一种应用于光接收机的信号强度指示电路及其控制方法与流程

1.本发明属于电子技术领域，具体涉及一种应用于光接收机的信号强度指示电路及其控制方法。


背景技术：

2.在光通信领域中，光发送机利用光纤将光信号传递给光接收机，在光接收机中光电二极管负责将光信号转化成相应的电流信号，由于光纤的非理想性，相同的发送信号，经过光纤传递后，可能会产生不同程度的衰减和失真，因此光接收机所接受的信号会在很大范围内发生波动，最终导致光电二极管的输出电流范围从几十ua到几ma。
3.现有技术中的信号强度指示电路中的反馈环路相位裕度将不足，容易导致该闭环反馈电路发生振荡，也会进一步增加电路中晶体管所流过的电流变化范围很大带来的风险。增加了信号强度指示电路的设计难度和设计复杂度。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种应用于光接收机的信号强度指示电路及其控制方法，目的是能够检测流过光电二极管的电流大小，从而获得当前光信号的强弱。同时为了解决基本信号强度指示电路的缺点，本发明提供的信号强度指示电路具有较高的稳定性，同时能够为光电二极管提供较宽范围的电流和偏置电压，同时通过利用高精度电流源获得光电二极管中的电流为光接收机电路提供了所接收光信号强度的指示信息。
5.本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
6.本发明提供一种应用于光接收机的信号强度指示电路，包括放大器amp1、放大器amp2、第一辅助钳位电路、第二辅助钳位电路、光电二极管以及电流源i1、i2、i3、i4，放大器amp1的同相输入端连接外界参考电压vref_in，放大器amp1的反相输入端分别连接光电二极管的阳极、电流源i1的负极和放大器amp2的同相输入端；放大器amp1的输出端连接第一辅助钳位电路；放大器amp2的同相输入端分别连接放大器amp1的反相输入端、光电二极管的阳极和电流源i1的负极；放大器amp2的反相输入端连接电流源i2的负极、第二辅助钳位电路和电流源i4的正极；放大器amp2的输出端连接第二辅助钳位电路；电流源i1和电流源i2的正极连接电源；电流源i2的负极连接电流源i4的正极；电流源i3的正极连接第一辅助钳位电路；电流源i3和电流源i4的负极连接地gnd，所述第二辅助钳位电路设有输出端。
7.进一步地，所述电流源i1包括晶体管p1，电流源i2包括晶体管p2，第一辅助钳位电路包括晶体管p3，第二辅助钳位电路包括晶体管p4，电流源i3包括晶体管n1、n3、n5和n6，电流源i4包括n2和n4，晶体管p1的漏极分别连接放大器amp1的反相输入端、光电二极管的阳极、放大器amp2的同相输入端和晶体管p3的源极，晶体管p1的源极连接电源vdd，晶体管p1的栅极分别连接晶体管p2的栅极和晶体管p3的漏极；晶体管p2的源极连接电源vdd，晶体管p2的漏极连接晶体管p4的源极和晶体管n2的漏极和放大器amp2的反相输入端；晶体管p3的
栅极连接放大器amp1的输出端，晶体管p3的漏极连接晶体管n1的漏极；晶体管p4的漏极为输出端，晶体管p4的栅极连接放大器amp2的输出端；晶体管n1的栅极分别连接晶体管n2的栅极、晶体管n5的栅极和晶体管n5的漏极，晶体管n1的源极连接晶体管n3的漏极；晶体管n2的源极连接晶体管n4的漏极；晶体管n3的栅极连接晶体管n4的栅极、晶体管n6的栅极和晶体管n6的漏极，晶体管n3和晶体管n4的源极连接地gnd；晶体管n5的漏极连接外界参考电流iin，晶体管n5的源极连接晶体管n6的漏极和晶体管n6的栅极；晶体管n6的源极连接地gnd。
8.进一步地，所述放大器amp1和放大器amp2均为差分输入单端输出的放大器。
9.进一步地，所述晶体管p1、晶体管p2、晶体管p3和晶体管p4均为pmos晶体管。
10.进一步地，所述晶体管n1、晶体管n2、晶体管n3、晶体管n4、晶体管n5、晶体管n6均为nmos晶体管。
11.进一步地，一种应用于光接收机的信号强度指示电路的控制方法，包括：放大器amp1与第一辅助钳位电路构成了闭环负反馈电路，该闭环负反馈电路的稳定性由放大器amp1和第一辅助钳位电路共同决定，放大器amp1的同相输入端电压经过放大器amp1和第一辅助钳位电路所构成的电压钳位电路后等于放大器amp1的反相输入端电压，即光电二极管的阳极电压，外部电路通过控制放大器amp1的同相输入端电压为光电二极管提供偏置电压和电流，利用放大器amp2和第二辅助钳位电路构成第二个电压钳位电路，该电压钳位电路使电流源i1和i2的负极电压相同，减小了在电路中电流源i1和电流源i2之间以及电流源i3和电流源i4的误差。
