CN1190295A - 通用光信号接收机 - Google Patents
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Abstract
一种光纤通信系统中的通用光信号接收机,将由模拟或数字波形所调变的光信号转变成射频信号。光接收机包括一自动电位控制电路;用来跨越一较宽的频带,而调整系统的电子信号增益。设计两个阻抗匹配电路,利用宽频带匹配技术以使频带宽度加大,以使最大可接收的频率增加到1GHz°一RLC阻抗匹配电路形成一共振电路,用来在频带的低频与高频限度之间维持±1分贝的波动。而一75Ω阻抗匹配电路则在输出与输入信号之间产生180°相移,以达到低折回损失。
Description
本发明关于一种光纤通信系统；特别是关于用将一种光信号转变成模拟或数字视频(RF)信号的通用光信号接收机。
在今日信息超高速公路(information superhighway)上的通信量(traffic)与日俱增的情形下，光纤通信系统为局部地区及长距离视频、音频与信息传输提供一种重要的媒体。信息依一宽频带频谱内的诸多频率，被载送于光纤电缆上。当更多信息“倾卸”(dumped)在同轴或光纤电缆上时，在宽频带频谱内的信号容量就会紧张，因而导致信道通信拥塞(traffic congestion)。
典型的光纤通信系统包括：一发射机、一接收机及多个光纤电缆。发射机将一RF信号转变为一调制光信号，并经由光纤电缆传输到其隶属的接收机。而接收机则将光信号转变回原始RF信号。
传统式光接收机包括阻抗匹配电路，这种阻抗匹配电路在频率范围从50MHz(百万赫)到550MHz之间可供有线电视(CATV)频道使用的窄频率范围中，用来匹配阻抗。在较低频谱频率范围中，这些光接收机限制信息转移率(transfer rate)。此外，这些接收机均受限于输入功率，并且易受输出射频(RF)信号不稳定的影响。在接收机输出端上，一般设有利用寄生电容及电感的组合所建构的防冲击电压保护器(surge protectors)及偏压T形电路(bias tess)。这两种组件的组合会造成「折回损失」(returnloss)。
本发明的目的在于提供一种具有较宽频带频谱的光接收机，以利用较大量信息的处理。
本发明包括将一模拟或数字光信号转变成一射频电信号的一光接收机。光接收机包括光检测器、放大器、阻抗匹配电路及一自动电位控制(ALC)电路，用来将光信号转变为电信号、调整经转变的电信号及将信号接收速率增高到约1GHz(109赫)。
有两个阻抗匹配电路与该信号频带的电路阻抗相匹配，以便获得平整度(flatness)及最大折回损失。两个阻抗匹配电路中的一个被耦合到光接收机的输出侧，并包括一特定长度的75Ω(欧姆)传输线，以增加折回损失到最大程度。而第二个阻抗匹配电路，则以电阻器、电感器、电容器(RLC)组成的方式加以建构；并安置于光接收机内，以形成可获得高平整性能的共振电路。
此外，自动电位控制(ALC)电路采用一种回授回路，以便在电信号经由接收机系统时，用来调整该信号的增益。藉由对放大器输出端的信号加以监控以自动调整ALC电路的衰减，可维持在接收机输出端射频信号的稳定性。
并且，本发明的光接收机对于在光纤通信系统中的两种通用窗口亦即第二窗口与第三窗口，均促进其信号转换。第二窗口为1310nm(毫微米)左右的光波。于此范围的光衰减相对较低(约0.4dB/Km)，通常用于有线电视信号的地区性配送，如图4A所示。第三窗口为1550nm(毫微米)左右光波。于此窗口的光衰减极低(约0.25dB/Km)，较适用于有线电视信号长距离传送。如图4B所示，此光信号直接放大，使得有线电视传送更长距离且更节省成本。
附图简单说明：
图1：本发明的一光纤通信系统的一通用方块图。
图2：本发明的光接收机的方块图。
图3：针对多种光纤应用的带宽频谱。
图4A：为1310毫微米系统中的光接收机的方块图。
图4B：为1550毫微米系统中的光接收机的方块图。
图5A：本发明的RLC方式的一种阻抗匹配电路的电路图。
图5B：本发明的75Ω传输线中的一种阻抗匹配电路的电路图。
图6：本发明的一种自动电位控制电路的电路图。
