一种可切换增益的微弱光电转换电路

1.本实用新型涉及光电转换技术领域，尤其涉及一种可切换增益的微弱光电转换电路。


背景技术：

2.随着社会的信息传输的高速发展，光纤通信就愈发重要，现今长距离信息传输使用的主要媒介。光纤通信系统主要是包括：光信号接收、光信号发射、光纤、光中继器。其中光信号接收作为最后一环，以最小的噪声和失真，恢复光纤传输中的光载波携带的信号。光信号接收这个输出特性综合反映整个光纤通信系统的性能，直接影响了光纤传输的好坏。
3.现有的光信号接收包括一级放大器和比较输出器。光信号接收的信号通过pin二极管将光信号转换为电压信号，再由一级放大器将微弱的电流信号转换为电压信号；再与比较输出电路串联，将电压信号进行整形输出。该光电转换电路结构简单，成本较低。但是由于该光信号接收是单电源供电并且没有添加滤波电容，很容易会被电源纹波干扰，像微弱光信号转换输出小信号时候，误差会拉大；而且也会导致输出的电压不能达到0v会造成误差，且光信号接收输出的电平无法转换，无法调节光信号接收的增益倍数。


技术实现要素：

4.本实用新型实施例提供了一种可切换增益的微弱光电转换电路，用于解决现有光纤光信号接收信号电平无法转换的技术问题。
5.为了实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：
6.一种可切换增益的微弱光电转换电路，包括信号接收模块、mcu以及与所述mcu连接的第一电平转换模块、第二电平转换模块和选择增益模块，所述信号接收模块与所述选择增益模块连接，所述第一电平转换模块和所述第二电平转换模块还与所述选择增益模块连接；
7.所述信号接收模块，用于通过光耦元件接收光信号并将光信号转换为电压信号；
8.所述mcu，用于控制所述第一电平转换模块、所述第二电平转换模块和所述选择增益模块的工作；
9.所述第一电平转换模块，用于将所述mcu传输的3.3v电平信号转换为5v电平信号，使所述选择增益模块工作；
10.所述第二电平转换模块，用于采集所述选择增益模块的增益电平信号并将所述增益电平信号转换为3.3v电平信号传送至所述mcu；
11.所述选择增益模块，用于通过电阻调节所述信号接收模块的增益倍数。
12.优选地，所述选择增益模块包括选择控制元件、反馈元件和第一放大元件，所述反馈元件的第一端与所述第一放大元件的第一输入端连接，所述第一放大元件的第二输入端与所述信号接收模块的输出端连接，所述第一放大元件的输出端与所述选择控制元件连接，所述反馈元件的第二端与所述选择控制元件连接；所述选择控制元件用于根据所述mcu
选择的增益倍数控制与该增益倍数对应的所述反馈元件与所述第一放大元件连接，以实现增益倍数切换。
13.优选地，所述反馈元件为电阻，所述选择增益模块包括至少四个不同阻值的所述反馈元件。
14.优选地，所述信号接收模块包括光耦元件、跨阻放大器、下拉元件和滤波元件，所述光耦元件与所述跨阻放大器的负极输入端连接，所述跨阻放大器的正极输入端接地，所述跨阻放大器的输出端与所述选择增益模块连接，所述跨阻放大器的输出端与所述选择增益模块连接之间并联有所述下拉元件和所述滤波元件。
15.优选地，所述下拉元件用于将所述跨阻放大器中的-5v电压调节到0v，所述下拉元件为10kω的电阻。
16.优先地，所述第一电平转换模块包括第一连接端以及与所述第一连接端连接的第一转换元件和第二转换元件，所述第一连接端与所述mcu连接，所述第一转换元件与所述选择增益模块中选择控制元件的a通道连接，所述第二转换元件与所述选择增益模块中选择控制元件的b通道连接。
17.优选地，所述第一转换元件与所述选择增益模块中选择控制元件的a通道连接之间设置有第一rc滤波组件，所述第二转换元件与所述选择增益模块中选择控制元件的b通道连接之间设置有第二rc滤波组件。
18.优选地，所述第二电平转换模块包括第二连接端以及与所述第二连接端连接的第三转换元件和第四转换元件，所述第二连接端与所述mcu连接，所述第三转换元件与所述选择增益模块中选择控制元件的a通道连接，所述第四转换元件与所述选择增益模块中选择控制元件的b通道连接。
19.优选地，所述第三转换元件与所述第二连接端连接之间设置有第三rc滤波组件，所述第四转换元件与所述第二连接端连接之间设置有第四rc滤波组件。
20.优选地，该可切换增益的微弱光电转换电路包括用于防止所述mcu过压的防过压组件，所述防过压组件的第一端与所述选择增益模块连接，所述防过压组件的第二端与所述mcu的采集连接端连接。
21.从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：本技术实施例提供的可切换增益的微弱光电转换电路，包括信号接收模块、mcu以及与mcu连接的第一电平转换模块、第二电平转换模块和选择增益模块，信号接收模块与选择增益模块连接，第一电平转换模块和第二电平转换模块还与选择增益模块连接。该可切换增益的微弱光电转换电路通过第一电平转换模块和第二电平转换模块实现mcu与选择增益模块之间的电平转换，能够让mcu控制选择增益模块选择不同电阻调节信号接收模块的增益倍数，实现信号接收模块的增益倍数切换，解决了现有光纤光信号接收信号电平无法转换的技术问题。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