12.进一步地，所述电流源i1和电流源i2以及电流源i3和电流源i4的电流大小比例均为n:m，n和m均为正数。
13.进一步地，包括放大器amp1与晶体管p3构成了闭环负反馈电路，该反馈环路的稳定性由放大器amp1输出端的极点和晶体管p3源极处的极点共同决定，放大器amp1输出端的极点是主极点，晶体管p3源极处的极点是次极点，放大器amp1的低频增益av使晶体管p3源极处的小信号阻抗近似变为原来的1/av，主极点和次极点分离，放大器amp1的同相输入端电压经过放大器amp1和晶体管p3所构成的电压钳位电路后等于放大器amp1的反相输入端电压，即光电二极管的阳极电压，外部电路通过控制放大器amp1的同相输入端电压为光电二极管提供偏置电压和电流，利用放大器amp2和晶体管p4构成第二个电压钳位电路，该电压钳位电路使晶体管p1和p2的负极电压相同，减小了在电路中晶体管p1和p2之间以及晶体管n2、n4和晶体管n1、n3之间的误差。
14.进一步地，晶体管p1的漏极电流为ip1，晶体管p2的漏极电流为ip2，ip1/ip2＝n/m，晶体管n3的漏极电流为in3，晶体管n4的漏极电流为in4，in3/in4＝n/m，晶体管p1的漏极电流等于晶体管n3的漏极电流与光电二极管阳极电流之和，晶体管p2的漏极电流等于晶体管n4的漏极电流与晶体管p4的漏极电流之和，因此光电二极管的阳极电流与晶体管p4的漏极电流之比等于n/m，n和m均为正数。
15.本发明具备的有益效果：
16.本发明能够检测流过光电二极管的电流大小，从而获得当前光信号的强弱。同时为了解决基本信号强度指示电路的缺点，本发明提供的信号强度指示电路具有较高的稳定性，同时能够为光电二极管提供较宽范围的电流和偏置电压，同时通过利用高精度电流源获得光电二极管中的电流为光接收机电路提供了所接收光信号强度的指示信息。
附图说明
17.图1是本发明结构示意图；
18.图2是本发明优选实施例的结构示意图。
具体实施方式
19.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
20.如图1所示，为本发明提供的一种应用于光接收机的信号强度指示电路，包括放大器amp1、放大器amp2、第一辅助钳位电路、第二辅助钳位电路、光电二极管以及电流源i1、i2、i3、i4，放大器amp1的同相输入端连接外界参考电压vref_in，放大器amp1的反相输入端分别连接光电二极管的阳极、电流源i1的负极和放大器amp2的同相输入端；放大器amp1的输出端连接第一辅助钳位电路；放大器amp2的同相输入端分别连接放大器amp1的反相输入端、光电二极管的阳极和电流源i1的负极；放大器amp2的反相输入端连接电流源i2的负极、第二辅助钳位电路和电流源i4的正极；放大器amp2的输出端连接第二辅助钳位电路；电流源i1和电流源i2的正极连接电源；电流源i2的负极连接电流源i4的正极；电流源i3的正极连接第一辅助钳位电路；电流源i3和电流源i4的负极连接地gnd，所述第二辅助钳位电路设有输出端。
21.放大器amp1与第一辅助钳位电路构成了闭环负反馈电路，该闭环负反馈电路的稳定性由放大器amp1和第一辅助钳位电路共同决定，考虑到本发明提供的信号强度指示电路中第一辅助钳位电路流过一个大小不变的稳定电流，因此即使光电二极管流过不同的电流，放大器amp1和第一辅助钳位电路的直流工作点仍然保持不变，因此放大器amp1和第一辅助钳位电路所构成的电压钳位电路在光电二极管流过不同的电流时总是具有较高的稳定性，同时放大器amp1的同相输入端电压经过放大器amp1和第一辅助钳位电路所构成的电压钳位电路后等于放大器amp1的反相输入端电压，即光电二极管的阳极电压，因此外部电路能够通过控制放大器amp1的同相输入端电压为光电二极管提供较宽范围的偏置电压和电流，最后为了进一步增强信号强度指示电路的精度，本发明利用放大器amp2和第二辅助钳位电路构成第二个电压钳位电路，该电压钳位电路使电流源i1和i2的负极电压相同，减小了在实际电路中电流源i1和电流源i2之间的误差，同时设计电流源i3和电流源i4为电流大小较小的电流源，那么在相同的失配下，电流源i3和电流源i4之间的绝对误差将大大减小，因此提高了信号强度指示电路的电路精度。本发明为光接收机电路提供了一种高稳定性、宽范围偏置电压、宽范围电流、高精度的信号强度指示电路。
