專利名稱：一種高采樣精度的rssi監(jiān)測電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光通信領域，尤其涉及一種提高OLT光模塊RSSI采樣精度的RSSI
監(jiān)測電路。
背景技術：
GEPON (Gigabit Ethernet Passive Optical Network 吉比特以太無源光網絡) 是目前最具發(fā)展前景的一種光纖網絡，由OLT (Optical Line Terminal光線路終端)、0ΝΤ (Optical Network Terminal光網絡終端)和光配線網絡構成。GEPON的工作模式為異步的時分多址模式，在上行業(yè)務中，OLT系統(tǒng)給每個用戶一個傳輸數(shù)據(jù)的時隙，由ONT向OLT 發(fā)送上行數(shù)據(jù)。因時分多址的工作模式，故其上行數(shù)據(jù)是不連續(xù)的，是由一個個突發(fā)數(shù)據(jù)組成。GEPON系統(tǒng)由于各個ONT的位置不同、距離不同、光線路狀態(tài)不同，因此其光纖中的傳輸損耗就不同，由于各個數(shù)據(jù)包在光纖網絡中都是以光信號為載體，從而造成OLT接收到的各個數(shù)據(jù)包光功率大小各異。這就要求OLT對上行突發(fā)光信號進行光功率的監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常能夠告警。OLT設備可以分為光電模塊和系統(tǒng)上位機兩個部分，光電模塊完成光電信號的轉換，同時提供光電性能的監(jiān)控與告警?，F(xiàn)有技術對接收到的突發(fā)上行數(shù)據(jù)包的光功率大小進行監(jiān)控而產生的監(jiān)控信號為RSSI (Received Signal Strength hdication接收端信號強度指示)信號。OLT設備可以分為光電模塊和系統(tǒng)主機兩個部分，光電模塊完成光電信號的轉換，同時提供光電性能的監(jiān)控與告警，包括利用RSSI判斷接收到的突發(fā)光功率大小。在 IEEE802. 3ah協(xié)議中明確規(guī)定了監(jiān)控功率的范圍控制在_6dbm到-30dbm或者_31dbm。隨著光模塊的不斷發(fā)展，本身的性能在不斷地優(yōu)化，客戶的指標也在不斷地提高。例如《中國電信EPON設備技術要求V2. 1》在V2. 0版本的基礎上增加了“0LT的接收光功率檢測”的規(guī)定“0LT應支持對其接收到的來自每個ONU的上行平均光功率的測量功能，在_30dbm到一 IOdbm范圍內的測量精度不劣于士 ldB”。又例如華為要求工業(yè)級EPON OLT光模塊在_40°C 到85°C的范圍內，做到RSSI監(jiān)控精度為士 ldB?，F(xiàn)在EPON OLT 1. 25Gbps速率的OLT光模塊在工業(yè)級標準下只能做到士2dB，這是由于模塊本身的硬件設計所導致的，想要保證低成本，必然會對RSSI監(jiān)控的精度會有所犧牲。為達到士2dB的RSSI監(jiān)控精度，現(xiàn)有技術中RSSI監(jiān)測電路都如圖1所示。整個電路的原理是當APD(Avalanche Photodiode,雪崩光電二極管)接收到突發(fā)上行光信號后， APD將該光信號轉換為與突發(fā)上行光信號的功率成正比的電流信號；跨阻放大器接收到該電流信號后，將該電流信號轉換為電壓信號向外輸出；而后采樣保持電路將該電壓信號作為RSSI信號進行保持處理；MCU中的模數(shù)轉換器(Analog-to-Digital Converter,以下簡稱ADC)對RSSI信號的電壓進行采樣，并將該RSSI信號的模擬電壓轉換為數(shù)字信號，該數(shù)字信號被稱為采樣值。一個采樣值究竟代表多少光功率，是在MCU內部通過設定一個與采樣值一一對應的查找表來確定的。查找表是讓整個RSSI監(jiān)測電路從光功率_6dbm到光功率-32dbm依次逐漸采樣，根據(jù)發(fā)射的光功率和采樣值的對應關系得到的。最后MCU將得到的光功率數(shù)值存儲在寄存器中，由OLT系統(tǒng)上位機進行讀取，完成光功率的檢測工作。這樣的硬件設計，由于受內部集成電路器件如運放、開關芯片等本身特性的限制， 往往難以同時兼顧強光上行信號和弱光上行信號的不同應用環(huán)境要求。又由于周圍電路的干擾等，會出現(xiàn)APD產生的電流相同，采樣保持電路保持的RSSI信號電壓卻不同的情況。實驗發(fā)現(xiàn)在弱光的時候，例如19dbm，-30dbm和-31dbm，這樣的情況尤其常見。同時由于光功率的波動基本是正態(tài)分布的，而偏離正態(tài)分布的主頻率越遠，利用查找表得到的結果誤差越大。再有就是現(xiàn)有技術受不可濾除噪音和工業(yè)級溫度的影響，導致RSSI采樣精度也只能做到士2dB，進而使現(xiàn)有技術中按照光功率與采樣值一一自然對應形成的MCU的查找表基本是以2dB為單位，無法做到士 IdB的精度。

