提高apd光接收機飽和光功率的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高APD光接收機飽和光功率的方法和裝置，其特征在于：對一APD設(shè)置一偏置電路和一監(jiān)控電路，該偏置電路可受控改變對APD的偏置電壓；設(shè)定一光電流的閾值，同時通過一反饋模塊將所述監(jiān)控電路檢測的實時APD光電流大小與該閾值相比較：若APD光電流在該閾值范圍之內(nèi)，則控制所述偏置電路，將所述偏置電壓恒定；若APD光電流超過該閾值范圍，則控制所述偏置電路立刻降低該偏置電壓，直至APD光電流值重新回落入該閾值范圍內(nèi)。本方案使APD的光電流不會超過設(shè)定的閾值，從而可以使APD接收比傳統(tǒng)偏置方式飽和光功率更高的信號，拓展了APD方式接收光功率的限制。
【專利說明】提高APD光接收機飽和光功率的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖通信領(lǐng)域，涉及ー種運用APD光電ニ極管的光接收機其控制方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在光纖通信系統(tǒng)中，為了提高接收端接收機的接收靈敏度指標(biāo)，經(jīng)常運用基于雪崩倍增效應(yīng)的雪崩光電ニ極管(Avalanche Photo Diode, APD)，利用其倍增效應(yīng)來提高接收機的光靈敏度。APD管一般需要高壓偏置(通常40-60V)，這種高壓偏置一般采用DCBOOST電路升壓來生成高壓偏置，利用反饋環(huán)路來維持恒定的輸出高壓。
[0003]由于APD具有倍增放大效應(yīng)，其放大倍數(shù)一般大于10，在輸入光功率較小的時候，可以放大光電ニ極管的響應(yīng)光電流，因此通常用APD制作的光接收機可以比用PIN管制作的光接收機靈敏度提高6dBm以上。但在較大光輸入功率時，同樣也由于倍增放大效應(yīng)，輸入跨阻放大器的光電流也會比較容易達(dá)到所能接受的飽和光電流，因此，用APD制作的光接收機的飽和輸入光功率會因此受到限制，一般其飽和光功率比用PIN光電ニ極管制作的接收機低6dBm以上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述現(xiàn)有運用Aro光電ニ極管的光接收機在光輸入功率較大時受到限制的缺陷，本發(fā)明提出一種提高APD光接收機飽和光功率的方法和裝置，g在提高其輸入飽和光功率，其技術(shù)方案如下:
[0005]提高APD光接收機飽和光功率的方法，它包括:
[0006]I)對一 APD設(shè)置一偏置電路和一監(jiān)控電路，該偏置電路可受:控改變對APD的偏置電壓；該監(jiān)控電路實時監(jiān)控APD的光電流；
[0007]2)設(shè)定一光電流的閾值，同時將所述監(jiān)控電路檢測的實時APD光電流大小與該閾值相比較:
[0008]A.若APD光電流在該閾值范圍之內(nèi)，則所述偏置電路將APD的偏置電壓恒定；
[0009]B.若Aro光電流超過該閾值范圍，則所述偏置電路立刻降低所述偏置電壓，直至APD光電流值重新回落入該閾值范圍內(nèi)。
[0010]本方法的優(yōu)選方案中，在步驟2) B中APD的光電流被鉗制于ー恒定最大值。
[0011]作為實現(xiàn)上述方法的裝置，其方案是:
[0012]一種提高APD光接收機飽和光功率的裝置，它包括:
[0013]—偏置電路，輸出一受控的偏置電壓于APD陰極；
[0014]ー監(jiān)控電路，串聯(lián)于APD的電流回路中，實時監(jiān)控APD的光電流值；
[0015]一反饋模塊，連接于所述偏置電路和監(jiān)控電路；其中，
[0016]所述反饋模塊接收來自所述監(jiān)控電路中APD的光電流值，將其與一光電流閾值比較，若APD光電流在該閾值范圍之內(nèi)，則控制所述偏置電路，將所述偏置電壓恒定；若APD光電流超過該閾值范圍，則控制所述偏置電路立刻降低該偏置電壓，直至APD光電流值重新回落入該閾值范圍內(nèi)。
[0017]作為本裝置的優(yōu)選者，可以有如下改進(jìn):
[0018]較佳實施例中，所述反饋模塊包括一采樣輸入端和一反饋輸出端，該采樣輸入端獲得將Aro光電流同步轉(zhuǎn)化為一監(jiān)控電壓；當(dāng)Aro光電流低于所述閾值時，該反饋輸出端輸出一穩(wěn)定的參考電壓；當(dāng)Aro光電流升高達(dá)到所述閾值時，該反饋輸出端降低所述參考電壓；