22.如图2所示，本发明的一个优选实施例，所述电流源i1包括晶体管p1，电流源i2包括晶体管p2，第一辅助钳位电路包括晶体管p3，第二辅助钳位电路包括晶体管p4，电流源i3包括晶体管n1、n3、n5和n6，电流源i4包括n2和n4，晶体管p1的漏极分别连接放大器amp1的反相输入端、光电二极管的阳极、放大器amp2的同相输入端和晶体管p3的源极，晶体管p1的源极连接电源vdd，晶体管p1的栅极分别连接晶体管p2的栅极和晶体管p3的漏极；晶体管p2的源极连接电源vdd，晶体管p2的漏极连接晶体管p4的源极和晶体管n2的漏极和放大器amp2的反相输入端；晶体管p3的栅极连接放大器amp1的输出端，晶体管p3的漏极连接晶体管n1的漏极；晶体管p4的漏极为输出端，晶体管p4的栅极连接放大器amp2的输出端；晶体管
n1的栅极分别连接晶体管n2的栅极、晶体管n5的栅极和晶体管n5的漏极，晶体管n1的源极连接晶体管n3的漏极；晶体管n2的源极连接晶体管n4的漏极；晶体管n3的栅极连接晶体管n4的栅极、晶体管n6的栅极和晶体管n6的漏极，晶体管n3和晶体管n4的源极连接地gnd；晶体管n5的漏极连接外界参考电流iin，晶体管n5的源极连接晶体管n6的漏极和晶体管n6的栅极；晶体管n6的源极连接地gnd。
23.所述放大器amp1和放大器amp2均为差分输入单端输出的放大器。
24.所述晶体管p1、晶体管p2、晶体管p3和晶体管p4均为pmos晶体管。
25.所述晶体管n1、晶体管n2、晶体管n3、晶体管n4、晶体管n5、晶体管n6均为nmos晶体管。
26.晶体管p1的漏极电流为ip1，晶体管p2的漏极电流为ip2，ip1/ip2＝n/m，晶体管n3的漏极电流为in3，晶体管n4的漏极电流为in4，in3/in4＝n/m，晶体管p1的漏极电流等于晶体管n3的漏极电流与光电二极管阳极电流之和，晶体管p2的漏极电流等于晶体管n4的漏极电流与晶体管p4的漏极电流之和，因此光电二极管的阳极电流与晶体管p4的漏极电流之比等于n/m。
27.放大器amp1的作用是通过负反馈环路为光电二极管阳极提供合适的偏置电压，该偏置电压等于放大器amp1同相输入端所连接的外界参考电压vref_in；
28.放大器amp2的作用是通过负反馈环路使晶体管p1的漏极电压和晶体管p2漏极电压保持相同，从而保证晶体管p1的漏极电流和晶体管p2的漏极电流之比始终为n/m。
29.放大器amp1与第一辅助钳位电路晶体管p3构成了闭环负反馈电路，该反馈环路的稳定性由放大器amp1输出端的极点和晶体管p3源极处的极点共同决定，放大器amp1输出端的极点是主极点，晶体管p3源极处的极点是次极点，本发明提供的信号强度指示电路中第一辅助钳位电路流过一个大小不变的稳定电流，因此主极点和次极点的大小几乎保持不变，同时放大器amp1的低频增益av使晶体管p3源极处的小信号阻抗近似变为原来的1/av，因此次极点很大，主极点和次极点分离，因此放大器amp1和第一辅助钳位电路所构成的电压钳位电路在光电二极管流过不同的电流时总是具有较高的稳定性，同时放大器amp1的同相输入端电压经过放大器amp1和第一辅助钳位电路所构成的电压钳位电路后等于放大器amp1的反相输入端电压，即光电二极管的阳极电压，因此外部电路能够通过控制放大器amp1的同相输入端电压为光电二极管提供较宽范围的偏置电压和电流，最后为了进一步增强信号强度指示电路的精度，本发明利用放大器amp2和第二辅助钳位电路构成第二个电压钳位电路，该电压钳位电路使电流源i1和i2的负极电压相同，减小了在实际电路中电流源i1和电流源i2之间的误差，同时设计电流源i3和电流源i4为电流大小较小的电流源，那么在相同的失配下，电流源i3和电流源i4之间的绝对误差将大大减小，因此提高了信号强度指示电路的电路精度。
30.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。