專利名稱：交流耦合光突發(fā)接收機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信系統(tǒng)，尤其涉及一種光突發(fā)接收機(jī)。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的光通信系統(tǒng)中，如SONET、SDH、ATM和ETHERNET技術(shù)中，光接收機(jī)均設(shè)計(jì)為連續(xù)模式，即在沒(méi)有用戶數(shù)據(jù)需要傳輸時(shí)，光通信系統(tǒng)的發(fā)端會(huì)發(fā)射空閑碼，以維持接收機(jī)的時(shí)鐘同步；在接收機(jī)處，從光信道傳來(lái)的數(shù)據(jù)是連續(xù)不斷的，空閑碼與用戶數(shù)據(jù)不在此進(jìn)行邏輯區(qū)分。
然而隨著無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)—PASSIVE OPTICAL NETWORK(PON)的興起，突發(fā)模式的光接收機(jī)成為新的技術(shù)發(fā)展熱點(diǎn)。該類光網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是通信系統(tǒng)發(fā)端的發(fā)射機(jī)在沒(méi)有用戶數(shù)據(jù)需要傳輸時(shí)會(huì)關(guān)斷激光器，并不發(fā)送空閑碼。由于沒(méi)有空閑碼維持時(shí)鐘同步，突發(fā)接收機(jī)必須每次用戶數(shù)據(jù)包到來(lái)時(shí)用很短的時(shí)間進(jìn)行信號(hào)的再生和時(shí)鐘的恢復(fù)。其中這段恢復(fù)時(shí)間以前導(dǎo)碼的形式附加的用戶數(shù)據(jù)包的前端?，F(xiàn)有比較成熟的突發(fā)接收機(jī)是在ATM PON(APON)中研制出來(lái)的。其中分為直流耦合光突發(fā)接收機(jī)和交流耦合光突發(fā)接收機(jī)兩類。具體技術(shù)細(xì)節(jié)可供參考的文獻(xiàn)有《光電子·激光》第11卷第1期2000年2月的《交流耦合突發(fā)模式光接收機(jī)》，和《電子學(xué)報(bào)》第4期，2000年4月的《ATM無(wú)源廣網(wǎng)絡(luò)中的突發(fā)同步技術(shù)》均有比較詳細(xì)的介紹。上述兩文均可以在www.chinajournal.net.cn上檢索到全文。
由于現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)量的迅速增長(zhǎng)，對(duì)突發(fā)接收機(jī)的速率要求也越來(lái)越高。新近IEEE提出的關(guān)于的以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)—ETHERNET PON(EPON)協(xié)議草稿版本(最近版本)，即802.3ahD2.，對(duì)光突發(fā)接收機(jī)的要求為速率為1～35Gb/s；時(shí)鐘及數(shù)據(jù)恢復(fù)時(shí)間為400ns，即前導(dǎo)碼時(shí)間長(zhǎng)度為400ns。
已有的光突發(fā)接收機(jī)的相關(guān)報(bào)道，大都未達(dá)到1Gb/s以上速率。如《ATM無(wú)源廣網(wǎng)絡(luò)中的突發(fā)同步技術(shù)》所提及的接收機(jī)速率是在155Mb/s，《交流耦合突發(fā)模式光接收機(jī)》重點(diǎn)在理論研究，他們提及的設(shè)計(jì)方法和測(cè)試結(jié)果均是建立在模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上，因此在1～35Gb/s速率上若延續(xù)《交流耦合突發(fā)模式光接收機(jī)》討論的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，則對(duì)其涉及到構(gòu)建微分器和積分器的器件的響應(yīng)時(shí)間和帶寬提出了很高的要求。由于目前商業(yè)化生產(chǎn)的高速開(kāi)關(guān)器件還未普遍達(dá)到設(shè)計(jì)所需的要求，這就給設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)1Gb/s以上速率的光突發(fā)接收機(jī)帶來(lái)很大障礙。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供了一種從電路結(jié)構(gòu)上不同于如《交流耦合突發(fā)模式光接收機(jī)》中所提及的各種已有突發(fā)接收機(jī)，免去對(duì)信號(hào)峰值進(jìn)行檢測(cè)等設(shè)計(jì)的光突發(fā)接收機(jī)。
