一種otdr光信號(hào)接收電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光通信技術(shù)，尤其涉及適合于光通信中的光時(shí)域反射儀(以下簡(jiǎn)稱(chēng)0TDR)產(chǎn)品中使用的光信號(hào)檢測(cè)和接收電路。
【背景技術(shù)】
[0002]0TDR是利用光在光纖中傳輸時(shí)的瑞利散射和菲涅爾反射所產(chǎn)生的背向散射而制成的精密儀器，是光纖測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域中的主要儀表，被廣泛應(yīng)用于光纜線路的檢測(cè)、維護(hù)、施工之中，可進(jìn)行光纖長(zhǎng)度、光纖的傳輸衰減、接頭衰減和故障定位等測(cè)量，具有測(cè)試時(shí)間短、測(cè)試速度快、測(cè)試精度高等優(yōu)點(diǎn)。其中，光信號(hào)接收電路設(shè)計(jì)是整個(gè)0TDR系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，直接影響0TDR的動(dòng)態(tài)范圍，測(cè)試精度等關(guān)鍵指標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了實(shí)現(xiàn)高精度大動(dòng)態(tài)范圍指標(biāo)的0TDR產(chǎn)品，本發(fā)明提供了一種0TDR光信號(hào)接收電路，包括順序連接的探測(cè)器模塊、探測(cè)電路模塊、濾波模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，所述探測(cè)電路模塊采用具有反饋控制的三級(jí)放大電路方式實(shí)現(xiàn)，分別由跨導(dǎo)多檔放大電路、單端轉(zhuǎn)差分放大電路和差分放大電路構(gòu)成第一、第二、第三級(jí)放大電路，由差分直流偏置電壓校準(zhǔn)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)直流偏置電壓的負(fù)反饋控制。
[0004]在上述技術(shù)方案中，所述探測(cè)電路模塊將接收到的微弱光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)。
[0005]在上述技術(shù)方案中，所述跨導(dǎo)多檔放大電路根據(jù)由光信號(hào)轉(zhuǎn)換而來(lái)的電流信號(hào)的幅值來(lái)自動(dòng)選擇不同的增益擋位，將其轉(zhuǎn)換成單端電壓信號(hào)。
[0006]在上述技術(shù)方案中，所述跨導(dǎo)多檔放大電路的每檔之間的放大增益相差若干倍，優(yōu)選為10倍。
[0007]在上述技術(shù)方案中，所述單端轉(zhuǎn)差分放大電路放大所述跨導(dǎo)多檔放大電路輸出的單端電壓信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換成差分電壓信號(hào)。
[0008]在上述技術(shù)方案中，所述差分放大電路將所述單端轉(zhuǎn)差分放大電路輸出的差分電壓再次進(jìn)行放大并輸出。
[0009]在上述技術(shù)方案中，差分輸出直流偏置電壓校準(zhǔn)電路根據(jù)所述差分放大電路輸出的正負(fù)端的電壓差別通過(guò)負(fù)反饋方式自動(dòng)調(diào)節(jié)所述跨導(dǎo)多檔放大電路和所述單端轉(zhuǎn)差分放大電路的直流偏置電壓，從而最終保持所述差分放大電路輸出的直流偏置電壓的一致性。
[0010]在上述技術(shù)方案中，所述探測(cè)器模塊包括光探測(cè)器APD，其在一定偏壓下的響應(yīng)度為10mA/mW，輸出的電流信號(hào)幅值范圍為lpA〈i〈luA。
[0011]在上述技術(shù)方案中，所述跨導(dǎo)多檔放大電路包括高速運(yùn)算放大器、高速繼電器SW和跨導(dǎo)電阻電容，所述跨導(dǎo)電阻電容將電流信號(hào)i轉(zhuǎn)換成單端電壓信號(hào)ul，換擋由信號(hào)處理器控制所述高速繼電器完成；所述單端轉(zhuǎn)差分放大電路包括高速差分放大器和增益電阻R，將單端電壓信號(hào)ul轉(zhuǎn)換成差分電壓信號(hào)u2，放大增益由增益電阻R決定；所述差分放大電路包括高速差分放大器和內(nèi)部增益電阻，將差分電壓信號(hào)u2轉(zhuǎn)換成差分電壓信號(hào)u3，放大增益由內(nèi)部增益電阻決定；所述差分直流偏置電壓校準(zhǔn)電路包括由運(yùn)算放大器和積分電容電阻組成的積分電路，此積分電路根據(jù)輸入正負(fù)端的電壓差別通過(guò)負(fù)反饋方式自動(dòng)調(diào)節(jié)所述跨導(dǎo)多檔放大電路和所述單端轉(zhuǎn)差分放大電路的直流偏置電壓，從而最終保持所述差分放大電路輸出直流偏置電壓的一致性。
[0012]本發(fā)明還提供一種光時(shí)域反射儀，包括上述技術(shù)方案中的0TDR光信號(hào)接收電路。
[0013]本發(fā)明取得了以下技術(shù)效果:
[0014]1、通過(guò)聯(lián)合采用多檔多級(jí)放大方式盡可能地提高信號(hào)增益，并保證信號(hào)的帶寬幅值要求從而將0TDR返回的微弱光信號(hào)轉(zhuǎn)換成較強(qiáng)幅度的差分電信號(hào)，方便后續(xù)信號(hào)采集處理。
[0015]2、第一級(jí)放大采用多檔放大方式能夠保證電路低噪聲的前提下盡可能的提高光信號(hào)檢測(cè)的動(dòng)態(tài)范圍。
[0016]3、采用將單端信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分并放大有利于降低噪聲、提高信號(hào)增益水平和噪聲抑制能力。