[0019]所述偏置電路采用DC BOOST結(jié)構(gòu)，具有一電感、一開關(guān)器件、一續(xù)流二極管和一保持電容；其中該電感和續(xù)流二極管正向串聯(lián)于輸出正極的電流回路中，該開關(guān)器件的電流通路串聯(lián)于該電感和續(xù)流二極管連接點與地之間；另有一電壓取樣網(wǎng)絡(luò)，連接于所述正極與地之間，并獲得其電壓取樣，從一取樣端輸出；一第一誤差放大器，其輸出端通過一 PWM調(diào)制控制器控制所述開關(guān)器件；該第一誤差放大器其兩個輸入端分別連接所述取樣端和所述反饋輸出端；
[0020]該第一誤差放大器根據(jù)所述反饋輸出端的電壓值和取樣端的電壓比較結(jié)果，控制所述PWM調(diào)制控制器，改變所述偏置電壓，使所述監(jiān)控電壓與所述參考電壓保持相等。
[0021]較佳實施例中，所述監(jiān)控電路包括一鏡像電流源，其輸入端連接于所述正極，其輸出端連接于APD陰極；其監(jiān)控端輸出該APD鏡像的光電流；
[0022]所述反饋模塊包括:
[0023]采樣電阻R3，連接于所述監(jiān)控端與地之間；
[0024]第二誤差放大器，其負(fù)輸入端連接所述監(jiān)控端，其正輸入端連接一個產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)電壓端；
[0025]調(diào)整管M2，其柵極連接所述第二誤差放大器的輸出端，漏極為所述反饋輸出端，其源極接地；
[0026]控制電阻R4，連接于所述基準(zhǔn)電壓端和M2漏極之間。
[0027]本方案的有益效果有:
[0028]1.當(dāng)較大光功率輸入時，APD的光電流不會超過設(shè)定的閾值，從而可以使AH)接收比傳統(tǒng)偏置方式飽和光功率更高的信號，拓展了 APD方式接收光功率的限制。
[0029]2.在光功率未達(dá)到閾值時仍然保持了 APD的倍增放大效應(yīng)，最大化地利用了 APD光接收管。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
[0031]圖1是本發(fā)明一實施例的方法步驟示意圖；
[0032]圖2是圖1所示實施例的電路示意圖。
【具體實施方式】
[0033]如圖1所示，本發(fā)明一個實施例的示意圖，圖2是實現(xiàn)圖1方法的具體電路圖；
[0034]本實施例包括以下的步驟:
[0035]初始化步驟1:對一 APD光電二極管設(shè)置一偏置電路100和一監(jiān)控電路20，該偏置電路100提供了 APD的偏置電壓，使其可以正常工作，同時，偏置電路100可受控改變對APD的偏置電壓，調(diào)整APD的偏置狀態(tài)。該監(jiān)控電路20用于實時監(jiān)控APD的光電流。
[0036]閾值檢測步驟2:設(shè)定一光電流的閾值，同時將監(jiān)控電路200檢測的實時APD光電流大小與該閾值相比較；
[0037]判別步驟3:通過上述與閾值的比較，檢驗光電流值是否在預(yù)制的范圍之內(nèi)，并得出兩類結(jié)果:
[0038]A.若APD光電流在該閾值范圍之內(nèi)，則執(zhí)行恒壓步驟4，該步驟中，偏置電路100將APD的偏置電壓設(shè)定為恒定，然后轉(zhuǎn)入閾值檢測步驟2 ；
[0039]B.若APD光電流超過該閾值范圍，則進(jìn)入調(diào)壓步驟5，該調(diào)壓步驟5中，偏置電路100立刻降低偏置電壓，然后轉(zhuǎn)入閾值檢測步驟2 ；
[0040]上述步驟可以2、3和4可以是即時響應(yīng)，也可以是分步式；本實施例采用即時響應(yīng)直至Aro光電流值重新回落入該閾值范圍內(nèi)。特別地，為了實現(xiàn)更加穩(wěn)定、平均光功率最大化，在調(diào)壓步驟5中，APD的光電流被鉗制于ー恒定值。
[0041]可見，當(dāng)較大光功率輸入時，偏置電路100因此自動降低APD的偏置電壓，從而減小其倍増系數(shù)，減小了最終輸入跨阻放大器的光電流，APD的光電流不會超過設(shè)定的閾值，從而可以使Aro接收比傳統(tǒng)偏置方式飽和光功率更高的信號，拓展了 Aro方式接收光功率的限制。另ー方面，在光功率未達(dá)到閾值時仍然保持了 APD的倍増放大效應(yīng)，最大化地利用了 APD光接收管。
[0042]結(jié)合圖2所示,本實施例還具有其他特點:
