CN109067471A - 光接收集成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种光接收集成装置，该光接收集成装置包括：光电变换模块，用于将接收的光信号转换为电流信号；电流电压变换模块，用于将电流信号转换为电压信号；滤波模块，用于滤除电压信号中的直流分量；信号选通模块，用于对电压信号中的交流信号进行选通；差分运算模块，用于将经过信号选通模块选通的交流信号进行差分运算并输出。本发明有利于降低生产成本。

Description

光接收集成装置
技术领域
本发明涉及光电通讯领域，具体涉及一种光接收集成装置。
背景技术
光电探测器是一种将光信号转换为电信号的装置，主要是利用光电探测器中的光通讯用接收模块PIN-FET将光信号转换为电信号。但是，现有的光通讯用接收模块PIN-FET还需要配置额外的运算放大器等***电路，这些***电路增大了***电路板的面积，同时增加了成本。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种光接收集成装置，旨在解决生产成本较高的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提出一种光接收集成装置，该光接收集成装置包括：
光电变换模块，用于将接收的光信号转换为电流信号；
电流电压变换模块，用于将所述电流信号转换为电压信号；
滤波模块，用于滤除所述电压信号中的直流分量；
信号选通模块，用于对所述电压信号中的交流信号进行选通；
差分运算模块，用于将经过所述信号选通模块选通的交流信号进行差分运算并输出。
优选地，所述电流电压变换模块还包括监测信号输出端，所述监测信号输出端用于输出所述电压信号。
优选地，所述光电变换模块包括光电二极管，所述电流电压变换模块包括跨阻抗运算放大器，所述滤波模块包括滤波电容，所述信号选通模块包括模拟开关，所述差分运算模块包括差分运算放大器；所述光电二极管的阳极与负电源电压连接，所述光电二极管的阴极与所述跨阻抗运算放大器的反相输入端连接，所述跨阻抗运算放大器的同相输入端与电源地或低于所述负电源电压的直流电压连接，所述滤波电容连接在所述跨阻抗运算放大器与所述模拟开关之间，所述差分运算放大器通过所述模拟开关与所述滤波电容连接。
优选地，还包括信号处理电路板，所述电流电压变换模块、滤波模块、信号选通模块和差分运算模块集成在所述信号处理电路板上，所述信号处理电路板上设有连接所述光电变换模块的焊盘。
优选地，还包括用于封装所述信号处理电路板和所述光电变换模块的封装外壳，所述封装外壳包括一端为开口的盒体和用于封堵所述盒体开口端的盖板，所述盒体上设有供光纤接入的光纤接口。
优选地，所述盒体的底部上设置有多个贯穿该底部的管脚，所述管脚与所述信号处理电路板连接。
优选地，所述管脚按照标准的DIP封装形式布置在所述盒体的底部上，所述盒体的底部设置有支撑垫，所述支撑垫上设有供所述管脚穿过的通孔。
优选地，所述盒体的底部内壁上设置有两个分别位于所述盒体相对两端处的卡接凸台，所述卡接凸台与所述信号处理电路板上设置的卡口相适配，所述光电变换模块设置在其中一个所述卡接凸台上。
优选地，所述封装外壳为密封结构，其内充有氮气。
本发明提供的光接收集成装置，通过对光电变换模块、电流电压变换模块、滤波模块、信号选通模块和差分运算模块进行集成为一体，以此光接收集成装置对收到的光信号转化并进行差分输出。相对现有技术而言，本发明有效的避免了设置***电路，同时有利于减小***电路板的面积，同时和降低了成本。
附图说明
图1为本发明实施例中光接收集成装置的整体结构示意图；
图2为本发明实施例中光接收集成装置的电路连接关系示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一，本发明提出一种光接收集成装置，如图1和图2所示，该光接收集成装置包括：
