CN1666445B - 光接收机电路 - Google Patents

Abstract

一个光接收机电路，包括：一个光转换器电路(38)，该光转换器电路(38)包括一个光电二极管并用于把光功率转换成电功率；一个传感器电路，用于导出作为光转换器电路(38)输出的电功率的特征值的控制电压VCONTR；和一个具有可变衰减的衰减器电路(44)，衰减由传感器电路输出的电功率的特征值来控制，以便获得光接收机电路的恒定的输出信号电平。此外，一个输出电路被提供并且它包括一个匹配网络(46)、一个放大级(48)和一个输出变压器(50)。

Description

光接收机电路

技术领域

本发明涉及一个光接收机电路，特别是涉及一个用于CATV应用的光接收机电路。

背景技术

在现有技术中存在几个熟知的用于电信号衰减的衰减器。US-A-5,448,207公开了一个衰减器电路，其具有很小的插入损耗以及对于元件参数的波动还具有很宽的容许误差。一个在多个衰减器级中具有最大衰减因数的衰减器级用

型衰减器级来形成，而一个在多个衰减器级中具有最小的衰减因数的衰减器级用T型衰减器来形成。以这种方式，其大衰减因数的精确性趋于变化的那种衰减器级用

型衰减器级来形成，因此精确性变得很高；此外，具有小衰减因数的衰减器级用T型衰减器级来形成，因此插入损耗可以被降低。这个电路是所谓的特性阻抗网络。这意指这个衰减电路的输入和输出阻抗是恒定的，与衰减设置无关，并且所述输入和输出阻抗等于源阻抗和负载阻抗以便具有良好的匹配函数。

US-A-5,563,557公开了一个衰减器装置，包括一个具有开关的单位步进(unit step)衰减器，一个并联连接到该开关的衰减电阻以及两个终端电阻。三个电流源电路被提供，其具有三个传输门和三个电流源FET以用于控制开关FET的门电流。即使需要不同的衰减率，信号传输损耗和布局区域也可以被最小化。这个电路也是特性阻抗网络。如上所述，这意指这个衰减电路的输入和输出阻抗是恒定的。US-A-5,563,557涉及了信号发射源、电路的频率特性和电路的衰减率。

JP-A-10-173464公开了一个用于在通过状态和衰减状态中最小化相移的步进衰减器。这个衰减器由电阻、一个MOSFET和一个相位补偿电路组成，该相位补偿电路包括对应于输入终端、输出终端和控制终端的电阻，这些电阻和FET形成一个衰减开关设置电路。在传递操作和衰减操作时的传递相位之间的移位量经由一个控制信号被最小化，该控制信号被施加到衰减开关设置电路的控制终端和相位补偿电路的控制终端。

JP-A-07-249954提供了一个步进衰减器，其插入损耗和电路规模被减小并且对于能够分步地把衰减因数改变到所需值的步进衰减器的IC集成来说具有良好性能。用于传递/中断输入信号的多个FET开关被连接在输入终端和输出终端之间，并且将具有可选衰减值的固定衰减器与这些开关并联安排。这类电路被级联地连接，相应的FET开关被选择性地开/关以便获得所需的衰减值。因为与传统衰减器相比可减少开关总数和信号传递开关的数目，所以这个步进衰减器可以在较小的芯片区域上被实现并且具有较小的插入损耗。

JP-A-07-087024公开了一个光接收机，当被接收光的功率很高时，其用于通过抑制光接收机中的品质降低(deterioration)(例如接收机的输出失真)来扩展光接收机的动态范围。一个步进衰减器被添加到第一级放大器的前级并且一个可变衰减器被添加到后级。在被接收光的功率很小时通过减少步进衰减器的衰减来衰减第一级放大器的输入电平，而在被接收光的功率很高时则通过增加步进衰减器的衰减来衰减该输入电平，从而抑制了作为级放大器产生的失真。

