CN208754251U - 一种光纤信号自适应放大电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种光纤信号自适应放大电路，所述电路为一个闭环、自适应电压放大电路，包括：依次电连接的光电转换模块、电流/电压转换模块、一级放大模块、二级放大模块、共集电极放大模块、ADC采样模块、微控制单元模块、以及数字模拟转换模块，其中，二级放大模块还并联连接有稳压模块，数字模拟转换模块还分别连接一级放大模块和二级放大模块。本实用新型克服了现有固定的放大倍数的不足，采用两级放大模式，从而摆脱放大倍数的限制，保证在合理范围内可调整增益并可自适应。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种光纤信号自适应放大电路。
背景技术
当前，随着科学技术的飞速发展，光纤通信技术也迅速地发展，光纤信号放大的应用变得普遍起来，其功能越来越强大，渐渐地被更多人使用。随之而来一个值得深入研究的问题是怎样可以达到大动态范围。目前光纤信号放大电路可将采集的光纤信号中小信号光放大，这同样也可用于光功率的放大。
上述放大设备存在的问题是：在放大倍数控制上具有局限性，不能根据所需要的具体情况调整放大倍数。
为了克服现有技术和产品的不足，本实用新型设计了一种光纤信号自适应放大电路，其通过对光纤信号在两级放大器上有效放大并控制在所需范围内，保证正常的工作及硬件电路的安全。
实用新型内容
本实用新型提供了一种光纤信号自适应放大电路，本实用新型克服了现有固定的放大倍数的不足，采用两级放大模式，从而摆脱放大倍数的限制，保证在合理范围内可调整增益并可自适应，详见下文描述：
一种光纤信号自适应放大电路，所述电路为一个闭环、自适应电压放大电路，包括：
依次电连接的光电转换模块、电流/电压转换模块、一级放大模块、二级放大模块、共集电极放大模块、ADC采样模块、微控制单元模块、以及数字模拟转换模块，
其中，二级放大模块还并联连接有稳压模块，数字模拟转换模块还分别连接一级放大模块和二级放大模块。
依次电连接的光电转换模块、电流/电压转换模块、一级放大模块、二级放大模块、共集电极放大模块、ADC采样模块、微控制单元模块、以及数字模拟转换模块，
其中，二级放大模块还并联连接有稳压模块，数字模拟转换模块还分别连接一级放大模块和二级放大模块；
光电转换模块和电流/电压转换模块将所接收的光信号转换为电信号，并进一步转换为电压；一级放大模块和二级放大模块将得到的电压信号逐级放大；稳压模块与共集电极放大模块将二级放大后的电压信号稳定在合适范围内；
ADC采样模块和微控制单元模块将对所得信号进行采样和处理，并将信息传送至数字模拟转化模块；
数字模拟转换模块将根据微控制单元模块分析的结果，调整一级放大模块和二级放大模块的放大倍数。
进一步地，所述光电转换模块包括：光电转换器，
所述光电转换器用于感应光学信号，将之转换为电信号，并经过信号放大、滤波处理，达到电信号输出的目的。
其中，所述一级放大模块、二级放大模块均采用AD603芯片，用于实现信号的二级放大。
进一步地，所述AD603芯片的GPOS引脚用于调节放大增益，通过连接D/A转换电路输出信号，将其作为GPOS引脚的增益放大倍数输入，当改变输入信号的大小，从而实现放大倍数可以调整的放大电路。
具体实现时，所述共集电极放大模块的输入信号是由三极管的基极与发射极两端输入，输出信号由三极管的发射极两端获得。
进一步地，所述ADC采样模块采用ADS8411作为主控芯片；所述微控制单元模块采用ARM11处理芯片；所述数字模拟转换模块采用DAC8541芯片。
本实用新型提供的技术方案的有益效果是：
1、自适应控制方式灵活，本实用新型采用数字模拟转换器，根据需要对反馈信号进行实时调整控制，控制方式方便灵活；
2、放大倍数高，本实用新型采用两级放大模式，对放大倍数将有明显的提高，并设置相应的稳压电路，在此过程中保证电路稳定正常地工作；
3、搭建方便，本实用新型为一闭环电路，能简单完成相关操作而完成本电路，同时所采用的相应主控芯片为常用芯片，功能齐全。
综上所述，本实用新型自适应控制方式灵活、放大倍数高、搭建方便，有效完成自适应放大功能。