图7A为以图形显示在具有及不加本发明的RLC阻抗匹配电路下的平整度特性。
图7B为以图形显示在不加本发明的75Ω传输线阻抗匹配电路下的折回损失特性。
图7C为以图形显示在具有本发明的75Ω传输线阻抗匹配电路下的折回损失特性。
结合附图及较佳实施例对本发明的接收机说明如下：
现在参考图1，发射并接收包括视频(video)，音频(voice)，及资料信号的多种信号的一光纤通信系统的方块图。自有线电视(CATV)发射机130收集来自诸如—卫星110、—电信中继局(telcom switching office)120，及一微波(通信)链路(microwave link)100的多个电信号，并经由一些光纤电缆X将诸多光信号传输到一光接收机150。通常和发射机130距离遥远的光接收机150，将所接收的光信号转变成待配送到诸如政府机关、公司或住家等经选定的受讯目标的电信号。此外，光接收机150包含一上行链路(up-link)发射机(折回路径)160，用以将来自接收机的信号，经由折回信号接收机140，发送到有线电视起点的发射机130，使得有线电视起点与诸如“个人通信网路”(PCN)、无线电网路180以及诸多住家171，172及173等多种受讯目标之间能够以交谈方式(interactive)通信。
现在参考图2，其为本发明的光接收机150的方块图。光检测器210接收光信号，并将光信号转变成一电信号。一信号处理电路215，包含：一前置放大器220、一自动电位控制器(ALC)240及一倾斜度(tilt)电路250。其用来接收来自光检测器210的电信号，并将对应的电信号传输到一阻抗匹配电路230。前置放大器220将一电信号放大，该电信号通常因振幅太微弱，以致无法在后续的同轴系统进一步传输或配送至客户处。为了因应由于传输距离、电缆线质量及温度波动和环境改变对于连接器的影响所致链路损失值的不同，耦合到前置放大器220的输出端的一ALC240电路即产生如一自动调谐式衰减器般的功能，以维持接收机150输出信号的稳定性。ALC240的衰减依照来自后置放大器270输出端的回授信号。倾斜度电路250将来自光接收机150的信号(振幅对频率)加以调整，以便补偿在后续的同轴电缆上，于高频下的相对信号损失。
在光接收机150中设有两个阻抗匹配电路230及260，以便将宽频带频率响应增高到1GHz。阻抗匹配电路230藉由电阻器、电感器、电容器(RLC)组合，随着电信号的频率改变而匹配阻抗以形成共振，而调整低频频谱的振同，进而获得±1dB(分贝)的频率响应平整度。而阻抗匹配电路230则包含一段经选定长度的75Ω传输线，用来吸收折回信号以避免其传播回到光接收机150的输出端中，藉以将来同轴电缆T的注入(injected)杂讯失真降到最低程度。图5A进一步说明了阻抗匹配电路230的操作情形，而图5B则详示75Ω传输线的作用。将类似于前置放大器220的一个后置放大器270连接到阻抗匹配电路230之后，用以提高(boost)电信号的振幅。A/B开关280为一可供选择的多工器，用来选择：接收经由光检测器210所传播的电信号；或者，藉由自一同轴电缆输入端Y直接连接至A/B开关280而旁路(bypassing)光检测器210。
将在A/B开关280的输出端的电信号供给到阻抗匹配电路230，阻抗匹配电路230将接收的电信号加以匹配，以便达到最佳折回损失性能，其方法是吸收被折回信号以免使失真杂讯进入光接收机150。「折回损失」被定义为：10log(Pi/Pr)，其中Pr为来自接收机的被折回的RF功率；而Pi则为入射至接收机的入射RF功率。换言之，折回损失是：入射至接收机的入射RF功率相较于来自接收机的被折回RF功率的一项量度。将输出电位监控器290耦合到后置放大器270的输出端与ALC驱动器295的输入端间，以视输出信号电位是否低于或高于一预定的较佳信号电位而增加或减少电信号的振幅。输出电位监控器290更被用于控制A/B开关280。若来自后置放大器270的输出信号高于预定信号电位，则从后置放大器270的输出信号然而，若输出信号低于预定信号电位，此意指光接收机150是不能操作的；则可供选择的A/B开关280与备用同轴电缆Y相接，用以接收替代的信号输入，进而旁路了光检测器210的光输入。
