一种光模块
阅读：11发布：2024-02-15
专利汇可以提供一种光模块专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种光模 块 ，属于光通信领域。本发明 实施例 提供的光模块包括 光探测器 、镜像 电路 、比较器、触发器、脉冲生成器、 开关 、 电阻 、耦合电容及 限幅 放大器 ，光探测器与镜像电路的输入端相连，镜像电路的输出端分别与耦合电容的一端及比较器的第一输入端相连，比较器的第二输入端连接参考 电压 ，比较器的输出端与触发器的输入端相连，触发器的输出端与脉冲生成器相连，脉冲生成器与开关控制端相连，开关的第一输入端与 限幅放大器 的参考 信号 输入端相连，开关的第二输出端与电阻的一端相连，电阻的另一端与限幅放大器的输入端相连，开关的第三输入端与耦合电容的另一端相连，耦合电容的另一端还与限幅放大器的输入端相连，实现耦合电容快速放电。，下面是一种光模块专利的具体信息内容。
1.一种光模块，其特征在于，包括光探测器、镜像电路、比较器、触发器、脉冲生成器、开关、电阻、耦合电容及限幅放大器，所述光探测器与所述镜像电路的输入端相连，所述镜像电路的输出端分别与所述耦合电容的一端及所述比较器的第一输入端相连，所述比较器的第二输入端连接参考电压，所述比较器的输出端与触发器的输入端相连，所述触发器的输出端与所述脉冲生成器相连，所述脉冲生成器与所述开关控制端相连，所述开关的第一输入端与所述限幅放大器的参考信号输入端相连，所述开关的第二输出端与所述电阻的一端相连，所述电阻的另一端与所述限幅放大器的输入端相连，所述开关的第三输入端与所述耦合电容的另一端相连，所述耦合电容的另一端还与所述限幅放大器的输入端相连，在开关控制端的控制下，开关第一输入端分别实现与开关第二输入端或开关第三输入端的导通。
2.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光探测器接收非连续的光信号。
3.如权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述光探测器包括光电二极管及跨阻放大器。
4.如权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述跨阻放大器输出差分信号，在所述差分信号的每一个路输出端接入所述耦合电容，所述耦合电容与分别与所述开关及所述电阻连接。
5.如权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述光探测器为雪崩光电二极管。
一种光模块
技术领域
背景技术
[0002] PON（Passive Optical Network，无源光纤网络），是指在OLT（Optical Line Terminal，光线路终端）和ONU（Optical Network Unit，光网络单元）之间是ODN（Optical Distribution Network，光分配网络），没有任何有源电子设备。因此，与有源光接入技术相比，PON由于消除了局端与用户端之间的有源设备，从而使得维护简单、可靠性高、成本低，而且能节约光纤资源，是未来FTTH（Fiber To The Home，光纤到户） 的主要解决方案。在无源光网络中，通常采用时分复用的方式实现了点到多点拓扑结构。例如，在OLT光模块，接收到来自不同ONU光模块发送的光信号。
[0003] 目前，市面上存在两大不同类型的无源光纤网络用OLT光模块，分别是根据IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，美国电气和电子工程师协会）协议定义的EPON（Ethernet Passive Optical Network，以太网无源光网络）OLT光模块和根据国际电信联盟（ITU-T）定义的GPON（Gigabit-Capable PON，吉比特无源光网络）OLT光模块。