还设想了JP-A-10-173464、JP-A-07-249954和JP-A-07-087024以用于固定的输入和输出阻抗。

在传统的CATV系统(公用天线电视系统)中，系统从被连接到前端的天线单元接收信息信号，该前端把电信号转换成光信号并且经由发射机把光信号通过玻璃纤维光缆发送到主集线器。主集线器从前端接收光信号并且把它发射到次集线器，次集线器把光信号转换成射频信号。射频信号经由同轴电缆被发射到消费者。这类系统的问题是，在光接收机中使用的通常使用的增益控制电路使信息信号失真。因此，已经做出了一些研究以减少光接收机中的这类失真。

发明内容

本发明的一个目的是提供一个光接收机电路，其已经在互调失真方面被改善并且提供恒定的输出信号电平。

为了达到这个目的，根据本发明的光接收机电路包括：一个把光功率转换成电功率的光转换器电路；检测电功率特征值的传感器电路；具有可变衰减的衰减器电路，所述衰减由传感器电路输出的电功率的特征值来控制以便获得光接收机电路的恒定的输出信号电平；以及一个输出电路。无失真的自动增益控制电路可以通过感测光输入信号电平和把衰减器电路切换到传感器电路的输出而被实现。这个光接收机电路具有充分减少的互调失真并且因此特别适用于CATV光接收机。

根据本发明的一个优选实施例，光转换器电路包括一个光电二级管。这已经被证明是把光功率转换成电功率的最佳的可能方式。

根据本发明的又一个优选实施例，传感器电路包括一个被连接到光转换器电路的电阻网络，以便导出作为光转换器电路输出的电功率的特征值的控制电压V_CONTR。这样一个连接到光转换器电路的电阻网络是导出作为电功率输出的特征值的控制电压V_CONTR的可靠并且简易的装置。

根据本发明的又一个优选实施例，衰减器电路是一个步进衰减器电路，它包括多个可以被选择性地切换到活动状态的衰减器级。通过选择性地逐一或成组地把各个衰减器级切换到活动状态，可以用最小数量的衰减器级有利地获得多种衰减值。

根据本发明的又一个优选实施例，传感器电路包括一个模数转换器，它把控制电压V_CONTR转换成控制衰减器电路的衰减器级的数字信号。通过用模数转换器的输入来感测光输入信号电平和通过经由模数转换器的输出来开关衰减器电路，一个无失真的自动增益控制电路可以有利地被实现。

根据本发明的又一个优选实施例，每个相应的衰减器级都具有不同的衰减值。通过选择性地逐一或成组地把具有相应的不同衰减值的各个衰减器级切换到活动状态，在使用最小数量的衰减器级的同时，衰减值的范围可以有利地被进一步扩展。

根据本发明的又一个优选实施例，衰减器级是包括一个电阻和与该电阻串联的一个半导体开关的T型衰减器级。借助于T型衰减器级，插入损耗可以被有利地降低。

根据本发明的又一个优选实施例，衰减器级是包括两个电阻和与所述两个电阻串联的一个半导体开关的T型衰减器级，其中一个电阻被另一个半导体开关桥接。这有利地允许同一个衰减级的衰减因数的变化。

根据本发明的又一个优选实施例，电容被提供来分隔衰减器级的各输入端，并且还有一个输入电容用于把所述衰减器级的输入端耦合到光接收机电路的输出，以及一个输出电容用于把衰减器电路的输出耦合到输出电路。

根据本发明的又一个优选实施例，半导体开关是MOSFET，其可以由例如模数转换器的输出来有利地控制并且对于在芯片上集成这方面还具有优点。

根据本发明的又一个优选实施例，输出电路包括一个匹配网络、一个放大级和一个输出变压器，它们有利地使光接收机电路完整。

表征本发明的这些和不同的其它优点和特征在附加的权利要求书中被阐明。然而，为了更透彻地理解本发明、它的优点、和通过利用它所达成的目的，对于附图和说明本发明的优选实施例的随后描述做出参考。