光电变换模块210，用于将接收的光信号转换为电流信号；
电流电压变换模块220，用于将电流信号转换为电压信号；
滤波模块230，用于滤除电压信号中的直流分量；
信号选通模块240，用于对电压信号中的交流信号进行选通；
差分运算模块250，用于将经过信号选通模块240选通的交流信号进行差分运算并输出。
本实施例中，通过对光电变换模块210、电流电压变换模块220、滤波模块230、信号选通模块240和差分运算模块250依次连通并集成为一体。光电变换模块210在受到光照时，利用光电变换模块210会根据光照的强度产生不同大小的电流，以此产生电流信号；电流电压变换模块220通过欧姆定律将光电变换模块210产生的电流信号转化为相匹配的电压信号；利用滤波模块230只能通过电压信号中的交流分量的功能，以此消除电压信号中的直流分量；信号选通模块240利用外部给出信号的不同，以此挑选出从滤波模块240中输出的电压信号中的有用电压信号；差分运算模块250利用从信号选通模块240中输出的电压信号与外部提供的参考电压信号之间差值的关系，从而输出两个差分信号。有效的避免了设置***电路，同时有利于减小***电路板的面积，同时和降低了成本。
实施例二，为了方便监控电流电压变换模块220中光功率的检测，电流电压变换模块220中还设置有一个监测信号输出端，电流电压变换模块220向滤波模块230输出电压信号的同时通过监测信号输出端向外部设备输出同样的电压信号，以此利用外部设备实现光功率监测等功能。
实施例三，光电变换模块210为光电二极管211；电流电压变换模块220为跨阻抗运算放大器221和与跨阻抗运算放大器221并联的跨阻抗电阻222，跨阻抗运算放大器221优选为AD8066；滤波模块230为滤波电容231，滤波电容231优选为10uF的电容；信号选通模块240为模拟开关241，模拟开关241优选DG612；差分运算模块250为差分运算放大器251及其***配置的第一电阻252、第二电阻253、第三电阻254和第四电阻255，差分运算放大器251优选为AD8139，差分运算放大器251包括第一输入端、第二输入端、第三输入端，第一输出端和第二输出端，第一电阻252的一端与模拟开关241的输出端连接，另一端与差分运算放大器251的第一输入端连接，第二电阻253与差分运算放大器251的第二输入端连接，差分运算放大器251的第三输入端用于输入共模参考电压，第三电阻254的一端与差分运算放大器251的第一输入端连接，另一端与差分运算放大器251第一输出端连接，第四电阻255的一端与差分运算放大器251的第二输入端连接，另一端与差分运算放大器251的第二输出端连接。
光电二极管211将光信号转换为电流信号，光电二极管211工作于反向偏置状态，即其阳极端与负电源电压连接，其阴极端与跨阻抗运算放大器221的反相输入端连接。跨阻抗运算放大器221的同相输入端连接至电源地端，其跨阻抗电阻222阻值的大小决定了跨阻抗运算放大器221转化光信号的能力。滤波电容231的输入端与跨阻抗运算放大器221的输出端连接，利用滤波电容231消除电流信号中的直流分量，仅保留对光纤陀螺信号检测有用的交流信号。模拟开关241包括信号输入端和控制输入端，模拟开关241的信号输入端与直滤波电容231的输出端连接，通过模拟开关241对该交流信号进行信号选通，可进一步剔除掉交流信号中的无用信号。模拟开关241的导通与截止由控制输入端输入的控制信号决定.若控制信号为高电平则开关导通，交流信号无失真的传递到后级差分运算放大器251的输入端；若控制信号为低电平则开关截止，其等效为后级差分运算放大器251的第一电阻252的输入端连接到电源地端。输入到模拟开关241的控制输入端的控制信号可由FPGA(现场可编程逻辑门阵列)或DSP(数字信号处理器)等数字控制器产生。最后通过差分运算放大器251及其***配置的第一电阻252、第二电阻253、第三电阻254和第四电阻255将经过模拟开关241选通后的交流信号转化为差分信号输出。其中第一电阻252和第二电阻253的阻值相同，第三电阻254和第四电阻255的阻值相同，第一电阻252(或第二电阻253)和第三电阻254(或第四电阻255)的比值决定了该交流信号转化为差分信号的放大倍数。差分运算放大器251的第一输出端和第二输出端输出的差分信号可直接连接至ADC(模数转换器)的差分输入端，进而转换为数字信号进行后期处理，因此输入到差分运算放大器251的共模参考电压，要满足后级ADC对差分输入信号共模电压的范围要求，一般由后级ADC提供。