[0004] 实际应用中，无论是在EPON还是GPON中，其物理层光纤传输的核心均是上行光突发模式传输和下行广播传输。例如，用户端ONU光模块以光突发模式向OLT光模块发送光突发信号。这样，OLT 光模块中的ROSA（Receiver Optical Subassembly，光接收组件）接收到达时间不确定的上行光突发信号后，可以将光突发信号转换为电信号后传输至OLT光模块中的突发接收机电路，突发接收机电路中的LA（Limiting Amplifier，限幅放大电路）对电信号进行限幅放大处理，然后输出放大后的信号，供与OLT光模块通过电接口连接的系统内的其他模块使用。
[0005] 通常，OLT光模块中的ROSA与突发接收机电路中的LA之间采用交流耦合方式进行信号传输；比如，在ROSA与突发接收机电路之间跨接一个耦合电容。实际应用中，ONU光模块为突发发射，即ONU光模块发送的光信号间隔较短；在一个光突发信号到达后，OLT光模块中ROSA与突发接收机电路之间的耦合电容会存在充电、放电的动态过程。由于耦合电容具有隔直通交的特性，因此，为了接收下一个光突发信号，耦合电容需要在下一个光突发信号到达之前恢复到静态。而耦合电容本身的放电速度缓慢，这样，使得下一个光突发信号的接收准备时间较长，即使得突发接收机电路的突发接收信号的恢复变慢，从而造成系统带宽的利用率降低。
发明内容
[0006] 本发明实施例提供一种光模块，能够实现耦合电容的快速放电。
[0007] 为了实现上述发明目的，本发明实施例采用如下技术方案：
[0008] 本发明实施例提供一种光模块，包括光探测器、镜像电路、比较器、触发器、脉冲生成器、开关、电阻、耦合电容及限幅放大器，所述光探测器与所述镜像电路的输入端相连，所述镜像电路的输出端分别与所述耦合电容的一端及所述比较器的第一输入端相连，所述比较器的第二输入端连接参考电压，所述比较器的输出端与触发器的输入端相连，所述触发器的输出端与所述脉冲生成器相连，所述脉冲生成器与所述开关控制端相连，所述开关的第一输入端与所述限幅放大器的参考信号输入端相连，所述开关的第二输出端与所述电阻的一端相连，所述电阻的另一端与所述限幅放大器的输入端相连，所述开关的第三输入端与所述耦合电容的另一端相连，所述耦合电容的另一端还与所述限幅放大器的输入端相连，
[0009] 在开关控制端的控制下，实现开关第一输入端分别与开关第二输入端的导通或与开关第三输入端的导通。
[0010] 光探测器将接收到的光转换为电信号，光探测器将电信号输入镜像电路，镜像电路对输入的电信号镜像复制后生成镜像电流，其中一路镜像电路输入耦合电容中，其中另一路镜像电路输入比较器的第一输入端，比较器的第二输入端输入参考电压，比较器的输出端与触发器的输入端相连，比较器对参考电压与来自镜像电路的电压进行比较，将比较后得到的结果电压输入触发器的输入端，触发器根据结果电压的跳变生成触发电压，脉冲发生器根据触发电压产生脉冲信号，开关控制端在脉冲信号的控制下，实现开关第一输入端与开关第二输入端的导通或实现开关第一输入端与开关第二输出端的导通，通过第一输入端与第二输入端或第输出端不同的导通关系，实现耦合电容的两端的短接关系，从而实现对耦合电容的充电与放电。附图说明
[0011] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0012] 图1为本发明实施例提供的光模块结构示意图；
[0013] 图2为本发明实施例提供的光模块运行时序图；
[0014] 图3为本发明实施例提供的另一光模块结构示意图。
具体实施方式
[0015] 以下将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
