专利名称：：应用于有线电视网络光接收机的光控自动增益控制电路的制作方法
技术领域：
：本发明涉及应用于有线电视网络的光接收机的电路，更具体地说，涉及光接收机的光控自动增益控制电路。
背景技术：
：无论是传统的光纤同轴混合网(HFC)，还是现在运营商正在逐步推进的FTTC(光纤到路边)、FTTB(光纤到楼栋)和FTTH(光纤到户)网络，信号的传输都需要大的动态范围。通常，对网络设计而言，希望在用户端能接收稳定的电平，因此，网络设计需要进行电平控制，无论是手动还是自动。对于传统的HFC网络，一般光节点的接收动态范围在网络设计时就设计得较小，一般设计在-ldBm接收，而且在光分配网上单个光节点的覆盖用户数较大，因此光节点的数量相较FTTX网络而言很少，对于这种光节点产品，一般是没有设计自动增益控制(AGC)的，但是产品里面有可插拔的固定衰减器，可以进行手动选择衰减器来进行电平控制，这种控制就是手动增益控制(MGC)。对于广播电视1550nm光传输FTTx的应用，接入网采用1550nm发射机+EDFA进行光功率分配，光节点覆盖范围越来越小，一般在50户左右，因此需要消耗大量的光功率，这时网络上需要使用大量的EDFA、分路器和连接头，由于用户空间分布的多样性和光链路功率预算的不确定性和可变性，光功率损耗可能会有较大的不同。这时反应在光节点为不同地点的接收光功率相差较大。此时光网络上的接收机数量众多，我们可以简单算一下，对于一个10万户(大概一个中等地级市或县城的规模)的网络，如果50户一个光节点，则需要光接收机2000台！如果使用的光接收机没有AGC功能，那么工程部署和维护的工作量将是巨大的。在部署FTTX网络时，非常需要具有宽的光动态范围的光接收机。如图l，目前普遍使用的AGC电路是基于RF功率检测的闭环控制系统，定向耦合器将一部分信号耦合到信号检测电路，信号检测电路的输出信号经过处理送给包含电控衰减其的AGC电路。信号的处理过程有的用纯模拟电路的方法，有的用单片机编程实现。当电平检测器检测的信号比AGC控制块的参考信号低时，AGC便减小衰减量，增大输出；相反，当电平检测器检测的信号比AGC控制块的参考信号高时，AGC便增大衰减量，减小输出。这样，AGC控制块不断调整衰减量，使得输出射频电平在预期的输入变化范围内保持恒定。这种控制方式存在较多的缺点，首先需要定向耦合器，使输出信号产生额外的损耗，通常有ldB。信号检测一般—需要较高的驱动射频电平，可能要在耦合器后加后置放大器，或者也有用集成的信号检测芯片的，总之都增加了成本。其次这种控制方式的控制范围较窄，一般在10dB的RF范围内可以得到较好的控制，对应的光功率范围只有5dB,而且控制上显得有点复杂，元件参数选取不当，会产生稳定性问题。另有一种AGC设计方式如图2，通过检测光功率来控制输出电平。对光探测器可作光功率检测，输出为与光功率成线性关系的直流电压，将此信息输入到单片机，单片机通过DA来控制电控衰减器。众所周知，在光发送机端，多载波信号对光源以线性方式进行强度调制。在接收机端，无AGC时，输出电平与接收光功率的对应关系为接收光功率变化ldB，输出电平同向变化2dB。那么，设计时遵循光增大ldB，电控衰减器衰减增大2犯的原则，则可以得到完美的AGC控制。由此可见，这种设计逻辑非常清晰，关键在于信号处理上的算法。这种方式的缺点在于需要进行模一数、数一模转换，单片机用的晶振频率一般为几MHz到十几MHz，而且是方波，具有宽阔的谐波频谱，从几十MHz到几百MHz，非常容易产生辐射干扰，因此是个令人十分头疼的干扰源。宽控制范围和高控制精度的AGC对A/D的控制精度要求较高，而且数字控制如果产生干扰，将非常难以消除。
发明内容本发明的目的在于针对己有技术存在的缺陷，提供一种应用于有线电视网络光接收机的光控自动增益控制电路。本发明对10dB输入光功率变化范围可以达到理想的AGC控制，使光接收机的输出电平变化稳定在ldB之内。为达到上述目的，本发明采用下述技术方案-一种应用于有线电视网络光接收机的光控自动增益控制电路，包含偏置网络、光电检测器、偏置网络和可变衰减器，其特征在于-(1)所述光电检测器分别通过偏置网络和偏置网络接地和连接电源，而偏置网络输出连接；(2)—个光功率检测电路，对输出光功率进行检测，其输出连接；(3)—个对数电路，对光功率检测电路23的输出作对数运算，其输出连接；(4)一个反相电路，对对数电路24的输出电压进行反转，其输出连接；(5)—个指数电路，对反相电路25的输出作对数运算，其输出连接；(6)—个同相比例调整电路，对指数电路26的输出进行调整，其输出连接；(7)—个加法电路，将同相比例调整电路27的输出与一参考电压信号进行加法运算，其输出连接；(8)所述可变衰减器，完成AGC控制。