附图说明

在附图中：

图1示出一个现时的CATV系统；

图2示出光接收机单元的一个框图；

图3示出根据本发明的衰减器电路的一个电路图；和

图4示出作为光输入功率的一个函数的二阶失真(d2)的一个图表。

具体实施方式

图1示出现时的CATV系统的一个框图。系统从天线单元2和/或网络主干4接收信息信号。天线单元2和/或网络主干4被连接到前端12。前端12把所有的信号转换成光信号并且经由玻璃纤维光缆(即所谓的光纤干线14)把光信号发送到主集线器6、8和10。主集线器6、8或10从前端12接收光信号并且经由次环18(即所谓的光纤环)把光信号发射到次集线器16、20。

次集线器或光接收机电路16、20从主集线器接收光信号并且把光信号转换成射频信号。射频信号经由同轴电缆25和射频放大器22、24(即经由所谓的最后一哩26)被发射到用户，即房屋28、30、32。这些房屋具有住宅网关和室内的通信网络。这在包括住宅网关34的房屋28中被原理性地示出。例如，计算机、电话和游戏机被耦合到住宅网关34以用于室内通信和与外界通信。

图2示出光接收机电路的一个框图。光接收机电路(例如光接收机电路20)经由输入终端36接收光信号。输入终端36被连接到一个光转换器电路38。光转换器电路38经由终端40被连接到一个偏压并且经由终端42被接地。光转换器电路38把光信号转换成电信号。光转换器电路38包括一个把光信号转换成电信号的光电二极管。

光转换器电路38的电信号被发射到衰减器电路44。衰减器电路44衰减光转换器电路38的电信号以便在它导向匹配网络46的输出中提供恒定的信号电平。匹配网络46把衰减器电路44的输出匹配到放大器级48。放大器级48包括两个放大器54、56以便放大用于输出变压器50的匹配网络的输出信号。输出变压器50在它的输出52中将其输入的平衡信号转换成一个失衡信号。匹配网络46、放大器级48和输出变压器50形成输出电路。

图3示出衰减器电路44的一个电路图。由光电二极管表示的光控电流源56被并联连接到衰减器电路44的两个输入终端。负载阻抗108(270Ω)被连接到衰减器电路的输出终端。为了操作光控电流源56，电阻54被连接在偏压电源和光控电流源56之间。在光控电流源56的另一端，电阻58被连接在光控电流源56和地之间。电阻58两端的电压被测量，该电压经由电阻60和比较器/电平设置电路62被施加到模数转换器64。

比较器/电平设置电路62形成用于模数转换器64的控制电压V_CONTR。V_CONTR确定用于衰减电路44的衰减级的模数转换器64的输出信号。模数转换器64的输出端66被耦合到第一个衰减级的终端68。第一衰减级包括电阻为3000Ω的电阻86和MOSFET 88的串联。终端68被连接在电阻86和MOSFET 88的漏极之间。MOSFET 88的栅极接点被接地。衰减级被与光控电流源56并联。

光控电流源56和第一衰减级通过两个电容110和130被分隔开。模数转换器64的终端70被耦合到第二衰减级的终端72。第二衰减级包括电阻为1400Ω的电阻90和MOSFET92的串联。终端72被连接在电阻90和MOSFET92的漏极接点之间。第一和第二衰减级通过电容112和132被分隔开。

第二衰减级被与光控电流源56并联。M0SFET92的栅极接点被接地。模数转换器64的终端74被耦合到第三衰减级的终端76。第三衰减级被与光控电流源56并联。第二和第三衰减级通过电容122和134被分隔开。

