch的電容量或者放電電阻器Rh的值來抑制連續相同數字部分中的電平變化，則上升和下降變得緩慢。連續相同數字部分中這種上升時間或下降時間增加和保持電平的變化不是優選的，因為它們引起從輸出緩沖器13輸出的信號切斷檢測信號LOS的啁啾。在本實施例中，具有滯后特性的邏輯電路(例如，施密特觸發器反相器)用作模擬保持電路12。自然，另一反相器或輸出緩沖器可以連接至施密特觸發器反相器輸出，用于信號切斷檢測信號LOS的電平調節或緩沖。可以連接滯后比較器來代替施密特觸發器反相器。[第四實施例的效果]如上所述，在本實施例中，具有滯后特性的邏輯電路(例如施密特觸發器反相器)用作模擬保持電路12。為此，甚至在將模擬保持電路12的CR時間常數設置為較大時，可以抑制信號切斷檢測信號LOS的啁啾。[第五實施例]接著參照圖9描述根據本發明第五實施例的光接收器和光信號切斷檢測電路。在第一實施例中，描述了將來自跨阻放大器TIA的電信號Tout輸入至光信號切斷檢測電路10的比較器11的示例。在第五實施例中，將從限幅放大器LA中包括的第一級放大電路PA輸出的電信號Pout (Pout+和Pout-)輸入至比較器11。
由具有低輸出阻抗的射極跟隨器電路或差分放大電路形成限幅放大器LA的第一級放大電路PA。第一級放大電路PA具有以下功能向限幅放大器LA中提供的后續級的放大電路輸出來自跨阻放大器TIA的輸入電信號Tout。因此，將來自跨阻放大器TIA的電信號Tout輸入至限幅放大器LA，而不必分支到光信號切斷檢測電路10。將從限幅放大器LA的第一級放大電路PA輸出的低阻抗電信號Pout分支到光信號切斷檢測電路10。[第五實施例的效果]如上所述，在本實施例中，將從限幅放大器LA中提供的第一級放大電路PA輸出的低阻抗電信號Pout而不是來自跨阻放大器TIA的電信號Tout分支且輸入到光信號切斷檢測電路10。這允許第一級放大電路PA覆蓋在分支電信號Pout時引起的跨阻放大器TIA的負載阻抗減小。因此能夠減小跨阻放大器TIA的驅動負載。此外，第一級放大電路PA的阻抗轉換便于獲得跨阻放大器TIA的輸出與限幅放大器LA的輸入之間的阻抗匹配。[實施例的擴展]以上參照實施例描述了本發明。然而，本發明不限于上述實施例。在不背離本發明范圍的前提下，可以針對本發明的布置和細節進行本領域技術人員可理解的各種改變和修改。附圖標記和符號的說明100...光接收器，10...光信號切斷檢測電路，11...比較器，12...模擬保持電路，C...稱合電容器，Pin...光信號，Tout...電信號，Hout...保持輸出信號
權利要求
1.一種光信號切斷檢測電路，包括 比較器，經由耦合電容器輸入通過光電轉換由脈沖序列形成的光信號而獲得的電信號，并且輸出幅度不小于參考值的脈沖作為比較輸出信號；以及 模擬保持電路，利用比較輸出信號中包含的每個脈沖對保持電容器進行充電，并且經由放電電阻器去除通過充電而獲得的DC電壓，從而產生根據是否存在光信號輸入而變化的保持輸出信號。
2.根據權利要求I所述的光信號切斷檢測電路，其中，模擬保持電路包括對比較輸出信號中包含的每個脈沖進行整形的二極管、要利用整形后的脈沖進行充電的保持電容器、以及去除通過充電而獲得的DC電壓的放電電阻器。
3.根據權利要求I所述的光信號切斷檢測電路，其中，模擬保持電路包括對比較輸出信號中包含的每個脈沖進行整形的連接成二極管的晶體管、要利用來自所述晶體管的輸出信號充電的保持電容器、以及去除通過充電而獲得DC電壓的放電電阻器。
4.根據權利要求I所述的光信號切斷檢測電路，其中， 電信號由包括反相信號和非反相信號在內的差分信號形成， 比較器包括串聯的多個差分放大電路，差分放大電路之中，位于后端的差分放大電路包括由分別與反相信號和非反相信號相對應的兩個負載電阻器中的至少一個形成的可變電阻器，并且 光信號切斷檢測電路還包括中間緩沖器，根據從比較器輸出的差分信號來產生比較輸出信號，并且向模擬保持電路輸出比較輸出信號。
5.根據權利要求I所述的光信號切斷檢測電路，其中， 電信號由包括反相信號和非反相信號在內的差分信號形成，并且 比較器包括串聯的多個差分放大電路，并且差分放大電路之中，位于后端前側的差分放大電路包括由分別與反相信號和非反相信號相對應的兩個負載電阻器中的至少一個形成的可變電阻器。
6.根據權利要求I所述的光信號切斷檢測電路，還包括緩沖器，基于滯后特性形成并輸出模擬保持電路所獲得的保持輸出信號。
7.根據權利要求I所述的光信號切斷檢測電路，其中， 電信號由包括反相信號和非反相信號在內的差分信號形成，并且 比較器包括串聯的多個差分放大電路，差分放大電路之中位于前側的前側差分放大電路使用分別與反相信號和非反相信號相對應且根據所述參考值而具有不同電阻值的兩個負載電阻器對反相信號和非反相信號進行差分放大，從而輸出反相信號和非反相信號，并且在反相信號的DC偏置與非反相信號的DC偏置之間施加與所述參考值相對應的偏移電壓；并且位于前側差分放大電路的后側上的后側差分放大電路對從前側差分放大電路輸出的反相信號和非反相信號進行差分放大。
8.一種光接收器，包括 光電轉換兀件，將由脈沖序列形成的光信號光電轉換成光電流信號，并且輸出光電流信號; 跨阻放大器，對光電流信號進行放大，并且輸出包括反相信號和非反相信號在內的電信號；限幅放大器，將電信號中包含的脈沖序列的每個脈沖放大到預定幅度，并且輸出脈沖；以及 比較器，經由耦合電容器輸入通過光電轉換由脈沖序列形成的光信號而獲得的電信號，并且輸出幅度不小于參考值的脈沖作為比較輸出信號；以及 模擬保持電路，利用比較輸出信號中包含的每個脈沖對保持電容器進行充電，并且經 由放電電阻器去除通過充電而獲得的DC電壓，從而產生根據是否存在光信號輸入而變化的保持輸出信號。
全文摘要
比較器(11)從經由耦合電容器自跨阻放大器(TIA)輸入的電信號中輸出幅度等于或大于參考值的脈沖作為比較輸出信號(Cout)；模擬保持電路(12)利用比較輸出信號(Cout)中包含的脈沖對保持電容器進行充電；還經由放電電阻器去除通過充電而獲得的DC電壓，從而產生根據是否存在光信號輸入而變化的保持輸出信號(Hout)。以此方式，可以通過自主操作而無需任何外部控制信號，來正確地檢測是否存在光信號輸入。
文檔編號H04B10/14GK102771065SQ20118000948
公開日2012年11月7日 申請日期2011年2月14日 優先權日2010年2月15日
發明者卜部義和, 小泉弘, 西村和好, 野河正史 申請人:Ntt電子股份有限公司, 日本電信電話株式會社