[0017]4、具有直流偏置電流自動(dòng)校準(zhǔn)功能，采用差分直流偏置電壓校準(zhǔn)電路可以使整個(gè)過(guò)程中差分直流偏置電壓保持不變，利于后續(xù)信號(hào)的采集。
[0018]5、使用本發(fā)明可以方便容易的制作性能優(yōu)良的0TDR產(chǎn)品。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為0TDR的典型功能框圖；
[0020]圖2為本發(fā)明提供0TDR光信號(hào)接收電路的基本功能圖。
[0021]圖3為本發(fā)明提供0TDR光信號(hào)接收電路的基本電路圖。
[0022]圖2中標(biāo)記:
[0023]U1-第一級(jí)跨導(dǎo)多檔放大電路；
[0024]U2-第二級(jí)單端轉(zhuǎn)差分放大電路；
[0025]U3-第三級(jí)差分放大電路；
[0026]U4-差分直流偏置電壓校準(zhǔn)電路。
[0027]圖3中標(biāo)記:
[0028]HV-光電探測(cè)器APD的直流反偏電壓；
[0029]APD-光電探測(cè)器；
[0030]Sff-高速繼電器開(kāi)關(guān)，用于第一級(jí)跨導(dǎo)放大的增益選擇；
[0031]Rl, R2, R3-第一級(jí)跨導(dǎo)放大的跨導(dǎo)電阻；
[0032]REF-直流參考電壓，提供Ul，U2直流偏置電壓；
[0033]X10-10倍增益的差分放大器；
[0034]X5-5倍增益的差分放大器；
【具體實(shí)施方式】
[0035]為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0036]OTDR的典型功能框圖如圖1所示，在信號(hào)處理器的控制下脈沖驅(qū)動(dòng)器發(fā)出寬度可調(diào)的窄脈沖來(lái)驅(qū)動(dòng)激光器(LD)，產(chǎn)生所需寬度的光脈沖(通常為5nS?20uS)，經(jīng)光環(huán)行器后耦合入射到被測(cè)光纖線路中，該被測(cè)光纖線路中的后向瑞利散射光和菲涅耳反射光經(jīng)光環(huán)形器解耦合后進(jìn)入光電探測(cè)器，探測(cè)器把接收到的散射光和反射光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由探測(cè)電路進(jìn)行放大后經(jīng)ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換送到信號(hào)處理器處理(包括取樣、模數(shù)轉(zhuǎn)換和平均等)，處理結(jié)果由信號(hào)處理器輸出到顯示部件顯示，一般采用平面坐標(biāo)圖方式來(lái)顯示被測(cè)光纖線路的相關(guān)信息(衰減，接頭，斷點(diǎn)等)，以縱軸表示功率電平，橫軸表示距離。
[0037]相對(duì)來(lái)說(shuō)，菲涅耳反射光的強(qiáng)度較大，在設(shè)計(jì)0TDR時(shí)可不作過(guò)多考慮。而由于隨著探測(cè)距離的增加，從被測(cè)光纖線路中接收得到的瑞利散射光非常微弱，對(duì)0TDR的光信號(hào)接收電路的放大增益和信噪比指標(biāo)提出了很高的要求。
[0038]具體來(lái)說(shuō)，0TDR的光信號(hào)接收電路中的光探測(cè)器將由被測(cè)光纖線路返回的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流信號(hào)，例如當(dāng)激光器LD的脈沖峰值功率為20dBm時(shí)，光探測(cè)器APD在一定偏壓下的響應(yīng)度為10mA/mW，對(duì)應(yīng)地，動(dòng)態(tài)范圍40dB的0TDR所接收到的后向瑞利散射光信號(hào)被轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)后其幅值范圍約為lpA〈i〈luA，如此微弱的電流信號(hào)需要放大并轉(zhuǎn)換為0.5mV?500mV的電壓信號(hào)供模數(shù)轉(zhuǎn)換后方便信號(hào)處理器進(jìn)行處理。
[0039]由此，本發(fā)明提供的0TDR光信號(hào)接收電路的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括順序連接的探測(cè)器模塊、探測(cè)電路模塊、濾波模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，其中探測(cè)電路模塊采用具有反饋控制的三級(jí)放大方式實(shí)現(xiàn)，分別由跨導(dǎo)多檔放大電路、單端轉(zhuǎn)差分放大電路和差分放大電路構(gòu)成第一、第二、第三級(jí)放大電路，由差分直流偏置電壓校準(zhǔn)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)直流偏置電壓的負(fù)反饋控制。
[0040]探測(cè)器輸出的由光信號(hào)轉(zhuǎn)換而來(lái)的電流信號(hào)i通過(guò)第一級(jí)跨導(dǎo)多檔放大電路轉(zhuǎn)換成單端電壓信號(hào)ul，其中ul = i*Gl，式中G1為第一級(jí)跨導(dǎo)多檔放大電路的放大增益，跨導(dǎo)多檔放大電路根據(jù)探測(cè)器輸出的電流信號(hào)i大小的不同自動(dòng)選擇不同的增益檔位，選用不同增益檔位時(shí)，對(duì)應(yīng)的跨導(dǎo)電阻阻值R不同，當(dāng)電流信號(hào)i較大時(shí)選擇低增益檔位，當(dāng)電流信號(hào)i較小時(shí)選擇高增益檔位，優(yōu)選地具體電流檔位劃分如下:(R單位:歐姆)
[0041]lpA〈i〈30pA，Rl = 5M
[0042]30pA〈i〈4nA，R2 = 500K
[0043]4nA〈i〈luA，R3 = 5K
[0044