發(fā)明內容
針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠以更高精度對RSSI信號進行采樣的RSSI監(jiān)測電路。本發(fā)明的目的通過以下的技術方案來完成一種高采樣精度的RSSI監(jiān)測電路，包括APD、MCU、寄存器，還包括鏡像電流電路、強光路、弱光路；鏡像電流電路接收來自APD的電流信號，并向強光路和弱光路同時分別輸出與APD電流信號相同的鏡像電流信號；所述強光路包括強光跨阻放大器、強光采樣保持電路、以及MCU提供的強光ADC，強光跨阻放大器將來自APD的鏡像電流信號轉換為強光電壓信號并放大，強光采樣保持電路對強光電壓信號進行保持處理，強光ADC將強光電壓信號轉換為強光數(shù)字信號，MCU將強光數(shù)字信號與 MCU內部的強光查找表進行對比得到強光光功率數(shù)值；所述弱光路包括弱光跨阻放大器、 弱光采樣保持電路、以及MCU提供的弱光ADC，弱光跨阻放大器將來自APD的鏡像電流信號轉換為弱光電壓信號并放大，弱光采樣保持電路對弱光電壓信號進行保持處理，弱光ADC 將弱光電壓信號轉換為弱光數(shù)字信號，MCU將弱光數(shù)字信號與MCU內部的弱光查找表對比得到弱光光功率數(shù)值；MCU對強光光功率數(shù)值與弱光光功率數(shù)值進行對比處理后，將得到的結果光功率數(shù)值存入寄存器供上位機讀取。進一步的，所述強光跨阻放大器的增益跨阻為200歐到600歐。強光跨阻放大器的增益跨阻相對較小，可以防止出現(xiàn)因強光電流增益過大，導致強光跨阻放大器輸出飽和， 使信號丟失的情形。又進一步的，所述弱光跨阻放大器的增益跨阻為800歐到2000歐。弱光跨阻放大器的增益跨阻相對較大，可以有效的放大弱光電流，從而使后續(xù)的電路對弱光的RSSI信號采集更精確。另進一步的，所述強光查找表的查找范圍為強光上限到η dbm, η為實數(shù)且大于弱光下限；所述弱光查找表的查找范圍為m dbm到弱光下限，m為實數(shù)且小于強光上限。強光查找表和弱光查找表對應于強光路和弱光路不同的電路特性，各自有不同的查找范圍，可以有效防止偏離主功率越大誤差越大的情況發(fā)生，從而能夠更加精確的確定光功率值。再進一步的，m大于等于n，m dbm到η dbm為滯回區(qū)間。滯回區(qū)間的設置能夠讓兩個查找結果互相對比，使查找后得到的光功率數(shù)值更加精確。還進一步的，所述強光查找表和弱光查找表的相鄰校準值之間間隔為0. 5dbm。每隔0. 5dbm設定一個校準值，能夠更加精確的確定光功率數(shù)值。
4
本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明通過將原有的一路RSSI監(jiān)測電路分為強光路和弱光路，分別針對強光上行信號和弱光上行信號進行RSSI采樣，并分別按照強光查找表和弱光查找表來對應RSSI采樣值與查找表中的校準值，最后進行對比處理得到上行光功率大小，能夠有效的提高采樣精度；同時強光路和弱光路的電路配置不同，能夠有效避免現(xiàn)有技術同一路監(jiān)測電路無法兼顧不同功率的上行信號下應用環(huán)境要求，從而進一步提高采樣精度；還通過分別確定查找范圍的強光查找表和弱光查找表，滯回區(qū)間，0. 5dbm的校準值間隔等，更進一步提高采樣精度，最終達到采樣精度士IdB的高工業(yè)要求。


圖1為現(xiàn)有技術中RSSI監(jiān)測電路結構框圖； 圖2為本發(fā)明的具體實施例的電路結構框圖。