本發(fā)明中的光突發(fā)接收機(jī)未采用基線調(diào)整技術(shù)，也未采用邊緣檢測(cè)技術(shù)，因而設(shè)計(jì)中沒(méi)有使用《交流耦合突發(fā)模式光接收機(jī)》中提及的微分器和積分器，也未引入高速峰值檢測(cè)電路。圖3所顯示的結(jié)構(gòu)圖與普通的連續(xù)模式交流耦合光接收機(jī)的結(jié)構(gòu)是類似的，光信號(hào)經(jīng)由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，然后經(jīng)前置放大器和主放大器信號(hào)放大整形后，進(jìn)入數(shù)據(jù)時(shí)鐘再生器進(jìn)行抽樣判決，完成信號(hào)的再生過(guò)程。但前置放大器是本設(shè)計(jì)中和主放大器的帶寬選取原則以及交流耦合電容容值的選擇原則與傳統(tǒng)連續(xù)模式交流耦合光接收機(jī)的設(shè)計(jì)規(guī)則完全不同，從而可以與連續(xù)模式交流耦合光接收機(jī)的設(shè)計(jì)相區(qū)分開(kāi)。
本光突發(fā)接收機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是由前導(dǎo)碼的長(zhǎng)度決定交流耦合電容容值。選用小耦合電容容值，降低RC充放電時(shí)間，從而縮減由電容導(dǎo)致的暫態(tài)響應(yīng)時(shí)間。由此，可以降低在主放中信號(hào)電壓幅值的恢復(fù)時(shí)間，進(jìn)而縮短了由于幅值恢復(fù)所占用的前導(dǎo)碼時(shí)間，在相同的前導(dǎo)碼時(shí)間情況下，給時(shí)鐘恢復(fù)提供了更充足的時(shí)間。小耦合電容會(huì)提高輸出信號(hào)頻譜的下截止頻率，使得信號(hào)頻率成分損失隨耦合電容值的減小而增加，從而導(dǎo)致接收機(jī)輸出眼圖張開(kāi)度減小，接收機(jī)靈敏度降低。因而引入本設(shè)計(jì)方法的另一特點(diǎn)拓寬接收機(jī)的信道帶寬，本設(shè)計(jì)中的信道帶寬被選擇為信號(hào)帶寬的1～3倍。選用大帶寬高增益低噪放大器，即高增益帶寬積的放大器。此舉目的在于提升數(shù)字基帶信號(hào)的高頻增益，從而增加信號(hào)上升沿和下降沿的陡峭程度，有利于降低由時(shí)鐘抖動(dòng)造成的抽樣誤判率。同時(shí)此舉并不會(huì)由于信道帶寬的擴(kuò)增而導(dǎo)致接收機(jī)輸出信噪比的惡化。因?yàn)楫?dāng)誤碼率一定時(shí)，其一一對(duì)應(yīng)的信噪比參數(shù)對(duì)任何帶寬的信道都是適用的。噪聲功率與信道帶寬成正比，帶寬大的信道會(huì)引入更大的噪聲功率。因而要達(dá)到同樣的誤碼率，帶寬大的信道勢(shì)必要能提供更大的信號(hào)功率。對(duì)于放大器而言，帶寬大的放大器，其提供的增益也相對(duì)要大，才可以保證滿足諸如SONET、SDH、ATM和ETHERNET等通信協(xié)議的線路傳輸質(zhì)量的信噪比要求。不僅如此，由數(shù)字基帶信號(hào)的功率譜自身的特點(diǎn)可知，速率相對(duì)低的數(shù)字基帶信號(hào)，即脈沖寬度大的信號(hào)，其功率譜分布在低頻部分的能量要高于速率相對(duì)高的數(shù)字基帶信號(hào)。綜上所述，用帶寬大的放大器可以得更大的輸出信號(hào)功率，和更好的信噪比。
本發(fā)明的技術(shù)方案是該交流耦合光突發(fā)接收機(jī)，包括光電轉(zhuǎn)換器，前置放大器，主放大器，數(shù)據(jù)時(shí)鐘放大器，光信號(hào)經(jīng)由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，然后經(jīng)前置放大器初次放大后通過(guò)交流耦合電容進(jìn)入主放大器進(jìn)行再次放大整形，最終進(jìn)入數(shù)據(jù)時(shí)鐘再生器進(jìn)行抽樣判決，從而完成信號(hào)的再生過(guò)程，其中交流耦合電容容值由突發(fā)數(shù)據(jù)包的前導(dǎo)碼確定，接收機(jī)中的前置放大器和主放大器的帶寬選擇為所接收數(shù)字基帶信號(hào)帶寬的1.2倍及其以上的帶寬。