光接收机150的整体性能，主要是取决于三个参数，即：平整度，光折回损失，以及光动态范围。频率响应平整度及稳定性，均由在阻抗匹配电路230中的电阻器530及电容器520所决定。平整度及折回损失参数的数值，均大半取决于为两个阻抗匹配电路260及230所容许的最大频率响应。而第三个参数亦即光动态范围，则作为对于光接收机的输入功率电位的一项限制因素。在一方面，高输入光功率可能使电路过载，而导致合成输出射频信号的大幅失真。而在另一方面，低输入光功率则产生低信号电位，因而会减小「信号-杂讯」比。
现在参考图3，显示在频谱的一部分上，针对各种信号通信应用的一些带宽。模拟有线电视频道占用在55MHz与550MHz之间的带宽。光接收机150更提供从约550MHz到1GHz的频率范围的上限，以便容许接收呈模拟或数字形式的光信号。而5MHz到30MHz的带宽则保留给折回信号路径使用。
图4A和4B显示有：光接收机150的两种可选择的实施例；它们被设计用来接收分别在1310毫微米及1550毫微米波长下操作的通信系统中的一些光信号。于一些光纤通信系统中，可以将一些音频及视频信号当作是光信号，视其为1310毫微米或1550毫微米的光波长，而以不同衰减速率在光纤中予以载送。由于在1550毫微米的衰减较低，故通常就本地资讯配送而言是选择1310毫微米光信号；而对长途通信而言，则选择1550毫微米光信号。且可利用光放大器供放大光信号。
于图4A中，发射机410将光信号藉由一光纤电缆Z配送至光接收机440。光接收机440将光信号转换成电信号，并将信号放大以便配送(如图4A所示)。光信号的较佳实施例为1310毫微米波长，该波长的光信号通常可在30Km内传输信号。然而，对于超过30Km的长距离传输而言，可使用一光放大器420以增加光信号的振幅，随后的通用接收机440可设置于离发射机较远之处，而较佳操作波长为1550毫微米。光接收机440为可在1310毫微米及1550毫微米光信号的两个波长上操作的通用接收机。
现在参考图5A，其为阻抗匹配电路230的一实施例。阻抗匹配电路230被选择在约300MHz频率下共振的一串联RLC组合电路。藉由阻抗匹配电路230，跨越整个频带的频率响应的平整度可被调整为2分贝以内，或±1分贝。在低频与高频间所产生的2分贝的信号偏差，会使得在频谱中的全部频道均维持一定的信号电位。具有一接地电阻器的RLC组合，会改善低频信号振幅偏差，抑低在低频范围的信号振幅，但维持高频响应以将偏差保持在2分贝的可接受的波动范围内。否则，若信号振幅偏差超过2分贝，因而在显示屏幕上会产生雪花线(snowy lines)。
现在参考图5B，其为阻抗匹配电路260的一实施例。阻抗匹配电路260降低折回至接收机150的信号以使感应的干扰杂讯达到最小。阻抗匹配的质量通常是以折回损失度量。折回损失愈大，则折回信号愈小，并产生较小于扰。阻抗匹配电路260包括一75Ω(欧姆)传输线571，并一电感器560及两个电容器570和580组合起来，使系统阻抗匹配达到75Ω，而获得最大折回损失(优于16分贝)。传输线571的长度被精密切割成750MHz信号的波长的四分之一。在同轴览线内往返传输的750MHz信号会发生180°的相位改变。兹检查一回返信号，观察阻抗匹配电路260。小电容量的电容器580与大电容量的电容器570是对于低频信号开放。阻抗匹配电路260作用如一单纯的传输线，对于低频传输不产生影响。当信号频率较高时，电感器560产生寄生电容。由于在传输线571的180°相位改变寄生电容转变为电感。寄生电感与电容器580形成一共振电路，并如图7C所示，陷掉于900MHz左右的折回信号。净效果有利于频率范围而改善整体折回损失至较优于-16分贝。
图6显示本发明的自动电位控制(ALC)电路240的一示意图。基本上，此电路为一具有75Ω阻抗的π型衰减器(Piattenuator)。将三组背对背的二极管对A、B及C加以组配而形成一种π型垫整器(Pipad)。各二极管对的电阻随着流经各二极管的电流而变动。SHUNT_VOL是用以控制流经二极管对A及C的电流的偏压电位，而SERIES_VOL是用以控制流经二极管对B的电流的偏压电位。电感器用以使DC偏压电流通过，但阻止射频(RF)信号漏至大地。为了由1减弱至20dB，但为仍维持75Ω的阻抗，各二极管对A、B、及C的电阻列于表1中。其中，ATTN、Z、Ra、Ra及Rc分别为ALC电路的二极管对A、B、C之电阻。