具體實施例方式本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何權利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。同時本說明書中對替代特征的描述是對等同技術特征的描述，不得視為對公眾的捐獻。本說明書(包括任何權利要求、摘要和附圖)中用語若同時具有一般含義與本領域特有含義的，如無特殊說明，均定義為本領域特有含義。如圖2所示，為本發(fā)明具體實施例的電路結構框圖。APD接收突發(fā)上行光信號，并發(fā)出與上行光信號光功率成正比的電流信號；鏡像電流電路接收該電流信號，并向強光路和弱光路同時分別輸出與APD電流信號相同的鏡像電流信號。所述強光路由強光跨阻放大器、強光采樣保持電路、以及MCU提供的強光ADC組成，強光跨阻放大器將來自APD的鏡像電流信號轉換為強光電壓信號并放大，強光采樣保持電路對強光電壓信號進行保持處理，強光ADC采集強光采樣保持電路中的強光電壓信號后，將該以模擬電壓形式存在的強光電壓信號轉換為以比特流形式存在的強光數(shù)字信號， MCU將強光數(shù)字信號與MCU內部的強光查找表對比得到強光光功率數(shù)值。弱光路與強光路的工作過程基本一致，所述弱光路由弱光跨阻放大器、弱光采樣保持電路、以及MCU提供的弱光ADC組成，弱光跨阻放大器將來自APD的鏡像電流信號轉換為弱光電壓信號并放大，弱光采樣保持電路對弱光電壓信號進行保持處理，弱光ADC將弱光電壓信號轉換為弱光數(shù)字信號，MCU將弱光數(shù)字信號與MCU內部的弱光查找表對比得到弱光光功率數(shù)值。MCU對強光光功率數(shù)值與弱光光功率數(shù)值進行對比處理后，將得到的結果光功率數(shù)值存入寄存器供上位機讀取。這里所謂的“對比處理”，由于沒有對硬件電路和查找表本身做太多改動，故直接將強光光功率數(shù)值和弱光光功率數(shù)值相加再除以2即可，如此可以減少因集成電路器件本身自帶的噪音信號的干擾，可以有效地提高RSSI的采樣精度。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，由于強光路和弱光路面臨著不同的應用環(huán)境要求，比如若增益太大，會產生跨阻放大器的增益飽和現(xiàn)象，導致丟失強光上行信號。所謂增益飽和，是指跨阻放大器本身有增益的極限，若上行光信號本身光功率就大，導致APD的光電流也大，則理論上應該和功率較小的光電流有同樣放大倍數(shù)的強光光電流，實際上超過了跨阻放大器的極限而無法實現(xiàn)，最終部分強光光電流和較弱的強光光電流被轉換為一樣大小的電壓信號的現(xiàn)象。同時，若增益太小，弱光上行信號又很有可能被淹沒在電路和周圍環(huán)境產生的工業(yè)噪音信號之中，無法分辨。故強光路的跨阻放大器的增益電阻選擇200歐到600 歐的阻值，可以有效防止增益飽和現(xiàn)象；同時弱光路的跨阻放大器的增益電阻選擇800歐到2000歐，能夠有效放大弱光信號；由此實現(xiàn)了兼顧不同應用環(huán)境要求的目的。至于強光路的弱光增益小，弱光路的強光有增益飽和等問題，由于強光路不關系弱光，弱光路不關心強光，所以不會產生影響。根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例，所述強光查找表的查找范圍為強光上限到η dbm, η 為實數(shù)且大于弱光下限；所述弱光查找表的查找范圍為m dbm到弱光下限，m為實數(shù)且小于強光上限。m大于等于n，m dbm到η dbm為滯回區(qū)間。所述強光查找表和弱光查找表的相鄰校準值之間間隔為0. 5dbm，校準值用于對ADC采樣得到的光功率值進行校準。舉例來講，某一個工業(yè)要求RSSI監(jiān)測電路的光功率監(jiān)測范圍為_6dbm到_32dbm， 則強光上限為_6dbm，弱光下限為-32dbm。然后人為設定m為-16，η為-18，則強光查找表的查找范圍為_6dbm到-18dbm ；弱光查找表的查找范圍為-16dbm到-32dbm ；-16dbm 到-ISdbm為滯回區(qū)間。同時查找表的校準值間隔為0. 5dbm，即強光查找表上校準值分別為 -6dbm、-6. 5dbm、。。。。。-17. 5dbm、-18dbm，弱光查找表和滯回區(qū)間以此類推。滯回區(qū)間的作用，一是可以做為相同范圍使兩個查找表進行對比提高精度，二是可以作為確定到底采用強光查找表的結果還是弱光查找表的依據(jù)。滯回區(qū)間可以通過跨阻值，APD響應度，以及輸入光強等來算出。例如1. 25Gbps速率且接收波長為1310nm的光模塊中，APD響應度Re>=0. 92A/V，強光增益跨阻值為R1，弱光增益跨阻值為R2，輸入光強范圍-6dbnT-32dbm，則根據(jù)公式101ogmw=dbm，可以計算出-6dbnT-32dbm對應的功率，再根據(jù)響應度可計算出光電流I=Re*mw*l(T-3，鏡像電流電路是兩路輸出，假定強光路比例是 X: 1，弱光路是Y: 1，再由公式Vl=2. 