附图说明
图1为一种光纤信号自适应放大电路的结构示意图；
图2为光纤信号自适应放大电路的设计图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
一种光纤信号自适应放大装置，该电路整体为一个大型闭环、自适应电压放大电路。电路包括：光电转换模块1、电流/电压转换模块2、一级放大模块3、二级放大模块4、共集电极放大模块5(射极跟随器)、ADC采样模块6、微控制单元模块7、数字模拟转换模块8、以及稳压模块9。
光电转换模块1的主要元器件是光电转换器，它的主要功能是感应光学信号，将之转换为电信号进行传输，经过放大电路的信号放大、滤波等处理，达到电信号输出的目的。光电转换电路会影响整个电路的稳定性、灵敏度和动态响应等，而且会决定整个***性能设计的成败。光电转换模块1中，光电转换器件主要是利用光电效应将光信号转换成电信号，它是构成光电传感器的主要部件。
电流/电压转换模块2中，当输入信号较大时，经过负阻放大器输出的电压信号可能超过输出范围，从而造成信息丢失，因此大信号放大倍数比小信号的放大倍数小，同时满足输入信号的范围较大，而输出信号的范围小。根据实际光电转换中光信号的输入，得出一定范围的输入光功率后计算相应的交流电流值的大小。由于输入信号较小，且光纤传输中存在信号衰减，所以光电转换电路中需设置放大电路，该模块的功能是实现电流/电压转换及自适应放大，即输入的交流电流转换为交流电压信号。
一级放大模块3和二级放大模块4中，因为AD8033芯片放大倍数的限制，导致放大后仍不能满足光纤信道的传输要求，故采用AD603芯片实现信号的二级放大。该芯片的GPOS引脚可以调节放大器的放大增益，通过连接D/A转换电路输出信号，作为GPOS引脚的增益放大倍数输入，当改变输入信号的大小，从而实现放大倍数可以调整的放大电路。可变增益随时间降低，在放大器电路的操作的初始时间段提供偏移消除。
共集电极放大模块5，即输入信号是由三极管的基极与发射极两端输入的，再在交流通路里看，输出信号由三极管的发射极两端获得。因为对交流信号而言，(即交流通路里)集电极是共同端，所以称为共集电极放大电路。此处无电压放大作用，电压增益小于1且接近于1，因此共集电极电路又有“电压跟随器”之称。
ADC采样模块6采用ADS8411作为主控芯片，其是一个16位，频率2MHz的A/D 转换器。该设备包括一个16位电容的A/D转换器，具有固有的采样和保持。ADS8411提供了一个完整的16位接口和一个8位选项，使用两个8位读周期来读取数据。此处接收被采样电压范围在0-4.096V，若高于4.096V即视为4.096V，采样后送至微处理单元模块。
微控制单元模块7，采用ARM11处理芯片，ARM11处理器采用了易于综合的流水线结构，并和常用的综合工具以及ARM compiler良好结合，确保了客户可以成功并迅速地达到时序收敛。目前已有的ARM11处理器在不包含Cache的情况下面积小于2.7mm2，对于当前复杂的设计来说，如此小的芯片尺寸对芯片成本的降低是极其重要的。ARM11处理器在很多方面为软件开发者带来便利。一方面，它包含了更多的多媒体处理指令来加速视频和音频处理；另一方面，它的新型存储器***进一步提高了操作***的性能；此外，还提供了新指令来提升实时性能和加速中断响应。
数字模拟转换模块8，核心芯片DAC8541是一款16位的单通道，低功耗，输入为并行的模数转换器，其具有轨到轨的电压输出和片内输出缓冲，也可以实现异步DAC、更新数据和复位功能。该芯片使用时需要一个电压用作参照，其数字电源电压的范围为1.8V～5.5V，模拟电源电压的范围为2.7V～5.5V，设计中设置的参考电压为3.3V的外部电压。设计电路时要注意满足VREFH>VREFL，共模下的输入阻抗为4MΩ；当在测试条件为频率f＝1MHz时，输出阻抗为0.3Ω。
稳压模块9，是为保证低于或高于稳定电压时，电路仍能正常工作且不被损坏。
实施例2
在光电转换模块1中，光电转换器件主要是利用光电效应将光信号转换成电信号，它是构成光电传感器的主要部件。光电转换***主要由以下几部分组成：
(1)电流/电压转换电路：将输入的交流电流转换成交流电压输出，通过合理设置反馈电阻，实现放大器的自适应放大；