表1：具有75Ω阻抗的π型垫整器
| ATTN | Z | Rb | Ra，Rc |
| (dB) | (ohm) | (ohm) | (ohm) |
| 1 | 75 | 1305.0 | 8.7 |
| 2 | 75 | 654.3 | 17.4 |
| 3 | 75 | 438.6 | 26.4 |
| 4 | 75 | 331.5 | 35.8 |
| 5 | 75 | 267.8 | 45.6 |
| 6 | 75 | 225.8 | 56.0 |
| 7 | 75 | 196.1 | 67.2 |
| 8 | 75 | 174.2 | 79.3 |
| 9 | 75 | 157.5 | 92.4 |
| 10 | 75 | 144.4 | 106.7 |
| 12 | 75 | 125.3 | 138.4 |
| 14 | 75 | 112.4 | 180.5 |
| 16 | 75 | 103.2 | 230.7 |
| 18 | 75 | 96.6 | 293.1 |
| 20 | 75 | 91.7 | 371.3 |
其中，SHUNT_VOL及SERIES_VOL为引自射频电位，用来自动增益以稳定射频信号于同一水平值，而不受输入光功率的变动与光接收机150的操作温度变化所影响。
现在参考图7A、7B及7C，图中显示在包括及未包括阻抗匹配电路260及阻抗匹配电路230之情况下，平整度及折回损失的特性曲线图。在图7A中，曲线图显示在具有及未有RLC阻抗匹配电路230的补偿下，射频信号的频率响应的平整度特性。x轴表示从0至1GHz的频谱，而y轴则表示按1分贝增量的信号振幅。上曲线图显示在没有阻抗匹配电路230下的光接收机的平整度特性。于其中，在低频50MHz与高频750MHz(标记处)之间的曲线包含大于2分贝的振幅偏差。图7a的下曲线图显示在有包括阻抗匹配电路230下的传输特性。由于阻抗匹配电路230的作用将较低频信号的振幅拉低些，以获得在低频与高频之间具有较小信号偏差(即：在±1分贝内)的更一致的性能。同样地，在图7B与7C中的曲线图显示折回损失特性，用以说明在具有(图7C)及欠缺(图7B)阻抗匹配电路260中的75Ω传输线加于接收机输出侧上的补偿情形下的信号。
综上述所，本发明具有如下效果：
本发明由于加入了阻抗匹配电路，及自动电位控制电路，可得到高平整度的信号频响，可得到稳定的射频信号，本发明中由于随传输距离的加大采取较长的波长传输信号，以进一步降低光信号的衰减，相应节省成本。
Claims (18)
1、一种通用光信号接收机，其特征在于，包括：
—光检测器，用以接收在经选定频带处具有多数频道的输入光信号，以将输入光信号转变成对应的电信号；
—第一阻抗匹配电路，耦合到光检测器，用来补偿信号平整度，以便使跨越多数频道的功率电位维持一致；及
—第二阻抗匹配电路，耦合到第一阻抗匹配电路，用来传输电信号到一同轴电缆上。
2、根据权利要求1所述的光信号接收机，其特征在于，还包括耦合于所述光检测器与所述第一阻抗匹配电路之间的一信号处理电路，其包括一前置放大器电路，其具有耦合到所述光检测器的一输出端的一输入端。
3、根据权利要求2所述的光信号接收机，其特征在于，所述信号处理电路更包括一自动位电控制电路，其具有耦合到所述前置放大器的一输出端的一输入端，用以在对于1310毫微米及1550毫微米光波长的动态范围中，藉调整电信号的振幅而维持电信号的稳定性。
4、根据权利要求3所述的光信号接收机，其特征在于，所述信号处理电路还包括一倾斜度电路，具有耦合到自动电位准控制电路的一输出端的一输入端，用来调整随电信号的频率而改变的振幅。
5、根据权利要求4所述的光信号接收机，其特征在于，更包括一用来放大该电信号的增益的后置放大器，具有耦合到所述第一阻抗匹配电路的一输入端。