实施例四，为了方便光接收集成装置的生产和安装，电流电压变换模块220、滤波模块230、信号选通模块240和差分运算模块250都集成在一信号处理电路板200上，同时光电变换模块210的输入端和输出端分别与信号处理电路板200连接。为了方便光电二极管211与信号处理电路板200连接，信号处理电路板200上设置有焊盘。为了减小电磁干扰及寄生参数等对光电流的影响，金丝应尽可能短，即在加工公差允许范围内应使信号处理电路板200上的两个焊盘尽可能靠近光电二极管211的两个电极端。
实施例五，为了保护信号处理电路板200，设置有包覆信号处理电路板200的封装外壳100，封装外壳100包括一端为开口的盒体110和用于封堵盒体110开口端的盖板120。盒体110和盖板120整体采用0402封装，盒体110和盖板120之间采用平行缝焊工艺进行密封，有利于进一步减小光接收集成装置的体积。盒体110要有足够强度的厚度，以满足其对信号处理电路板200和管脚113的支撑和固定作用。盖板120利用镍合金制成，而盖板120可以仅具有密封和电磁屏蔽作用，因此可以做的很薄，以减小金属封装外壳100要有足够强度的厚度。为了方便对光接收集成装置内传输光信号，盒体110上靠近光电二极管211的一侧壁上开设有供光纤接入的光纤接口。光纤300通过套管114内嵌在盒体110的侧壁上，位于盒体110内部的光纤300端面正对光电二极管211的感光窗口，通过光耦合工艺使得光电二极管211的光响应度最大。而位于盒体110外部的光纤300端面，通过光纤熔接、光纤跳线等方式接收外界光信号。套管114是内部为金属管，外部为橡胶管的组合体。
实施例六，为了方便光接收集成装置与外部设备的连接，盒体10的底部上设置有多个贯穿该底部的管脚113，管脚113与信号处理电路板200连接。
实施例七，盒体110底部上设置有十二个呈两列六排设置的管脚113，且管脚113之间按预设距离设置，以此呈形成DIP(双列直插)封装形式，管脚113的排列位置与信号处理电路板200上的通孔焊盘位置一一对应，并在盒体110的内部与信号处理电路板200的通孔焊盘通过焊接实现电连接，同时实现对信号处理电路板200的位置固定。至少有一个管脚113与且仅与盒体110电连接，以实现电磁屏蔽功能，其余管脚113均通过陶瓷绝缘子与盒体110保持绝缘。十二个管脚113分别包括与一个光电二极管211的阳极端连接的用于负电源供电端的Vss管脚和一个与信号处理电路板200电连接用于负电源供电端的Vss管脚、一个与跨阻抗放大器221的监测信号输出端连接的PW管脚、二个与信号处理电路板200接地端连接的GND管脚和一个与第二电阻253的一端连接的GND管脚、一个与模拟开关241的控制输入端连接的KP管脚、一个与盒体110底部直接连接的CASE管脚、一个与差分运算放大器251的第三输入端连接的VREF管脚、一个与信号处理电路板200正电源端连接的Vcc管脚、一个与差分运算放大器251的第一输出端的OP管脚和一个与差分运算放大器251的第二输出端连接的ON管脚。
盒体110底部的内壁上设有支撑垫111，支撑垫111为U字型，支撑垫111上设有供管脚113穿过的通孔。支撑垫111紧挨着盒体110的三个侧壁，不仅支撑盒体110底部的强度以及固定光电二极管211、信号处理电路板200和12个管脚113，同时还可以抬高信号处理电路板200与盒体110底部的内壁之间的距离，有效的避免信号处理电路板200上的元器件与盒体110底部的内壁直接接触，从而损坏信号处理电路板200。当然，支撑垫111还可以为两个长条板，分别安装在盒体110的底部内壁上，且两个支撑垫111分别紧挨盒体110相对的两个侧壁。