上述的控制电路中的对数电路采用了两个运算放大器、两个三极管做对数差分运算，并且使用了参考电压信号。其中的指数电路具有与对数电路相同的结构。本发明的信号处理采用的是纯模拟硬件电路，与现有技术比较，具有显而易见的突出的优点无需增加额外的CPU进行控制，控制稳定可靠，不易产生干扰，调试简单，可以控制10犯以上范围的输入光功率，即20dB以上范围的射频输出电平。诚然，光AGC无法对光发送机OMI(光调制指数)的变化做出响应，但是现在不同厂家生产的发送机的的OMI差别不大，即使是1310nm和1550nm的光发送机，其OMI的不同反映在接收机的输出电平上的差异一般不超过2dB。对于由于温度的变化引起的放大器增益的变化，在AGC控制端可以非常方便地对参考信号设计温度补偿功能，能够适应野外的工作环境。图1是先有技术的一种射频AGC设计电路原理图。图2是现有技术的一种光AGC设计电路原理图。图3是本发明采用的一种新颖的光AGC电路原理框图。图4是本发明采用的电控衰减器的电路图。图5是AGC控制电压与输入光功率函数关系的图像描述。图6是AGC控制部分里的对数电路。图7是AGC控制部分里的指数电路。具体实施例方式本发明的一个优选实施例结合如下参见图3，本应用于有线电视网络光接收机的光控自动增益控制电路，包含偏置网络20、光电检测器21、偏置网络22和可变衰减器31:(1)所述光电检测器21分别通过偏置网络22和偏置网络20接地和连接电源，而偏置网络22输出连接；(2)—个光功率检测电路23，对输出光功率进行检测，其输出连接；(3)—个对数电路24，对光功率检测电路23的输出作对数运算，其输出连接；(4)一个反相电路25，对对数电路24的输出电压进行反转，其输出连接；(5)—个指数电路26,对反相电路25的输出作对数运算，其输出连接；(6)—个同相比例调整电路27，对指数电路26的输出进行调整，其输出连接；(7)—个加法电路28,将同相比例调整电路27的输出与一参考电压信号进行加法运算，其输出连接；(8)所述可变衰减器31，完成AGC控制。上述的可变衰减器31的具体实例见图4，为一种常用的电控衰减器的电路结构，其元件参数见表1，所用的核心器件是Agilent公司的PIN二极管HSMP-3814，这个二极管的特性相当于电流控制的电阻，即改变通过二极管的电流，二极管的高频阻抗会有较大的变化，当通过该二极管的电流从10mA到O.OlmA时，其高频阻抗从几欧姆变化到数千欧姆，而且阻抗变化与电流的变化关系几乎是线性的。因此利用它和一些外围的电阻电容元器件可以构成n型衰减器。V+为参考电压，Vc为控制电压，当Vc变化时，电阻R102、R103上的电压也跟着变化，那么通过D104、D105、D106、D107的电流也同时在变化，合理选择外围器件的参数，可保证衰减器在整个衰减范围内的阻抗稳定，反射保持在-18dB以下。测试衰减器的电压-衰减特性，可以得到一组控制电压与衰减值的对应表。然后根据光接收机应用时需要的接收光功率范围，对应制定一个衰减器的衰减范围，可每隔ldB确定1个衰减点，同时对应着一个控制电压，这样就可以得到光功率与电控衰减器的控制电压的对应表。l个示例见表2。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>现在对表2的对应关系作数学分析，现把它描点成函数曲线，见图5。观察曲线，发现它与指数函数曲线非常相像。现假定其为指数函数，表达式为V-a"0德+b(0)其中PO表示以dBm为单位的接收光功率。可以用待定系数法来确定常数a和b,即以最大和最小输入光功率两个点得到两个方程，解出a和b来。然后可以反证，发现任意输入一个光功率值，AGC控制误差基本上能够保持在ldB之内，一般可以保持在0.5dB之内，因此可以认为这个数量关系是非常准确的。我们知道，以dBm为单位的光功率P0用mw表示为1019，因此光功率检测信号可表示为k*10Po/1G,在图3中，偏置网络(22)可以用m"OOO(m的取值范围为1~3较合适)欧姆的电阻来监控光功率，光功率监控(23)可以用电压跟随器实现，这样可得到光功率检测信号k*10p°/w。