[发明专利]高速突发光接收机前端电路

说明书

技术领域

本发明涉及高速光通信系统等中使用的接收机前端电路。尤其适用于无源光网络中接收来自多个光网络终端用户的突发传输的时分复用信号，亦适用于传统的连续模式光传输。

背景技术

无源光网络(PON)作为一种新兴的覆盖最后一公里的宽带接入光纤技术，其在光分支点不需要节点设备，仅需一个简单的无源光分支器即可，因此具有节省光缆资源、带宽资源共享、节省机房投资、设备安全性高、建网速度快、综合建网成本低等优点。随着用户对网络带宽的需求与日俱增，EPON系统亦将不能够满足5年后的网络需求，无源光网络升级到更高速率的10G-EPON或X-GPON系统成为必然的趋势。

无源光网络采用了时分复用的方式实现了点到多点拓扑结构。在光链路终端(OLT)侧的接收装置，接收到的是来自不同网络用户的光突发信号。由于不同用户的光设备存在差异，以及不同长度的光传输路径导致了不同的衰减，光接收机接收到的信号强度不同，接收到的信号动态范围＞20dB。因此，需要要求光接收机能够快速的为从不同幅度的数据调整增益，并建立起合适的阈值电平，提供给后续的处理电路。对于速率为10Gbit/s的无源光网络，增益调整与阈值电平提取的时间应该在100ns以内完成，并且此增益与阈值应该只于输入信号的最大光功率有关，而与传输的码型无关。

在公开的突发模式接收机电路中，通常使用以下两种方式实现阈值提取：其一为通过RC滤波电路获得输入信号的平均光功率，这种方法的建立时间较长，且阈值电平会受到极端码型的影响；另一种方法是基于二极管的单向导电性实现峰值检测电路，但是在超高速通信中，二极管的寄生电容作用远远超过了单向导电作用，使得这一方法无法适用。

发明内容

技术问题：本发明的目的是设计并实现一种具有自动增益控制与阈值提取功能的突发模式光接收机前端电路。此电路可用于10G-EPON及X-GPON系统上行信道传输，要求光接收机可接收的信号速率从1Gbit/s直到10Gbit/s，增益控制与阈值提取的响应时间＜40ns。

技术方案：为解决以上技术问题，本发明提供了一种可工作在突发模式或连续模式的宽带光接收机前端电路，并且能在20ns内完成自动增益控制与阈值提取。

本发明的高速突发光接收机前端电路包括：第一光电转换器，用于将接收到的光信号转换为电流信号；第一反相跨阻放大器，将所述光电转换电路输出的弱电流信号放大为后级电路可以处理的电压信号；第一跟随器，隔离后级电路对前述跨阻放大器输出的影响；快速响应的负峰检测电路，检测第一跟随器输出电压的负峰值；比较器，将前述负峰检测结果与预设值比较并放大，生成自动增益控制信号；阈值提取电路；单转双电路；第二光电转换器，始终工作在暗电流状态；第二反相跨阻放大器；第二跟随器；第二负峰检测电路；

第一光电转换器，第一反相跨阻放大器，第一跟随器串联连接，第一跟随器输出的电压同时送入第一负峰检测电路与单转双电路，第一负峰检测电路的检出结果为第一跟随器输出电压的负峰值；

第二光电转换器，第二反相跨阻放大器，第二跟随器串联连接，第二跟随器的输出电压送入第二负峰检测电路，检出结果为参考电平；

阈值提取电路对参考电平与第一跟随器输出电压的负峰值取均值，得到阈值电平；

第二跟随器的输出电压与提取出的阈值电平送入单转双电路，输出差分电压信号。

其中，第一反相跨阻放大器、第二反相跨阻放大器包括：调节共源共栅结构输入级，由第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管以及第四PMOS管、第五PMOS管构成；主放大电路，由第六NMOS管、第七NMOS管、第九NMOS管以及第八PMOS管构成；可调节反馈回路，由第一电阻、第二电阻、第十NMOS管构成和第十一PMOS管构成；共源共栅结构输入级与主放大电路相级联，可调节反馈回路跨接在主放大电路的输出节点与输入节点之间，具体连接方式为：

第一NMOS管的栅级连接第二NMOS管的漏极，第一NMOS管的源极为与电流的输入节点，并同时与第二NMOS管的栅极、第三NMOS管的漏极相连；第一NMOS管的漏极连接PMOS管第四PMOS管的漏极；第一NMOS管的漏极同时为RGC输入电路的输出节点；第二NMOS管的源极接地，漏极连接第五PMOS管的漏极；第三NMOS管的栅极连接偏置电压Vb2，源极接地；第四PMOS管、第五PMOS管的栅极均连接至第一偏置电压Vb1，源极均连接至电源电压；