实施例八，盒体110的底部内壁上设置有两个分别位于该盒体110相对两端处的卡接凸台112，卡接凸台112与信号处理电路板200上设置的卡口相适配，光电二极管211设置在其中一个卡接凸台112上，光电二极管211与所述信号处理电路板200连接。信号处理电路板200通过卡口卡接在盒体110底部上的卡接凸台112上，其四边与盒体110的四周内壁紧密贴合。光电二极管211通过特定胶水粘接在其中一个卡接凸台112上，信号处理电路板200上的两个焊盘分别通过搭接金丝与光电二极管211的两个电极连通。
实施例九，为了保护封装外壳100内的元器件，如实施例五中的封装外壳100为密封结构，可以通过外部充气装置对封装外壳100内部充氮气以排除封装外壳100水汽和灰尘，有效的避免了封装外壳100内的元器件氧化从而导致光接收集成装置无法使用。
需要说明，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求保护的范围之内。
以上的仅为本发明的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。

Claims (9)

1.一种光接收集成装置，其特征在于，包括：
光电变换模块，用于将接收的光信号转换为电流信号；
电流电压变换模块，用于将所述电流信号转换为电压信号；
滤波模块，用于滤除所述电压信号中的直流分量；
信号选通模块，用于对所述电压信号中的交流信号进行选通；
差分运算模块，用于将经过所述信号选通模块选通的交流信号进行差分运算并输出。
2.如权利要求1所述的光接收集成装置，其特征在于，所述电流电压变换模块还包括监测信号输出端，所述监测信号输出端用于输出所述电压信号。
3.如权利要求1所述的光接收集成装置，其特征在于，所述光电变换模块包括光电二极管，所述电流电压变换模块包括跨阻抗运算放大器，所述滤波模块包括滤波电容，所述信号选通模块包括模拟开关，所述差分运算模块包括差分运算放大器；所述光电二极管的阳极与负电源电压连接，所述光电二极管的阴极与所述跨阻抗运算放大器的反相输入端连接，所述跨阻抗运算放大器的同相输入端与电源地或低于所述负电源电压的直流电压连接，所述滤波电容连接在所述跨阻抗运算放大器与所述模拟开关之间，所述差分运算放大器通过所述模拟开关与所述滤波电容连接。
4.如权利要求1所述的光接收集成装置，其特征在于，还包括信号处理电路板，所述电流电压变换模块、滤波模块、信号选通模块和差分运算模块集成在所述信号处理电路板上，所述信号处理电路板上设有连接所述光电变换模块的焊盘。
5.如权利要求4所述的光接收集成装置，其特征在于，还包括用于封装所述信号处理电路板和所述光电变换模块的封装外壳，所述封装外壳包括一端为开口的盒体和用于封堵所述盒体开口端的盖板，所述盒体上设有供光纤接入的光纤接口。
6.如权利要求5所述的光接收集成装置，其特征在于，所述盒体的底部上设置有多个贯穿该底部的管脚，所述管脚与所述信号处理电路板连接。
7.如权利要求6所述的光接收集成装置，其特征在于，所述管脚按照标准的DIP封装形式布置在所述盒体的底部上，所述盒体的底部设置有支撑垫，所述支撑垫上设有供所述管脚穿过的通孔。
8.如权利要求5所述的光接收集成装置，其特征在于，所述盒体的底部内壁上设置有两个分别位于所述盒体相对两端处的卡接凸台，所述卡接凸台与所述信号处理电路板上设置的卡口相适配，所述光电变换模块设置在其中一个所述卡接凸台上。
9.如权利要求5所述的光接收集成装置，其特征在于，所述封装外壳为密封结构，其内充有氮气。
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