上述的交流耦合光突發(fā)接收機(jī)，其工作波長(zhǎng)在1.31μm范圍內(nèi)。
上述的交流耦合光突發(fā)接收機(jī)，其工作波長(zhǎng)在1.55μm范圍內(nèi)。
上述的交流耦合光突發(fā)接收機(jī)，其接收的數(shù)據(jù)速率為1.25Gb/s，2.5Gb/s或10Gb/s。
上述的交流耦合光突發(fā)接收機(jī)，其用光電二極管作為光電轉(zhuǎn)換器，并且與前置放大器集成制作的前置放大器，主放大器為獨(dú)立芯片。
上述的交流耦合光突發(fā)接收機(jī)，其用光電二極管作為光電轉(zhuǎn)換器，但與前置放大器相互獨(dú)立的器件，主放大器為獨(dú)立芯片。
上述的交流耦合光突發(fā)接收機(jī)，其用雪崩光電二級(jí)管作為光電轉(zhuǎn)換器以及前置放大器，主放大器為獨(dú)立芯片。
上述的交流耦合光突發(fā)接收機(jī)，其用雪崩光電二級(jí)管作為光電轉(zhuǎn)換器，獨(dú)立的前置放大器，主放大器為獨(dú)立芯片。
本光突發(fā)接收機(jī)的設(shè)計(jì)中交流耦合電容容值選取原則是該電容與主負(fù)載阻抗所確定的充放電時(shí)間小于相關(guān)協(xié)議規(guī)定的前導(dǎo)碼長(zhǎng)度。前置放大器和主放大器的帶寬值均在信號(hào)帶寬的1～3倍范圍內(nèi)。按上述規(guī)則選取的突發(fā)模式光接收機(jī)的器件參數(shù)與連續(xù)模式交流耦合光接收機(jī)相應(yīng)參數(shù)完全不同。
本交流耦合光突發(fā)接收機(jī)，通過(guò)選取小電容值的交流耦合電容，降低RC充放電時(shí)間，從而縮減由電容導(dǎo)致的暫態(tài)響應(yīng)時(shí)間。由此，可以降低信號(hào)電壓幅值的恢復(fù)時(shí)間。同時(shí)，選取大帶寬高增益前置放大器和主放大器，提高信號(hào)功率增益，彌補(bǔ)小的交流耦合電容容值造成的信號(hào)低頻損失，最終能夠?qū)崿F(xiàn)突發(fā)數(shù)據(jù)信號(hào)的快速恢復(fù)和再生。


圖1是突發(fā)數(shù)據(jù)包的基本格式。其中前導(dǎo)碼的作用是讓光突發(fā)接收機(jī)能夠從中恢復(fù)數(shù)據(jù)電平，進(jìn)而讓接收機(jī)后的數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)器恢復(fù)時(shí)鐘并對(duì)接收機(jī)恢復(fù)出的數(shù)據(jù)進(jìn)行抽樣判決。
圖2是交流耦合電容引起的暫態(tài)響應(yīng)過(guò)程對(duì)突發(fā)數(shù)據(jù)包頭數(shù)據(jù)電平的影響，以及與圖1中描述的突發(fā)數(shù)據(jù)包基本格式在時(shí)間上的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)以實(shí)例進(jìn)行舉例說(shuō)明傳統(tǒng)1.25Gb/s以太網(wǎng)光接收機(jī)的耦合電容典型值為0.01μF，前置放大器和主放大器的帶寬典型值為信號(hào)帶寬的75％，即900MHz。本方案基于802.3ahD2草案為1.25Gb/s EPON環(huán)境下選取的光突發(fā)接收機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)為耦合電容型典型值值為2.2nf，RC充放電時(shí)間為110ns；前置放大器和主放大器的帶寬典型值可選為線路碼速率的150％，即1.8GHz。
1首先確定數(shù)字基帶信號(hào)的速率，從而確定該信號(hào)帶寬。
2依據(jù)關(guān)于所要設(shè)計(jì)接收機(jī)所屬的通信協(xié)議中定義的突發(fā)包前導(dǎo)碼長(zhǎng)度，確定交流耦合電容的最大值，使該電容的RC充放電時(shí)間不超過(guò)前導(dǎo)碼長(zhǎng)度。依據(jù)所能購(gòu)買的標(biāo)準(zhǔn)電容容值分布表，確定電容值的可選范圍，一般，可選擇交流耦合電容的容值使RC充放電時(shí)間為前導(dǎo)碼長(zhǎng)度的1/3。
3選取帶寬為信號(hào)帶寬1～3倍的前置放大器和主放大器。兩種放大器的帶寬應(yīng)相同。帶寬的選取越大，其對(duì)應(yīng)器件的價(jià)格越高，但并不會(huì)提升本設(shè)計(jì)方法的性能。因此建議帶寬選取不大于信號(hào)帶寬的3倍。
