无需复位的突发信号检测电路
阅读说明：本技术 无需复位的突发信号检测电路 (Burst signal detection circuit without reset ) 是由 陈莹梅 肖嘉锴 于 2021-05-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种无需复位的突发信号检测电路,取突发信号高频成分加载于其共模电平后,经一个三输入的跨导放大器对负载电容充电来实现突发检测功能。通过取信号高频成分加载于其共模电平的方式,可消除信号的直流失调；对于三输入跨导放大器,在存在突发交流信号的情况下,跨导放大器输出电流向负载电容充电,从而抬高输出节点电压,产生突发检测信号。该突发检测电路,具有不需要复位信号、结构简单、工作速率高和功耗低的特点；减少元器件数量,占用芯片面积更小,提高电路集成度并降低成本,简易地实现突发信号的检测。(The invention discloses a burst signal detection circuit without resetting, which is characterized in that after a high-frequency component of a burst signal is loaded on a common mode level of the burst signal, a load capacitor is charged through a three-input transconductance amplifier to realize a burst detection function. The direct current offset of the signal can be eliminated by taking the high-frequency component of the signal to load the common-mode level of the signal; for a three-input transconductance amplifier, under the condition that a burst alternating current signal exists, the output current of the transconductance amplifier charges a load capacitor, so that the voltage of an output node is raised, and a burst detection signal is generated. The burst detection circuit has the characteristics of no need of reset signals, simple structure, high working speed and low power consumption; the number of components is reduced, the occupied chip area is smaller, the circuit integration level is improved, the cost is reduced, and the detection of burst signals is simply realized.)
技术领域
本发明涉及光纤通信光接入网等系统中光接收机部分电路，具体涉及一种无需复位的突发信号检测电路。
背景技术
光纤网络正迅速成为支撑整个信息网络的基础架构，在向任何端点(家庭，企业和小区站点)提供任何服务方面都起着关键的作用。以太网无源光网络EPON和千兆无源光网络GPON等系统已成熟，并且开始大规模地建设。在PON系统中光接收机需要提供突发信号检测的功能，在突发信号到来时，产生一个输出信号。传统的突发信号检测电路往往需要额外提供一个复位信号，在复位信号的协助下，产生一个突发检测信号给后级电路。因此需要单独设计复位电路，具有结构复杂、面积大和工作速率低的缺陷，难以适应10GPON及更高速率的25GPON系统。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种无需复位的突发信号检测电路，实现突发信号的检测功能，电路具有结构简单、稳定可靠，提高工作速率和高集成度的优点。