23.图1为本技术实施例所述的可切换增益的微弱光电转换电路的框架图；
24.图2为本技术实施例所述的可切换增益的微弱光电转换电路的电路原理图。
具体实施方式
25.为使得本实用新型的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.在本技术实施例的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
27.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
28.在本技术实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。
29.本技术实施例提供了一种可切换增益的微弱光电转换电路，用于解决现有光纤光信号接收信号电平无法转换的技术问题。
30.实施例一：
31.图1为本技术实施例所述的可切换增益的微弱光电转换电路的框架图，图2为本技术实施例所述的可切换增益的微弱光电转换电路的电路原理图。
32.如图1和图2所示，本技术实施例提供了一种可切换增益的微弱光电转换电路，包括信号接收模块10、mcu以及与mcu连接的第一电平转换模块20、第二电平转换模块30和选择增益模块40，信号接收模块10与选择增益模块40连接，第一电平转换模块20和第二电平转换模块30还与选择增益模块40连接。
33.在本技术实施例中，信号接收模块10可以通过光耦元件u12接收光信号并将光信号转换为电压信号。
34.需要说明的是，信号接收模块10将接收光信号并将光信号转换为电压信号，之后将电压信号通过选择增益模块40、第一电平转换模块20和第二电平转换模块30被mcu采集。光耦元件u12可以为光电耦合器。
35.在本技术实施例中，mcu可以用于控制第一电平转换模块20、第二电平转换模块30和选择增益模块40的工作。
36.需要说明的是，mcu可以是stm32型号的单片机，mcu具有控制增益切换、adc采样等功能。
37.在本技术实施例中，第一电平转换模块20可以用于将mcu传输的3.3v电平信号转换为5v电平信号，触发选择增益模块40工作，便于第二电平转换模块30采集选择增益模块40的增益电平信号。
38.在本技术实施例中，第二电平转换模块30可以用于采集选择增益模块40的增益电平信号并将述增益电平信号转换为3.3v电平信号传送至mcu。
39.在本技术实施例中，选择增益模块40可以用于通过电阻调节信号接收模块10的增益倍数。
40.本技术提供的一种可切换增益的微弱光电转换电路，包括信号接收模块、mcu以及与mcu连接的第一电平转换模块、第二电平转换模块和选择增益模块，信号接收模块与选择增益模块连接，第一电平转换模块和第二电平转换模块还与选择增益模块连接。该可切换增益的微弱光电转换电路通过第一电平转换模块和第二电平转换模块实现mcu与选择增益模块之间的电平转换，能够让mcu控制选择增益模块选择不同电阻调节信号接收模块的增益倍数，实现信号接收模块的增益倍数切换，解决了现有光纤光信号接收信号电平无法转换的技术问题。
41.如图2所示，在本技术的一个实施例中，选择增益模块40包括选择控制元件u2、反馈元件和第一放大元件u5，反馈元件的第一端与第一放大元件u5的第一输入端2连接，第一放大元件u5的第二输入端3与信号接收模块10的输出端vouta连接，第一放大元件u5的输出端voutb与选择控制元件u2连接，反馈元件的第二端与选择控制元件u2连接；选择控制元件u2用于根据mcu选择的增益倍数控制与该增益倍数对应的反馈元件与第一放大元件u5连接，以实现增益倍数切换。
42.需要说明的是，反馈元件可以为电阻，选择增益模块40包括至少四个不同阻值的反馈元件，四个不同阻值的反馈元件分别为r3＝1kω、r6＝9kω、r9＝19kω、r7 r8＝4kω。每个反馈元件的第一端与第一放大元件u5的第一输入端2连接，每个反馈元件的第二端与选择控制元件u2连接。第一放大元件u5可以选为ne5532dr型号的放大器。选择控制元件u2可以为cd4052be型号的芯片，四个不同阻值的反馈元件分别与芯片四个不同的连接端连接，如图2中展示的四个不同阻值的反馈元件分别与芯片的连接端x_y_0、连接端x_y_1、连接端x_y_2和连接端x_y_3连接。在本实施例中，该可切换增益的微弱光电转换电路可以通过mcu控制与反馈元件连接选择控制元件u2的连接端导通或关闭选择不同阻值的反馈元件与信号接收模块10连接，从而实现调节信号接收模块10中光耦元件接收光信号的增益倍数。
43.如图2所示，在本技术的一个实施例中，信号接收模块10包括光耦元件u12、跨阻放大器u1、下拉元件和滤波元件c4，光耦元件u12与跨阻放大器u1的负极输入端2连接，跨阻放大器u1的正极输入端3串联电容c10后接地，跨阻放大器u1的输出端6与选择增益模块40的第一放大元件u5的第二输入端3连接，跨阻放大器u1的输出端与选择增益模块40连接之间并联有下拉元件和滤波元件c4。其中，下拉元件用于将跨阻放大器u1中的-5v电压调节到0v。