(2)电压二级放大电路：将微弱的电压信号进一步放大，选择增益可调整的放大器，同时也实现放大增益可调整；
(3)基准电压参照电路：根据设置的参考电压，限制放大信号输出的电压范围；
(4)D/A转换电路：将输入的数字信号转换成模拟信号输出，该电路实现的功能是输出的信号作为二级电路放大器的放大倍数；
(5)A/D转换电路：将输入的模拟信号转换成数字信号输出，对经过处理的有效信号参照一定电压采样、量化输出，显示结果；
(6)滤波电路：去除电路中存在的噪声；
(7)跟随器：减少二级放大和A/D电路间直接连接带来的影响，起缓冲作用。
相对于其他波长，以中心波长λ为1310nm或1550nm的光在光纤中传输时具有较小的衰减损耗。这一特性可以减少信号在长距离传输中的损耗，从而更好地利用信号。
AD8033芯片放大倍数的限制导致放大后仍不能满足光纤信道的传输要求，故采用AD603芯片实现信号的二级放大。该芯片的GPOS引脚可以调节放大器的放大增益，通过连接D/A转换电路输出信号，作为GPOS引脚的增益放大倍数输入，当改变输入信号的大小，从而实现放大倍数可以调整的放大电路。可变增益随时间降低，在放大器电路的操作的初始时间段提供偏移消除。
综上所述，为了克服现有技术和产品的不足，本实用新型设计了一种光纤信号自适应放大电路，通过对光纤信号在两级放大器上有效放大并控制在所需范围内，保证正常的工作及硬件电路的安全。
本实用新型实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种光纤信号自适应放大电路，其特征在于，所述电路为一个闭环、自适应电压放大电路，包括：
依次电连接的光电转换模块、电流/电压转换模块、一级放大模块、二级放大模块、共集电极放大模块、ADC采样模块、微控制单元模块、以及数字模拟转换模块，
其中，二级放大模块还并联连接有稳压模块，数字模拟转换模块还分别连接一级放大模块和二级放大模块；
光电转换模块和电流/电压转换模块将所接收的光信号转换为电信号，并进一步转换为电压；一级放大模块和二级放大模块将得到的电压信号逐级放大；稳压模块与共集电极放大模块将二级放大后的电压信号稳定在合适范围内；
ADC采样模块和微控制单元模块将对所得信号进行采样和处理，并将信息传送至数字模拟转化模块；
数字模拟转换模块将根据微控制单元模块分析的结果，调整一级放大模块和二级放大模块的放大倍数。
2.根据权利要求1所述的一种光纤信号自适应放大电路，其特征在于，所述光电转换模块包括：光电转换器，
所述光电转换器用于感应光学信号，将之转换为电信号，并经过信号放大、滤波处理，达到电信号输出的目的。
3.根据权利要求1所述的一种光纤信号自适应放大电路，其特征在于，所述一级放大模块、二级放大模块均采用AD603芯片，用于实现信号的二级放大。
4.根据权利要求3所述的一种光纤信号自适应放大电路，其特征在于，
所述AD603芯片的GPOS引脚用于调节放大增益，通过连接D/A转换电路输出信号，将其作为GPOS引脚的增益放大倍数输入，当改变输入信号的大小，从而实现放大倍数可以调整的放大电路。
5.根据权利要求1所述的一种光纤信号自适应放大电路，其特征在于，
所述共集电极放大模块的输入信号是由三极管的基极与发射极两端输入，输出信号由三极管的发射极两端获得。
6.根据权利要求1所述的一种光纤信号自适应放大电路，其特征在于，所述ADC采样模块采用ADS8411作为主控芯片。
7.根据权利要求1所述的一种光纤信号自适应放大电路，其特征在于，所述微控制单元模块采用ARM11处理芯片。
8.根据权利要求1所述的一种光纤信号自适应放大电路，其特征在于，所述数字模拟转换模块采用DAC8541芯片。
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| CN111583589A (zh) * | 2020-03-25 | 2020-08-25 | 国网辽宁省电力有限公司大连供电公司 | 电力管廊预警防护大型机械渐进式作业探测*** |
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