技术方案：一种无需复位的突发信号检测电路，具体包括：
电容C2、电阻R5、电阻R3和电阻R0的第一端相并接至输入电压Vin1n，
电容C2和电阻R5的第二端相并接后分别与电阻R7的第一端、电阻R6的第一端、晶体管Q1的基极相连，电阻R7的第二端接地，
电阻R2的第一端接地，电阻R2和电阻R3的第二端相并接后分别与电阻R4的第一端、电容C1的第一端、晶体管Q2的基极相连，
电阻R0的第二端分别与电阻R1的第一端、电容C3的第一端、晶体管Q3的基极相连，电容C3的第二端接地，
电阻R6、电阻R4、电容C1和电阻R1的第二端相并接至输入电压Vin1p，
晶体管Q1和晶体管Q2的集电极相连后与MOS管M1的漏极、MOS管M1的栅极、MOS管M2的栅极相连，
MOS管M1的源极和MOS管M2的源极相并接至电源VDD，
MOS管M2的漏极分别与晶体管Q3的集电极、电流源I1的第一端和电容C4的第一端相连，电流源I1和电容C4的第二端相连后接地，
晶体管Q1、晶体管Q2和晶体管Q3的发射极相连后与MOS管M0的漏极相连，MOS管M0的栅极接直流偏置电压Vb，MOS管M0的源极接地。
进一步地，电阻R0、电阻R1和电容C3提供检测直流功能，经滤波提取差分信号的共模电平。
进一步地，电阻R2和电容C1组成高通滤波器，用于提取输入电压Vin1p的高频信号。同时由于高通滤波器的存在，低频噪声被滤除，直流不稳定性也被消除。
进一步地，该电路采用三输入跨导放大器，在突发信号到来时，放大器提供高于电流源I1的输出电流，对电容C4充电用于输出突发检测信号。
进一步地，电阻R2和电容C1，电阻R7和电容C2提取出高频信号加在共模电平上，两个叠加后的信号均为相同的共模电平加载高频信号，用于消除原有信号的直流失调。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著的优点：
(1)采用三输入跨导放大器结构，实现突发信号到来时交流信号对电容充电的方式检测突发信号，无需额外输入复位信号；
(2)提取出高频信号加在共模电平上，消除原有信号的直流失调，防止直流不稳定导致的误触发；
(3)电路结构简单，占用面积小，便于集成在光接收模块ROSA内。
附图说明
图1为本发明的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
如图1所示，本发明提取信号高频成分，再加载于其共模电平上，经一个三输入的跨导放大器对电容充电，来实现突发检测功能。电路包括：三只NPN双极型晶体管Q1～Q3，三只MOS管M0～M2，八只电阻R0～R7，四只电容C1～C4，一个电流源I1；晶体管Q1的基极一方面通过电阻R5和电容C2并联接输入电压Vin1n，另一方面分别通过电阻R7接地和通过R6接输入电压Vin1p，集电极一方面接晶体管Q2的集电极，另一方面接MOS管M1的漏极以及MOS管M1、M2的栅极，发射极一方面接晶体管Q2、Q3的发射极，另一方面接MOS管M0的漏极；晶体管Q2的基极一方面通过电阻R4和电容C1并联接输入电压Vin1p，另一方面分别通过电阻R2接地和通过R3接输入电压Vin1n，集电极一方面接晶体管Q1的集电极，另一方面接MOS管M1的漏极以及MOS管M1、M2的栅极，发射极一方面接晶体管Q1、Q3的发射极，另一方面接MOS管M0的漏极；晶体管Q3的基极一方面通过电阻C3接地，另一方面分别通过电阻R0接输入电压Vin1n和通过电阻R1接输入电压Vin1p，集电极一方面接MOS管M2的漏极，另一方面接电容C4的第一端和电流源I1的第一端，发射极一方面接晶体管Q1、Q2的发射极，另一方面接MOS管M0的漏极；MOS管M0的栅极接直流偏置电压Vb，漏极接晶体管Q1、Q2、Q3的发射极，源极接地；MOS管M1的栅极与漏极短接，一方面接晶体管Q1、Q2的集电极，另一方面接MOS管M2的栅极，源极接VDD；MOS管M2的栅极接MOS管M1的漏极和栅极，漏极一方面接晶体管Q3的集电极，另一方面接电容C4的第一端和电流源I1的第一端，源极接VDD。
具体地，各元器件的详细连接方式如下：
晶体管Q1的基极一方面通过电阻R5和电容C2并联接输入电压Vin1n，另一方面分别通过电阻R7接地和通过R6接输入电压Vin1p，集电极一方面接晶体管Q2的集电极，另一方面接MOS管M1的漏极以及MOS管M1、M2的栅极，发射极一方面接晶体管Q2、Q3的发射极，另一方面接MOS管M0的漏极；