[0043]偏置電路100通過監(jiān)控電路20將受控的偏置電壓施加于APD管D2的陰極；而監(jiān)控電路20采用串聯(lián)于APD管D2的電流回路中，實時監(jiān)控APD的光電流值；反饋模塊200，連接于偏置電路100和監(jiān)控電路20。
[0044]反饋模塊200包括一采樣輸入端和一反饋輸出端201，該采樣輸入端獲得將APD光電流同步轉(zhuǎn)化為ー監(jiān)控電壓，通過采樣電阻R3，連接于監(jiān)控端21與地之間獲得該監(jiān)控電壓。
[0045]偏置電路100采用DC BOOST結(jié)構(gòu)，具有ー電感L1、一開關(guān)器件Ml、ー續(xù)流ニ極管Dl和一保持電容Cl ;其中該電感LI和續(xù)流ニ極管Dl正向串聯(lián)于輸出正極的電流回路中，開關(guān)器件Ml的電流通路串聯(lián)于該電感LI和續(xù)流ニ極管Dl連接點與地之間，通過開關(guān)器件Ml的開關(guān)操作，實現(xiàn)電感LI上的電壓與VCC電壓正向疊加，使正極獲得適合于APD管D2的聞壓。
[0046]ー電壓取樣網(wǎng)絡(luò)，Rl和R2的串聯(lián)體，連接于正極與地之間，并獲得其電壓取樣，從一取樣端101輸出，即Rl與R2的連接端；一第一誤差放大器50,其輸出端通過一 PWM調(diào)制控制器10控制開關(guān)器件Ml ;該第一誤差放大器50其兩個輸入端分別連接取樣端101和反饋輸出端201。
[0047]反饋模塊200還包括第二誤差放大器60，其負(fù)輸入端連接監(jiān)控端21，其正輸入端連接ー個產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)電壓端70; —個調(diào)整管M2，其柵極連接第二誤差放大器60的輸出端，漏極為反饋輸出端201，其源極接地。另有ー個控制電阻R4，連接于基準(zhǔn)電壓端70和M2漏極之間。
[0048]當(dāng)APD管D2光電流低于閾值時，該反饋輸出端201輸出ー穩(wěn)定的參考電壓；當(dāng)APD光電流升高達(dá)到閾值時，該反饋輸出端201降低參考電壓；同時，第一誤差放大器50根據(jù)反饋輸出端201的電壓值和取樣端101的電壓比較結(jié)果，控制PWM調(diào)制控制器10，以改變偏置電壓，使監(jiān)控電壓與參考電壓，即Rl和R2連接點與反饋輸出端201保持相等。
[0049]以下為本電路的完整工作狀態(tài):
[0050]當(dāng)輸入APD管D2的光功率較小時，即流過APD的平均光電流較小，監(jiān)控電路20中從監(jiān)控端21鏡像流入下拉電阻R3的電流也較小，監(jiān)控端21的電壓小于基準(zhǔn)電壓端70電壓1.25V時，第二誤差放大器60輸出O電平，作為電流源的調(diào)整管M2處于截止?fàn)顟B(tài)，無電流流過電阻R4，因此R4沒有產(chǎn)生壓降，輸入第一誤差放大器50負(fù)輸入端的參考電壓等于
1.25V。由于第一誤差放大器50的反饋作用，取樣端101的壓降將等于1.25V，因此APD管D2的陰極將被偏置在恒定高壓，該高壓值為:
[0051 ] Vhigh=L 25V* (R2+R1) /R2
[0052]當(dāng)輸入APD管D2的光功率逐漸增大時，D2的平均光電流也增大，此時R3的壓降也逐步增大，增大到1.25V時，即認(rèn)為是D2的平均光電流到達(dá)了一個閾值，此時第二誤差放大器60輸出電壓開始升高，調(diào)整管M2逐步開啟，R4逐步有電流流過而產(chǎn)生壓降，因而輸入第一誤差放大器50副輸入端的參考電壓也逐步降低，通過PWM調(diào)制控制器10的作用，調(diào)整偏置電路100的DC BOOST反饋環(huán)路，加載在APD管D2陰極的反向偏置電壓也將逐步降低，D2倍增系數(shù)逐步減小，因而流過D2的光電流也相應(yīng)減小。通過整個反饋環(huán)路的自動調(diào)節(jié)作用，流過APD的平均光電流將被鉗制為，
[0053]Imax=L 25V/R3
[0054]該電流值不會隨著輸入光功率繼續(xù)增大而增大，因而拓寬了飽和輸入光功率,最終，TO-CAN模塊30中的跨阻放大器40在處于飽和電流狀態(tài)之前仍然可以通過D2接收更寬范圍的輸入光功率信息。