4數(shù)據(jù)時(shí)鐘再生器的選取建議使用支持SONET或SDH應(yīng)用的，工作速率與數(shù)據(jù)速率相當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)時(shí)鐘再生器。
權(quán)利要求1.一種交流耦合光突發(fā)接收機(jī)，其特征是，包括光電轉(zhuǎn)換器，前置放大器，主放大器，數(shù)據(jù)時(shí)鐘放大器，光信號(hào)經(jīng)由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，然后經(jīng)前置放大器初次放大后通過(guò)交流耦合電容進(jìn)入主放大器進(jìn)行再次放大整形，最終進(jìn)入數(shù)據(jù)時(shí)鐘再生器進(jìn)行抽樣判決，從而完成信號(hào)的再生過(guò)程，其中交流耦合電容容值由突發(fā)數(shù)據(jù)包的前導(dǎo)碼確定，接收機(jī)中的前置放大器和主放大器的帶寬選擇為所接收數(shù)字基帶信號(hào)帶寬的1.2倍及其以上的帶寬。
2.如權(quán)利要求1所述的交流耦合光突發(fā)接收機(jī)，其特征是該交流耦合光突發(fā)接收機(jī)工作波長(zhǎng)在1.31μm范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的交流耦合光突發(fā)接收機(jī)，其特征是該交流耦合光突發(fā)接收機(jī)工作波長(zhǎng)在1.55μm范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的交流耦合光突發(fā)接收機(jī)，其特征是其接收的數(shù)據(jù)速率為1.25Gb/s，2.5Gb/s或10Gb/s。
5.如權(quán)利要求1所述的交流耦合光突發(fā)接收機(jī)，其特征是用光電二極管作為光電轉(zhuǎn)換器，并且與前置放大器集成制作的前置放大器，主放大器為獨(dú)立芯片。
6.如權(quán)利要求1所述的交流耦合光突發(fā)接收機(jī)，其特征是用光電二極管作為光電轉(zhuǎn)換器，但與前置放大器相互獨(dú)立的器件，主放大器為獨(dú)立芯片。
7.如權(quán)利要求1所述的交流耦合光突發(fā)接收機(jī)，其特征是用雪崩光電二級(jí)管作為光電轉(zhuǎn)換器以及前置放大器，主放大器為獨(dú)立芯片。
8.如權(quán)利要求1所述的交流耦合光突發(fā)接收機(jī)，其特征是選用雪崩光電二級(jí)管作為光電轉(zhuǎn)換器，獨(dú)立的前置放大器，主放大器為獨(dú)立芯片。
專利摘要一種交流耦合光突發(fā)接收機(jī)，包括光電轉(zhuǎn)換器，前置放大器，主放大器，數(shù)據(jù)時(shí)鐘放大器，光信號(hào)經(jīng)由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，然后經(jīng)前置放大器初次放大后通過(guò)交流耦合電容進(jìn)入主放大器進(jìn)行再次放大整形，最終進(jìn)入數(shù)據(jù)時(shí)鐘再生器進(jìn)行抽樣判決，從而完成信號(hào)的再生過(guò)程，其中交流耦合電容容值由突發(fā)數(shù)據(jù)包的前導(dǎo)碼確定，接收機(jī)中的前置放大器和主放大器的帶寬選擇為所接收數(shù)字基帶信號(hào)帶寬的1.2倍及其以上的帶寬，通過(guò)選取小電容值的交流耦合電容，降低RC充放電時(shí)間，從而縮減由電容導(dǎo)致的暫態(tài)響應(yīng)時(shí)間。由此，可以降低信號(hào)電壓幅值的恢復(fù)時(shí)間。同時(shí)，選取大帶寬高增益前置放大器和主放大器，提高信號(hào)功率增益，彌補(bǔ)小的交流耦合電容容值造成的信號(hào)低頻損失。最終實(shí)現(xiàn)突發(fā)數(shù)據(jù)信號(hào)的快速恢復(fù)和再生。
文檔編號(hào)H04B10/12GK2838151SQ20042011841
公開(kāi)日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2004年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月15日
發(fā)明者焦碩, 陳曉晨, 吳海珊 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)