6、根据权利要求5所述的光信号接收机，其特征在于，更包括一开关，其具有：一第一输入接口，耦合到所述后置放大器的一输出端；一第二输入接口，耦合到来自一同轴电缆的一输入端；及一输出接口，耦合到所述第二阻抗匹配电路的一输入端；以用来选择接收来自所述第一输入接口或第二输入接口的信号。
7、根据权利要求6所述的光信号接收机，其特征在于，更包括一自动电位控制驱动电路，其具有：一输入端，耦合到所述输出电位监控制电路；及一输出端，耦合到所述自动中位控制电路。
8、根据权利要求7所述的光信号接收机，其特征在于，更包括一输出电位监控器电路，其具有；一输入接口，耦合到所述后置放大器的输出接口，用来接收来自后置放大器的输出接口的电信号；一第一输出接口，耦合到所述开关，用来通知开关光接收机是否正适当地运作；及一第二输出接口，耦合到所述自动电位控制驱动电路，用来控制电信号的振幅。
9、根据要得要求1所述的光信号接收机，其特征在于，所述第二阻抗匹配电路包括一75Ω传输线，用来吸收一被反射的折回信号，以免将杂讯失真注入所述第二阻抗匹配电路的输出端。
10、根据权利要求9所述的光信号接收机，其特征在于，所述第一阻抗匹配电路包括一串联的电阻器、电感器、电容器。
11、根据权利要求10所述的光信号接收机，其特征在于，还包括一耦合于所述光检测器与所述第一阻抗匹配电路之间的一信号处理电路，其包括一前置放大器电路，其具有耦合到所述光检测器的一输出端的一输入端，用来增加电信号的振幅。
12、根据权利要求11所述的光信号接收机，其特征在于，所述信号处理电路更包括一自动电位控制电路，其具有耦合到所述前置放大器的一输出端的一输入端，用以在对于1310毫微米及1550毫微米光波长为可透射的动态范围中，藉调整所述电信号的振幅而维持电信号的稳定性。
13、根据权利要求12所述的光信号接收机，其特征在于，所述信号处理电路还包括一倾斜度电路，具有耦合到所述自动电位控制电路的一输出端的一输入端，用来调整随电信号的频率而改变的振幅。
14、根据权利要求13所述的光信号接收机，其特征在于，所述信号处理电路更包括一后置放大器，具有耦合到所述第一阻抗匹配电路的一输入端，用来放大该电信号的增益。
15、根据权利要求14所述的光信号接收机，其特征在于，所述信号处理电路更包括一开关，其具有：一第一输入接口，耦合到所述后置放大器的一输出端；一第二输入接口，耦合到来自一同轴电缆的一输入端；及一输出接口，耦合到所述第二阻抗匹配电路的输入端；以用来选择以便接收来自所述第一输入接口或第二输入接口的信号。
16、根据权利要求15所述的光信号接收机，其特征在于，所述信号处理电路更包括一自动电位控制驱动电路，其具有：一输入端，耦合到所述输出电位监控器电路；及一输出端，耦合到所述自动电位控制电路，用来供给所述电信号到自动电位控制电路。
17、根据权利要求16所述的光信号接收机，其特征在于，所述信号处理电路更包括一输出电位监控制电路，其具有：一输入接口，耦合到所述后置放大器的输出接口，用来接收来自后置放大器输出接口的电信号；一第一输出接口，耦合到开关，用来通知开关光接收机是否正适当地运作；及一第二输出接口，耦合到所述自动电位控制驱动电路，用来控制电信号的振幅。
18、在具有第一阻抗匹配电路及第二阻抗匹配电路情况下，于一宽频带频谱中，用来将光信号转变成射频信号的一种方法，包括以下步骤：
接收一光信号，藉以将所述光信号转变成射频信号；
在具有第一阻抗匹配电路下，跨越宽频带频谱，将所述射频信号的频率偏差维持在±1分贝内；及
在具有第二阻抗匹配电路下，吸收一被反射的信号，以免将杂讯失真注入所述射频信号。
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| CN107072162A (zh) * | 2014-10-16 | 2017-08-18 | 纽海姆有限公司 | 黄瓜植物中的产量qtl |
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1997
- 1997-02-05 CN CN97100003A patent/CN1190295A/zh active Pending
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