[0055]本方案中，反饋模塊200具有很多種實施方式，在本方案披露之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)反饋模塊200以及與偏置電路100的工作原理自行更改結(jié)構(gòu)，包括實現(xiàn)監(jiān)控端21電壓引起反饋輸出端201變化的電路結(jié)構(gòu)、以及反饋模塊200控制偏置電路100的方式，這些更改，只要運用到反饋模塊200的原理，即屬于相同或等同的方案。
[0056]以上所述，僅為本發(fā)明較佳實施例而已，故不能依此限定本發(fā)明實施的范圍，即依本發(fā)明專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.提高APD光接收機飽和光功率的方法，其特征在于:它包括: 1)對一APD設(shè)置一偏置電路和一監(jiān)控電路,該偏置電路可受控改變對APD的偏置電壓；該監(jiān)控電路實時監(jiān)控APD的光電流； 2)設(shè)定一光電流的閾值，同時將所述監(jiān)控電路檢測的實時APD光電流大小與該閾值相比較: A.若APD光電流在該閾值范圍之內(nèi)，則所述偏置電路將APD的偏置電壓恒定； B.若Aro光電流超過該閾值范圍，則所述偏置電路立刻降低所述偏置電壓，直至APD光電流值重新回落入該閾值范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述提高APD光接收機飽和光功率的方法，其特征在于:所述步驟2) B中，APD的光電流被鉗制于一恒定值。
3.一種提高APD光接收機飽和光功率的裝置，其特征在于:它包括: 一偏置電路，輸出一受控的偏置電壓于APD陰極； 一監(jiān)控電路，串聯(lián)于APD的電流回路中，實時監(jiān)控APD的光電流值； 一反饋模塊，連接于所述偏置電路和監(jiān)控電路；其中， 所述反饋模塊接收來自所述監(jiān)控電路中Aro的光電流值，將其與一光電流閾值比較，若APD光電流在該閾值范圍之內(nèi)，則控制所述偏置電路,將所述偏置電壓恒定；若APD光電流超過該閾值范圍，則控制所述偏置電路立刻降低該偏置電壓，直至APD光電流值重新回落入該閾值范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種提高APD光接收機飽和光功率的裝置，其特征在于: 所述反饋模塊包括一采樣輸入端和一反饋輸出端，該采樣輸入端獲得將APD光電流同步轉(zhuǎn)化為一監(jiān)控電壓；當(dāng)APD光電流低于所述閾值時，該反饋輸出端輸出一穩(wěn)定的參考電壓；當(dāng)AH)光電流升高達(dá)到所述閾值時，該反饋輸出端降低所述參考電壓； 所述偏置電路米用DC BOOST結(jié)構(gòu),具有一電感、一開關(guān)器件、一續(xù)流二極管和一保持電容；其中該電感和續(xù)流二極管正向串聯(lián)于輸出正極的電流回路中，該開關(guān)器件的電流通路串聯(lián)于該電感和續(xù)流二極管連接點與地之間；另有一電壓取樣網(wǎng)絡(luò)，連接于所述正極與地之間，并獲得其電壓取樣，從一取樣端輸出；一第一誤差放大器，其輸出端通過一 PWM調(diào)制控制器控制所述開關(guān)器件；該第一誤差放大器其兩個輸入端分別連接所述取樣端和所述反饋輸出端； 該第一誤差放大器根據(jù)所述反饋輸出端的電壓值和取樣端的電壓比較結(jié)果，控制所述PWM調(diào)制控制器，改變所述偏置電壓，使所述監(jiān)控電壓與所述參考電壓保持相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種提高AH)光接收機飽和光功率的裝置，其特征在于: 所述監(jiān)控電路包括一鏡像電流源，其輸入端連接于所述正極，其輸出端連接于Aro陰極；其監(jiān)控端輸出該APD鏡像的光電流； 所述反饋模塊包括: 采樣電阻R3，連接于所述監(jiān)控端與地之間； 第二誤差放大器，其負(fù)輸入端連接所述監(jiān)控端，其正輸入端連接一個產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)電壓端； 調(diào)整管M2，其柵極連接所述第二誤差放大器的輸出端，漏極為所述反饋輸出端，其源極接地；控制電阻R4，連 接于所述基準(zhǔn)電壓端和M2漏極之間。
【文檔編號】H04B10/66GK103457673SQ201310320422
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月26日
【發(fā)明者】林少衡, 彭慧耀 申請人:廈門優(yōu)迅高速芯片有限公司