然后将PO解析出来，需要借助对数电路，如图6，为利用三极管构造的大动态范围的对数电路，元件参数见表3表3电阻器欧姆电容器NF其他R200500kC2001卿09013R201500kC2011Q2019013R202500kC20210U200LM324R20315.R204lkR205500kR2062k对数电路的输出是两个三极管的基极电压差的函数，EOUT=((R203+R204)/R204)*(VBEQ201-VBEQ200)(1)利用PN结方程，可得到AVBE=(kT/q)*loge(IC200-IC201)(2)其中k为波尔兹曼常数，T为开尔文温度，q为电子电荷，因此(1)式可化为EOUT=(-kT/q)*((R203+R204)/R204)*loge((EIN*R205)/(EREPR200))(3)注意到输出为温度的函数，因此如果单独使用对数电路，需要做温度补偿，R204需要使用温度系数为+3500ppm/'C热敏电阻，可以抵消温度的变化对输出的影响，此时(3)式可以化为EIN|/R200)+5]=0.7-lg|EIN|=0.7-lg(k*10辑)(4)然后，将对数电路的输出结果输入到反相电路(25)中得到E1=-E0UT=lg(k"0請)-0.7(5)下面需要将E1输入到指数电路(26)中，见图7，其原理与图6的对数电路一样，结构上也基本一样，其元件参数见表4表4电阻器欧姆电容器NF其他R300500kC2001Q3009013R301500kC2011Q3019013R3022kC20210U300LM324R30310kR30415.7kR30510kR306lk此指数电路具有如下数量关系E2-(1/10)"0一ei(6)对数电路与指数电路具有相同的结构，电路上的对称性非常好，它们的运算过程刚好是相反的，单个电路中输出量是温度敏感的，但两个组合起来使用，由于电路的对称性，它们的温度特性刚好相反，因此整体的输出与温度几乎没有关系，因此R204和R306不需要使用热敏电阻，事实上温度系数为+3500ppm/'C热敏电阻的采购极不方便。将(5)式代入(6)式，可得E2=(1/2k)*l(T涵(7)接着将E2输入到同相比例电路(27)，用电位器调整系数l/2k，输出为E3，那么可得到E3=a"(T圃(8)这样同时解决了参数k会受到光探测器的响应度一致性的影响的问题。然后将E3输入到加法电路(28),参考量为b,输出为E4，就可以得到目标(0)想要的结果，8E4-a"O陽，+b(9)对参量b做温度补偿，可对放大器的增益温度特性进行补偿，在较宽的温度范围下稳定控制输出，以适应野外的工作条件。E4即为AGC的控制信号，加到可变衰减器(31)，就能实现理想的自动增益控制。以上所用的元件参数只是针对一个实例，实际应用中根据不同的设计要求可能需要修改某些参数。权利要求1.一种应用于有线电视网络光接收机的光控自动增益控制电路，包含偏置网络(20)、光电检测器(21)、偏置网络(22)和可变衰减器(31)，其特征在于a.所述光电检测器(21)分别通过偏置网络(22)和偏置网络(20)接地和连接电源，而偏置网络(22)输出连接；b.一个光功率检测电路(23)，对输出光功率进行检测，其输出连接；c.一个对数电路(24)，对光功率检测电路23的输出作对数运算，其输出连接；d.一个反相电路(25)，对对数电路24的输出电压进行反转，其输出连接；e.一个指数电路(26)，对反相电路25的输出作对数运算，其输出连接；f.一个同相比例调整电路(27)，对指数电路26的输出进行调整，其输出连接；g.一个加法电路(28)，将同相比例调整电路27的输出与一参考电压信号进行加法运算，其输出连接；h.所述可变衰减器(31)，完成AGC控制。2.根据权利要求1所述的应用于有线电视网络的光接收机光控自动增益控制电路，其特征在于，所用的对数电路(26)采用了两个运算放大器、两个三极管做对数差分运算，并且使用了参考电压信号。3.根据权利要求1所述的应用于有线电视网络的光接收机光控自动增益控制电路，其特征在于，所用的指数电路具有与对数电路对称的结构形式，同样使用两个运算放大器、两个三极管做对数差分运算，并且使用了参考电压信号。全文摘要本发明涉及一种应用于有线电视网络光接收机的光控自动增益控制电路。包括两个偏置网络、兴电检测器和可变衰减器，它由检测器通过两个偏置网络接电和连接电源，而其检测输出依次经一个光功率检测电路、一个对数电路、一个反相电路、一个指数电路、一个周相比例调整电路和一个加法电路后连接可变衰减器，完成AGC控制。本电路采用纯模拟硬件实现，可以控制10dB以上范围的输入光功率，即20dB以上范围的射频输出电平。文档编号H04B10/12GK101478344SQ20081020400公开日2009年7月8日申请日期2008年12月4日优先权日2008年12月4日发明者威杨,林如俭,斌胡,陈海辉申请人:上海大学;上海凌云天博光电科技有限公司