第三衰减级包括电阻为500Ω的电阻94、电阻为220Ω的电阻96和MOSFET98的串联。终端76被连接在电阻96和MOSFET98的漏极接点之间。MOSFET98的栅极接点被接地。又一个MOSFET100被与电阻96并联。电阻96和MOSFET100通过电容142和144被分隔开。电容142被连接在电阻96和MOSFET98的漏极接点之间。电容144被连接在电阻94和电阻96之间。MOSFET100的栅极接点被接地。模数转换器64的终端78被耦合到第四衰减级的终端80。

第四衰减级被与光控电流源56并联。第四衰减级包括电阻为325Ω的电阻102和MOSFET104的串联。终端80被连接在电阻102和MOSFET104的漏极接点之间。MOSFET104的栅极被接地。终端80被连接在电阻102和MOSFET104的漏极接点之间。第三和第四衰减级通过电容124和136被分隔开。MOSFET100的漏极接点被连接到终端80。模数转换器64的终端82被耦合到第五衰减级的终端84。

第五衰减级包括电阻为130Ω的电阻106和MOSFET109的串联。第四和第五衰减级通过电容126和138被分隔开。第五衰减级被与光控电流源56并联。MOSFET109的栅极接点被接地。终端84被连接在电阻106和MOSFET109的漏极接点之间。第五衰减级和负载108通过电容128和140被分隔开。衰减级由模数转换器64设置，与V_CONTR的值无关，因此衰减通过衰减级和负载108之间的电流源部分56的电流分割而被确定。此外，衰减器电路的一个有利的特征是衰减器电路减少了光接收机的互调失真。

MOSFET 88、92、98、100、104和109是相同的类型。这类MOSFET具有用于5V的门源电压的高欧姆电阻和用于0V的门源电压的低欧姆电阻(约10Ω)。对于从2V到2.8V的门源电压，FET电阻线性地从低欧姆电阻增加到高欧姆电阻。在MOSFET与例如250Ω的电阻串联连接之后，即在推(push)和挽(pull)端之间，光接收机单元的响应度可以借助于外部电压来调整。

使用上述MOSFET形成的衰减器电路示出场效应晶体管可以被用作一个开关。一个电阻可以在光接收机电路中经由开关被连接或断开连接。在这个模块中放置几个电阻值不同的开关使步进衰减器能被构造。使用步长为0.5dB的电衰减，光输入功率的每0.25dB步就调整衰减器。这意味着随着光输入功率增加，电输出是幅度为0.5dB的锯齿形信号(理论上)。

MOSFET100的功能比其它MOSFET的功能更加复杂。MOSFET100通过与电阻94(500Ω)(给出附加的2db衰减)并联的电阻102(325Ω)(给出4db衰减)提供一个6db的衰减。当电阻102(325Ω)没有被连接时，电阻94(500Ω)和电阻96(220Ω)的串联提供2dB的衰减。为了获得500Ω和720Ω之间的差，在MOSFET104被激活的情况下(＝衰减＞4dB)，一个附加的MOSFET100被用来使电阻96(220Ω)短路。

无失真的自动增益控制电路可以通过用模数转换器64的输入来感测光输入功率和用模数转换器64的输出来开关MOSFETS 88、92、98、100、104、109而被实现。这个电路具有0.5dB的步长和9dB的范围。

这个电路被连接在光转换器电路38和输出电路之间，输出电路包括匹配网络46、放大器级48和输出变压器50。衰减器电路中的信号被平衡。衰减器电路被连接在推和挽端之间。

图4以dBc示出作为光输入功率(以dBm示出)的一个函数的二阶失真(d2)的一个图表。二阶失真(d2)由二阶失真积来定义，二阶失真积是在量度频率下的射频信号峰值电平和在测量频率下的信号峰值电平之间的dB差，它是由在测量频率下具有它们的二阶调制积(f1±f2)的两个CW信号造成的。

