[发明专利]一种检测宽动态范围内接收光信号强度的电路及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光通信集成电路设计领域，具体涉及一种检测宽动态范围内接收光信号强度的电路及方法。

背景技术

在光通信中，光纤用来传输光信号的介质，光通信接收器中的光电二极管用来感应光信号，并产生与光信号的强度(即光强)成正比的电流I_ROP(即进行光电转换)。光纤送来的光强越强，光电二极管输出的电流就越大(该电流通常为0.1uA～2mA)。当光纤被拔掉、或者光强非常微弱时，光电二极管无电流输出。

为了保证光通信接收器的正常使用，光通信接收器需要对接收的光强进行检测、并对I_ROP设定告警阈值，当I_ROP小于告警阈值时，产生告警指示LOS＝1，当光强恢复、I_ROP大于告警阈值时，产生告警指示信号LOS＝0。系统通过LOS指示信号能够有效监测光信道的状态，进而在通信异常时及时对故障进行排查。

参见图1所示，目前对光强进行检测时，先将I_ROP经过一个接地电阻R1，产生工作电压VROP；再通过CMP(比较器)将VROP与阈值电压VTH进行比较，判断是否产生LOS告警。由于IROP的告警阈值的设定范围一般为0.1uA～60uA，假设电阻R1为40KΩ，因此VROP的范围为4mV～2400mV，其范围区间较宽，会产生以下不足：

(1)范围区间较宽的工作电压对后续的电压型比较器电路设计困难，使用比较困难。

(2)后续的电压型比较器电路设计和集成电路制造工艺，均难以保证4mV及以下的工作精度，进而使得后期工作难以进行。

与此同时，若将R1的阻值减小，虽然会缩小VROP的范围，但是VROP的最小值也会变小，进而对工作精度要求更高，难以满足设备的需求。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种检测宽动态范围内接收光信号强度的电路及方法；本发明能够实现对宽动态范围内接收的光信号强度的进行检测的功能，不仅能够实现较高的检测精度，而且使用比较方便。

为达到以上目的，本发明提供的检测宽动态范围内接收光信号强度的电路，包括电源VDD、光电二极管、缓冲器和阈值电流源，所述电路还包括4个N型金属氧化物半导体场效应NMOS晶体管构成的共源共栅结构的光电流镜、4个PMOS晶体管构成的共源共栅结构的阈值电流镜；

所述电源VDD与光电二极管的负极相连，光电二极管的正极与光电流镜的输入端相连，光电流镜的输出端接地；

所述电源VDD还与阈值电流镜的输入端相连，阈值电流镜的输出端与阈值电流源的正极相连，阈值电流源的负极接地；

所述光电流镜的输入端、阈值电流镜的输出端、缓冲器的输入端两两相连，光电流镜、阈值电流镜和缓冲器之间的共同节点为vcmp。

在上述技术方案的基础上，所述光电流镜包括4个NMOS管：MN1、MN2、MN3和MN4；光电二极管的正极与MN3的漏极D相连，外界的光电流直流偏置电压VBN接入至MN3和MN4的栅极G，MN3的源极S与MN1的漏极D相连；MN4的漏极D与节点vcmp相连，MN4的源极S与MN2的漏极D相连；MN1和MN2的源极S均接地。

在上述技术方案的基础上，所述阈值电流镜包括4个PMOS管：MP1、MP2、MP3和MP4；外界的阈值直流偏置电压VBP接入至MP3和MP4的栅极G，MP3的漏极D与阈值电流源相连，MP3的源极S与MP1的漏极D相连；MP4的漏极D与节点vcmp相连，MP4的源极S与MP2的漏极D相连；MP1、MP2的源极S均与电源VDD相连。

在上述技术方案的基础上，所述缓冲器选用施密特触发器。

本发明提供的基于上述电路的检测宽动态范围内接收的光信号强度的方法，包括以下步骤：

S1：在阈值电流源上设定检测阈值电流ITH_，转到S2；

S2：将光电二极管接收的光电流IROP经过光电流镜后，光电流镜从节点vcmp下拉1个与IROP电流强度相同的光镜像电流IROP_M；阈值电流源输出检测阈值电流ITH至阈值电流镜，得到1个与ITH电流强度相同的阈值镜像电流I_{TH_M}，转到S3；

S3：将IROP和ITH进行比较，若IROP＞ITH，即IROP_M>ITH_M，转到S4，若IROP＜ITH，即IROP_M小于ITH_M，转到S5；

S4：vcmp节点的电压降低，降低后的电压经过缓冲器整形后，缓冲器产生告警指示信号LOS＝0(即不发出告警)，结束；