[0016] 本发明的发明人考虑到，现有的PON组网结构中，位于局端的光网络单元OLT与位于用户端的光网络单元ONU之间采用突发模式进行通信。在突发模式下，光模块中的接收端接收到的光是不连续的，即光模块的接收端有时可以接收到光，有时无法接收到光，有光状态与无光状态相比，光模块的光探测器输出的电信号强度有较明显的差别，通过对这种差别设置判决门限，即可实现对有光状态与无光状态的区分，从而形成有光状态与无光状态之间的时序，这一时序可以作为复位信号reset。
[0017] 图1为本发明实施例提供的光模块结构示意图。如图1所示，本发明实施例提供的光模块包括包括光探测器T、镜像电路current mirror、比较器compare、触发器D-filp、脉冲生成器Pulse Generate、开关S、电阻R、耦合电容C及限幅放大器limiting Amplifier，所述光探测器与所述镜像电路的输入端相连，所述镜像电路的输出端分别与所述耦合电容的一端及所述比较器的第一输入端相连，所述比较器的第二输入端连接参考电压vref，所述比较器的输出端与触发器的输入端相连，所述触发器的输出端与所述脉冲生成器相连，所述脉冲生成器与所述开关控制端相连，所述开关的第一输入端与所述限幅放大器的参考信号输入端相连，所述开关的第二输出端与所述电阻的一端相连，所述电阻的另一端与所述限幅放大器的输入端相连，所述开关的第三输入端与所述耦合电容的另一端相连，所述耦合电容的另一端还与所述限幅放大器的输入端相连，
[0018] 在开关控制端的控制下，开关第一输入端分别实现与开关第二输入端或开关第三输入端的导通。
[0019] 光探测器T接收光light，将接收到的光转换为电信号，光探测器将电信号输入镜像电路，镜像电路对输入的电信号镜像复制后生成镜像电流，其中一路镜像电路输入耦合电容中，其中另一路镜像电路输入比较器的第一输入端，比较器的第二输入端输入参考电压，比较器的输出端与触发器的输入端相连，比较器对参考电压与来自镜像电路的电压进行比较，将比较后得到的结果电压输入触发器的输入端，触发器根据结果电压的跳变生成触发电压，脉冲发生器根据触发电压产生脉冲信号，开关控制端在脉冲信号的控制下，实现开关第一输入端与开关第二输入端的导通或实现开关第一输入端与开关第二输出端的导通。
[0020] 光模块的接收端中，光探测器中包括光接收芯片及跨阻放大器，光接收芯片将由光转化的光电流输入跨阻放大器，跨阻放大器将光电流转换为光电压，由于跨阻放大器与限幅放大器的静态工作点往往是不同的，需要在跨阻放大器与限幅放大器之间连接耦合电容，以实现电平匹配。在电平匹配过程中，耦合电容要实现充电与放电的循环过程，然而耦合电容放电速度较慢，无法在跨阻放大器与限幅放大器之间建立快速的电平匹配。
[0021] 由于耦合电容具有隔直通交的特性，因此，为了接收下一个光突发信号，耦合电容需要在下一个光突发信号到达之前恢复到静态。而由于耦合电容本身的放电速度缓慢，这样，使得下一个光突发信号的接收准备时间较长，使得突发接收机电路的突发接收信号的恢复变慢，从而造成系统带宽的利用率降低。
[0022] 因此，为了缩短光模块中突发接收机电路的LA对光突发信号的接收准备时间，实现突发接收机电路的突发接收信号的快速恢复，需要对耦合电容进行及时地放电，使得耦合电容在下一个光突发信号到达之前能够快速恢复到静态，为接收下一个光突发信号做好准备。
[0023] 在没有系统复位信号（reset）的场景下，通过光模块接收端自身响应电流的变化，去触发脉冲生成器，产生复位Reset信号，加快EPON OLT光模块的接收建立时间，从而减少系统开销，提升系统吞吐量。同时，光模块使用接收端的响应电流去比较并触发复位信号，可以实时响应突发光包，做到快速产生复位信号，与采用LOS信号作为触发时序相比，减少了信号经过限幅放大器判断的延迟。