曲线″没有衰减的d2″随着上升的光输入功率而线性地上升。曲线″具有衰减的d2″具有一个形状，它上升到最大值，而当光输入功率被进一步增加时，它在到达最大值之后垂直地向下移动。曲线斜率线性地上升直到它再一次到达最大值为止。在到达最大值之后，在光输入功率进一步增加的情况下曲线再一次垂直地下降到另一个较低值，并且然后曲线再一次上升。所述的衰减的平均值关于光输入功率形成一条水平线。这条水平线由曲线″具有衰减的d2的平均值″来表示。

高于0dBm光输入功率的最大响应值是0.8dBmV。高于0dBm光输入功率的最大值是1.6dB。衰减曲线″具有衰减的d2″(都在低频下)的响应和形状在阀值点上都″实质上相当于″恒定的。实际的衰减值等于没有增益控制的标准部分的衰减。使用所述的包括步进衰减器的具有光增益控制的光接收机电路，光接收机电路可以被设计成具有例如2dB的光调整范围。具有较低电容的MOSFET的使用可以改善作为光输入信号电平的函数的响应曲线的变化。

本专利文献所覆盖的本发明的新颖特征和优点已经在上述描述中被阐述。然而，应当理解本公开内容在许多方面都只是说明性的。在不背离本发明的范围的前提下，可以在细节上做出改变，特别是与形状、大小和部件安排有关的改变。当然，本发明的范围在附加的权利要求书中被定义。

Claims (6)

1.一种光接收机电路，包括：

光转换器电路(38)，用于把光功率转换成电功率；

传感器电路，用于检测所述电功率的特征值，所述传感器电路包括模数转换器(64)，所述模数转换器用于把所述电功率转换成数字信号；

衰减器电路(44)，具有可变衰减量，用于衰减所述电功率，

其特征在于

所述衰减器电路(44)是步进衰减器电路，包括并联连接的多个衰减器级，所述多个衰减器级可以选择性地被切换到活动状态，各衰减器级具有互不相同的衰减值并受所述数字信号的控制而切换到活动状态，从而获得所述光接收机电路的恒定输出信号电平，

所述多个衰减器级中的每一个衰减器级均包括串联结构，所述串联结构由电阻(86、90、94、96、102、106)和与所述电阻(86、90、94、96、102、106)串联并受所述数字信号控制的半导体开关构成，

多个第一电容(112、122、124、126)被提供来分隔在先衰减器级的相应输出端和在后衰减器级的相应输入端，此外提供输入电容(110)，用于把所述衰减器级的输入端耦合到所述光转换器电路(38)的输出，以及提供输出电容(128)，用于把所述衰减器电路的输出耦合到输出电路。

2.根据权利要求1所述的光接收机电路，其中，所述多个衰减器级中的第一衰减器级是包括另一个电阻(96)的衰减器级，所述另一个电阻(96)串联连接在所述第一衰减器级的所述电阻(94)和所述半导体开关(98)之间，并经由第二电容器(144)和第三电容器(142)与受所述数字信号控制的另一个半导体开关(100)并联连接，所述第二电容器(144)和第三电容器(142)将所述另一个电阻(96)和所述另一个半导体开关(100)分开。

3.根据权利要求2所述的光接收机电路，其中，第一电路节点位于所述第一衰减器级中、并且位于所述第一衰减器级的所述另一个电阻(96)与所述电阻(94)之间，所述第一电路节点经由第二电容器(144)耦合到所述多个衰减器级中毗邻所述第一衰减器级的第二衰减器级中的第二电路节点，所述第二电路节点位于所述第二个衰减器级中的所述电阻(102)和所述半导体开关之间。

4.根据权利要求1～3中任何一个所述的光接收机电路，其中，所述半导体开关是MOSFET(88、92、98、100、104、109)。

5.根据权利要求1～3中任何一个所述的光接收机电路，其中，所述光转换器电路(38)包括光电二极管。

6.根据权利要求1的光接收机电路，其中，所述传感器电路包括被连接到所述光转换器电路(38)的电阻网络(58、60)，以便导出控制电压V_CONTR，作为所述光转换器电路(38)所输出的所述电功率的所述特征值。

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