44.需要说明的是，下拉元件可以为10kω的电阻r5，滤波元件c4可以选为电容。跨阻
放大器u1可以选为opa380aid型号的放大器。光耦元件u12可以为光电耦合器。该可切换增益的微弱光电转换电路采用跨阻放大器增益增加(即反馈电阻增大)之后，通常会产生较差的噪声性能，那么配合反馈元件(电阻)产生的噪声谱密度随反馈电阻的平方根增加，而信号线性增加。因此，当将所有所需增益放置在跨阻抗级时，信噪比得到改善，噪声也是会随着带宽增加而增加，采用滤波元件c4来限制带宽。由于单电源供电特性，会让跨阻放大器u1的输出出现摆动，即是跨阻放大器u1可能会靠近单电源低摆动，但是达不到0v；因此在跨阻放大器u1的输出端并联一个下拉元件会，通过-5v接10kω电阻，从而达到0v，从而提高信号接收模块的光电转换的精度。
45.在本技术的一个实施例中，第一电平转换模块20包括第一连接端u10以及与第一连接端u10连接的第一转换元件u4和第二转换元件u6，第一连接端u10与mcu连接，第一转换元件u4与选择增益模块40中选择控制元件的a通道log-a连接，第二转换元件u6与选择增益模块40中选择控制元件的b通道log-b连接。第一转换元件u4与选择增益模块40中选择控制元件的a通道log-a连接之间设置有第一rc滤波组件，第二转换元件u6与选择增益模块中选择控制元件的b通道log-b连接之间设置有第二rc滤波组件。
46.需要说明的是，第一电平转换模块20可以根据mcu通过第一连接端u10传输的3.3v电平信号转换为能够触发选择控制元件u2启动工作的5v电平信号，并将5v电平信号通过a通道log-a和b通道log-b触发选择控制元件u2工作，也可以通过a通道log-a和b通道log-b传输的信号让选择控制元件u2能够自行切换与反馈元件连接的连接端的导通或关闭，实现增益倍数的自行切换，便于第二电平转换模块30的数据采集。
47.在本技术的一个实施例中，第二电平转换模块30包括第二连接端u11以及与第二连接端u11连接的第三转换元件u8和第四转换元件u7，第二连接端u11与mcu连接，第三转换元件u8与选择增益模块10中选择控制元件的a通道log-a连接，第四转换元件u7与选择增益模块10中选择控制元件的b通道log-b连接。其中，第三转换元件u8与第二连接端u11连接之间设置有第三rc滤波组件，第四转换元件u7与第二连接端u11连接之间设置有第四rc滤波组件。
48.需要说明的是，基于第一电平转换模块20触发选择控制元件u2启动工作后，第二电平转换模块30通过a通道log-a和b通道log-b采集选择控制元件u2与反馈元件连接对应增益倍数的增益电平信号，并将该增益电平信号分别传输至第三转换元件u8和第四转换元件u7进行转换，转换成能够mcu接收与增益电平信号对应的3.3v电平信号。
49.在本技术实施例中，如图2所示，第一rc滤波组件、第二rc滤波组件、第三rc滤波组件和第四rc滤波组件均可以由电阻和电容组成的。该可切换增益的微弱光电转换电路通过第一电平转换模块20和第二电平转换模块30的转换元件能够实现自行切换增益和自带电平转换该可切换增益的微弱光电转换电路可以通过a通道log-a和b通道log-b的高、低电平状态，即可判断当前选择控制元件u2的反馈元件阻值即判断其选择的增益倍数。
50.在本技术的一个实施例中，该可切换增益的微弱光电转换电路包括用于防止mcu过压的防过压组件，防过压组件的第一端与选择增益模块20连接，防过压组件的第二端与mcu的采集连接端连接。
51.需要说明的是，防过压组件包括钳位二极管d2、电阻r14和电容c19，钳位二极管d2的阳极分别与选择控制元件u2的连接端vout和电阻r14的第一端连接，钳位二极管d2的阴
极与3.3v的电源连接，电阻r14的第二端分别与电容c19的第一端和mcu的采集连接端连接，电容c19的第二端接地。该可切换增益的微弱光电转换电路通过防过压组件的钳位二极管和电阻防止切换增益时倍数过大而造成的电压过大，损坏mcu的采集连接端。
52.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
53.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
54.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
55.另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
56.所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
57.以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。