[0024] 可以利用光检测信号的特性，在光模块中的ROSA接收到光信号后，根据响应电流的变化，及时产生重置信号。
[0025] 这样，在一个光信号到达之后，与重置信号输出电路输出端相连的放电电路可以根据重置信号对设置于限幅放大器的输入端的耦合电容进行及时放电，缩短下一个光信号的接收准备时间，从而实现突发接收信号的快速恢复。相比现有通过外加重置信号来实现突发接收信号的快速恢复，本发明通过限幅放大器的光检测信号输出端在有光信号输入和无光信号输入时电平的跳变来触发产生重置信号的技术方案，系统设计更简单，降低了系统复杂度。
[0026] 在EPON网络中，系统端并未向光模块的接收端提供复位信号，光模块接收端无法得知准确的复位时序。
[0027] 本发明实施例提供的光模块，由比较器对光探测器转换的电信号进行比较，由触发器根据比较结果生成控制时序，由脉冲生成器根据控制时序生成脉冲信号，由脉冲信号作为复位信号控制耦合电容快速放电。
[0028] 具体地，跨阻放大器输出的是差分信号，在每一路差分信号上连接一个耦合电容，进而需要两路放电电路分别与两个耦合电容相连。
[0029] 所述光接收器的输出端分别与所述镜像电路的输入端及所述跨阻放大器的输入端相连，光接收器的输出端输出光电流；
[0030] 跨阻放大器的第一输出端与第一电容的一端相连，跨阻放大器的第二输出端与第二电容的一端相连，跨阻放大器向第一电容及第二电容提供差分光电压；
[0031] 第一电阻的一端分别与镜像电路的输出端及比较器的第一输入端相连，第一电阻的另一端接地，比较器的第二输入端与参考电压源相连，比较器的输出端与触发器的一端相连，触发器的输出端与脉冲器的输入端相连，脉冲器的输出端分别与第一开关的输入端与第二开关的输入端相连，第一开关的第一输出端与第二电阻的一端相连，第二开关的第二输出端与第三电阻的一端相连，脉冲器向第一开关及第二开关提供脉冲电压，第一开关的输入端在脉冲电压的控制下分别与第一开关的第一输出端及第一开关的第二输出端导通；第二开关的输入端在脉冲电压的控制下分别与第二开关的第一输出端及第二开关的第二输出端导通；
[0032] 第一电容的另一端分别与第一开关的第二输出端及第二电阻的另一端相连，[0033] 第二电容的另一端分别与第二开关的第二输出端及第三电阻的另一端相连，[0034] 限幅放大器的第一输入端分别与第二电阻的另一端、第一开关的第二输出端及第一电容的另一端相连；
[0035] 限幅放大器的第二输入端分别与第三电阻的另一端、第二开关的第二输出端及第二电容的另一端相连。
[0036] 图2为本发明实施例提供的光模块运行时序图。光通信中采用光的强度变化模拟电的强度变化，所以光信号与电信号只是信号状态不同，其承载的数据是相同的。
[0037] 图2中，optical signal为接收到的光信号，光信号中preamble部分为先导码，不包含有效数据，而data部分才包含有效数据。
[0038] Compare output为比较器输出的电信号，由图2可知，比较器输出电信号的变化稍延迟与光信号的变化，由于光信号中存在先导码，所以比较器输出电信号的延迟变化不会影响有效数据的接收。
[0039] Rest为本发明试试提供的光模块生成的复位信号，在复位信号的触发下，开关的导通关系发生改变，具体地，开关的第一输入端与开关的第二输入端及第三输入端的导通关系发生变化，使得耦合电容实现充电/放电状态的切换。
[0040] RX data为光模块最终接收到的电信号，reset信号为耦合电容产生的放电时间，其完成时刻先于光信号中有效数据的到达时间，从时间上保证了对包含有效数据光的接收。
[0041] 如图2所示，光模块接收到的光信号optical signal包括前导码PREAMBLE及数据DATA，由于光探测器后端的器件对来自光探测器的电信号处理会有延迟，所以会损失部分前导码。