晶体管Q2的基极一方面通过电阻R4和电容C1并联接输入电压Vin1p，另一方面分别通过电阻R2接地和通过R3接输入电压Vin1n，集电极一方面接晶体管Q1的集电极，另一方面接MOS管M1的漏极以及MOS管M1、M2的栅极，发射极一方面接晶体管Q1、Q3的发射极，另一方面接MOS管M0的漏极；
晶体管Q3的基极一方面通过电容C3接地，另一方面分别通过电阻R0接输入电压Vin1n和通过电阻R1接输入电压Vin1p，集电极一方面接MOS管M2的漏极，另一方面接电容C4的第一端和电流源I1的第一端，发射极一方面接晶体管Q1、Q2的发射极，另一方面接MOS管M0的漏极；
MOS管M0的栅极接直流偏置电压Vb，漏极接晶体管Q1、Q2、Q3的发射极，源极接地；
MOS管M1的栅极与漏极短接，一方面接晶体管Q1、Q2的集电极，另一方面接MOS管M2的栅极，源极接VDD；
MOS管M2的栅极接MOS管M1的漏极和栅极，漏极一方面接晶体管Q3的集电极，另一方面接电容C4的第一端和电流源I1的第一端，源极接VDD；
电阻R0的第一端接输入电压Vin1n，第二端一方面接电阻R1和电容C3的第一端，另一方面接晶体管Q3的基极；
电阻R1的第一端接电阻R0的第二端、电容C3的第一端、晶体管Q3的基极，第二端接输入电压Vin1p；
电阻R2的第一端接地，第二端一方面接电容C1和电阻R4的第一端，另一方面接电阻R3的第二端和晶体管Q2的基极；
电阻R3的第一端接输入电压Vin1n，第二端一方面接电容C1和电阻R4的第一端，另一方面接电阻R2的第二端和晶体管Q2的基极；
电阻R3的第一端接输入电压Vin1n，第二端一方面接电容C1和电阻R4的第一端，另一方面接电阻R2的第二端和晶体管Q2的基极；
电阻R4的第一端一方面接电阻R2和电阻R3的第二端，另一方面接电容C1的第一端和晶体管Q2的基极，第二端接输入电压Vin1p；
电阻R5的第一端接输入电压Vin1n，第二端一方面接电阻R6和电阻R7的第一端，另一方面接电容C2的第二端和晶体管Q1的基极；
电阻R6的第一端一方面接电容C2和电阻R5的第二端，另一方面接电阻R7的第一端和晶体管Q1的基极，第二端接输入电压Vin1p；
电阻R7的第一端一方面接电容C2和电阻R5的第二端，另一方面接电阻R6的第一端和晶体管Q1的基极，第二端接地；
电容C1的第一端一方面接电阻R2和电阻R3的第二端，另一方面接电阻R4的第一端和晶体管Q2的基极，第二端接输入电压Vin1p；
电容C2的第一端接输入电压Vin1n，第二端一方面接电阻R6和电阻R7的第一端，另一方面接电阻R5的第二端和晶体管Q1的基极；
电容C3的第一端一方面接电阻R0的第二端和电阻R1的第一端，另一方面接晶体管Q3的基极，第二端接地；
电容C4的第一端一方面接MOS管M2的漏极和电流源I1的第一端，另一方面接晶体管Q3的集电极，第二端接地；
电流源I1的第一端一方面接MOS管M2的漏极和电容C4的第一端，另一方面接晶体管Q3的集电极，第二端接地。
该突发信号检测电路的工作原理是：
电阻R0、电阻R1和电容C3提供检测直流功能，经滤波提取差分信号的共模电平。电阻R2和电阻R4检测共模电平，电阻R2和电容C1组成高通滤波器提取Vin1p的高频信号，两者直接叠加得到Vin2p。电阻R5、电阻R6、电阻R7和电容C2组成的模块对Vin1n信号起相同的功能，得到Vin2n。两个叠加后的信号均为相同的共模电平加载高频信号，因此不再存在直流失调。同时由于高通滤波器的存在，低频噪声被滤除，直流不稳定性也被消除。
MOS管M0，M1和M2、晶体管Q1，Q2和Q3共同构成一个三输入的OTA，在无突发信号的情况下，Vin2n及Vin2p相等，晶体管Q1和晶体管Q2组成的支路电流和与晶体管Q3电流完全相同，OTA输出电流为零。此时电流源I1提供的小置位电流可将OUT点电位拉低。突发包到达后，由于NRZ信号的特性，Vin2n及Vin2p在每个比特内都存在电位差，依靠三极管的高跨导特性可使晶体管Q1及晶体管Q2支路电流和高于晶体管Q3，以提供高于电流源I1电流的输出电流，抬高OUT点电位，从而输出突发检测信号。Vin1n和Vin1p突发信号结束后，OTA输出电流降为零，OUT端重新置位归零。
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