5-I/X*Rl*10~3 ；V2=2. 5-I/Y*R2*10~3可以得到弱光到強光的采樣電壓分布，其相互重合的部分即為滯回區(qū)間。本實施例中MCU的查找過程如下當有上行光信號輸入時，經過前序電路的處理， 強光ADC會生成強光光功率值a，弱光ADC會生成弱光光功率值b。MCU默認首先將a與強光查找表的η值即-ISdbm進行比較，若該a<-18dbm，則直接將b存入寄存器，流程結束。若該a>-18dbm，則MCU再將該a和弱光查找表的m值即-16dbm進行比較，看是否在滯回區(qū)間中，若-16dbm>a>=-18dbm，則讓a、b在滯回區(qū)間中分別找最近的校準值做差，再取與校準值之差的絕對值最小的光功率值作為結果光功率值，比如若a=-16. 28dbm, b=_17. ldbm,則 a與-16. 5dbm最接近，絕對值為0. 22dbm, b與-17dbm最接近，絕對值為0. Idbm,綜合下來， b與校準值之差的絕對值最小，則MCU將b存入寄存器。最后，若a>-16dbm，則MCU直接將 a存入寄存器，流程結束。如此設置的查找表配合強光路和弱光路，能夠有效的提高RSSI的采樣精度，使之達到士 IdB的高工業(yè)要求。
權利要求
1.一種高采樣精度的RSSI監(jiān)測電路，包括APD、MCU、寄存器，其特征在于 還包括鏡像電流電路、強光路、弱光路；鏡像電流電路接收來自APD的電流信號，并向強光路和弱光路同時分別輸出與APD電流信號相同的鏡像電流信號；所述強光路包括強光跨阻放大器、強光采樣保持電路、以及MCU提供的強光ADC，強光跨阻放大器將來自APD的鏡像電流信號轉換為強光電壓信號并放大，強光采樣保持電路對強光電壓信號進行保持處理，強光ADC將強光電壓信號轉換為強光數(shù)字信號，MCU將強光數(shù)字信號與MCU內部的強光查找表進行對比得到強光光功率數(shù)值；所述弱光路包括弱光跨阻放大器、弱光采樣保持電路、以及MCU提供的弱光ADC，弱光跨阻放大器將來自APD的鏡像電流信號轉換為弱光電壓信號并放大，弱光采樣保持電路對弱光電壓信號進行保持處理，弱光ADC將弱光電壓信號轉換為弱光數(shù)字信號，MCU將弱光數(shù)字信號與MCU內部的弱光查找表對比得到弱光光功率數(shù)值；MCU對強光光功率數(shù)值與弱光光功率數(shù)值進行對比處理后，將得到的結果光功率數(shù)值存入寄存器供上位機讀取。
2.根據(jù)權利要求1所述高采樣精度的RSSI監(jiān)測電路，其特征在于 所述強光跨阻放大器的增益跨阻為200歐到600歐。
3.根據(jù)權利要求1所述高采樣精度的RSSI監(jiān)測電路，其特征在于 所述弱光跨阻放大器的增益跨阻為800歐到2000歐。
4.根據(jù)權利要求1所述高采樣精度的RSSI監(jiān)測電路，其特征在于所述強光查找表的查找范圍為強光上限到η dbm, η為實數(shù)且大于等于弱光下限； 所述弱光查找表的查找范圍為m dbm到弱光下限，m為實數(shù)且小于等于強光上限。
5.根據(jù)權利要求4所述高采樣精度的RSSI監(jiān)測電路，其特征在于 m大于等于n，m dbm到η dbm為滯回區(qū)間。
6.根據(jù)權利要求4所述高采樣精度的RSSI監(jiān)測電路，其特征在于 所述強光查找表和弱光查找表的相鄰校準值之間間隔為0. 5dbm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高采樣精度的RSSI監(jiān)測電路，通過將原有的一路RSSI監(jiān)測電路分為強光路和弱光路，分別針對強光上行信號和弱光上行信號進行RSSI采樣，并分別按照強光查找表和弱光查找表來對應RSSI采樣值與查找表中的校準值，最后進行對比處理得到上行光功率大小，能夠有效的提高采樣精度；同時強光路和弱光路的電路配置不同，能夠有效避免現(xiàn)有技術同一路監(jiān)測電路無法兼顧不同功率的上行信號下應用環(huán)境要求，從而進一步提高采樣精度；還通過分別確定查找范圍的強光查找表和弱光查找表，滯回區(qū)間，0.5dbm的校準值間隔等，更進一步提高采樣精度，最終達到采樣精度±1dB的高工業(yè)要求。
文檔編號H04B10/08GK102394694SQ20111034055
公開日2012年3月28日 申請日期2011年11月2日 優(yōu)先權日2011年11月2日
發(fā)明者鄧彬 申請人:成都優(yōu)博創(chuàng)技術有限公司