[0042] 对于光探测器而言，其接收光信号是实时的。在t0时刻，光探测器接收到光信号，光信号一致持续到t4时刻结束，从t0到t4为光探测器接收光信号的时间，在t6时刻，光探测器接收到的是数据信号，这需要耦合电容在t6时刻之间完成放电，从t6时刻开始根据新的信号进行充电，以完成跨阻放大器与限幅放大器之间的电平匹配。
[0043] 镜像电路将光探测器转化的电信号输入比较器中，比较器在t1时刻改变其输出信号。比较器输出信号的改变使得触发器发出触发信号，触发器的触发信号使得脉冲发生器产生脉冲信号，在脉冲信号的作用下，耦合电容实现快速放电，在t3时刻进入再充电过程进行工作状态，实现接收信号RX DATA的输出。接收信号是输入限幅放大器中的电信号。
[0044] 比较器的第一输入端接入来自镜像电路的信号，比较器的第二输入端接入参考信号，比较器将第一输入端的电信号与第二输入端的电信号进行比较，实时输出比较信号compare output。具体地，当第一输入端的电信号强度高于第二输入端的电信号强度时，比较器输出的比较信号为高电平；当第一输入端的电信号强度低于第二输入端的电信号强度时，比较器输出的比较信号为低电平。由于第一输入端与第二输入端持续有电信号输入，所以比较器有持续的比较信号输出。
[0045] 如图2所示，在t1时刻之前，比较器的比较信号compare output输出为高电平，对应光探测器没有接收到光信号；在t1时刻跳变为低电平，对应光探测器接收到光信号，对光探测器而言，接收到光信号的时刻为t0,由于比较器处理存在延时，t1小于t0；在t5时刻跳变为高电平，对应光探测器接收不到光信号，对光探测器而言，接收不到光信号的时刻为t4,由于比较器处理存在延时，t5小于t4。
[0046] 比较器的比较结果是高低变化的电压信号，而一端高低变化的电压信号具有两个边沿，一个是高压变低压，一个是低压变高压，通过对比较器的设定，使比较器选择其中一个边沿的变化输出触发信号，两个边沿均输出触发信号会扰乱后续的时间顺序。
[0047] 触发器输出的信号是持续的，而耦合电容通过短接信号线的方式放电，所以不能采用持续的信号，脉冲生成器根据触发器输出的信号生成脉冲信号reset，脉冲信号持续的时间较短，在短时间内，耦合电容通过短接信号线的方式释放电量，待脉冲信号结束后，耦合电容恢复正常连接，进行充电。
[0048] 如图2所示，脉冲生成器生成的脉冲信号RESET在t2时刻被触发，在t2’时刻结束，t2’小于t3，在t2’时刻脉冲信号停止，耦合电容的放电过程结果，在t3时刻，耦合电容进入充电过程，进行数据接收。
[0049] 开关的第一输入端分别与限幅放大器的参考端及电阻的一端连接，开关的第二输入端分别与电阻的另一端及耦合电容的另一端连接，耦合电容的一端连接跨阻放大器，耦合电容的另一端与限幅放大器的输入端连接。开关的控制端连接脉冲信号发生器的输出端，脉冲信号接入开关的控制端。
[0050] 在通常状态下，电阻与耦合电容并联在限幅放大器的输入端，当开关的控制端接收到脉冲发生器的脉冲信号时，开关的第一输入端与开关的第二输入端导通，使得电阻被短接，耦合电容的另一端分别与限幅放大器的参考端与限幅放大器的输入端连接，耦合电容的电量从限幅放大器的参考端导出，实现耦合电容的放电过程。
[0051] 当脉冲信号结束，开关的第一输入端与开关的第二输入端断开，电阻不被短接，恢复至电阻与耦合电容并联在限幅放大器输入端的状态。
[0052] 具体地，跨阻放大器输出差分信号，在差分信号的每一个路输出端接入耦合电容，每一个耦合电容均与一个开关及电阻连接。
[0053] 图3为本发明实施例提供的另一光模块结构示意图，其原理与图1相同。
[0054] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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