【文章內(nèi)容簡介】 v 從圖 ， DG 和 DP 校正電路都是由電阻和二極管組成的，二極管偏置于不同的電壓 V1 , V2 和 V3 ， 不同的輸入信號電平使二極管 V1 , V2 , V3 產(chǎn)生不同的導(dǎo)通組合，從而接入由 R1, R2, R3 構(gòu)成的不同的電阻組合，使電路的增益和相移產(chǎn)生變化， 分別補償光源 ( LD/LED ) PI 特性的非線性和相移的非線性。 (a) 微分增益校正 (b) 微分相位校正 圖 視頻信號微分校正電路 模擬信號調(diào)制電路v 以圖 (a)中的 DG 校正為例，設(shè) V1＜ V2＜ V3，某一輸入狀態(tài)下 V2 , V3 導(dǎo)通， V1 截止，此時晶體管放大電路的射極等效電阻為v 本級放大電路的增益為 ()v 式中， 為晶體管的共射極電流放大倍數(shù)； 為晶體管的基極電阻。由式 ()可以看出，不同的 將引起不同的放大倍數(shù)。 模擬信號調(diào)制電路v (3) 移相調(diào)制法v 常用的非線性補償方法除了負反饋法、預(yù)失真法外，還有一種移相調(diào)制法， 移相調(diào)制法的原理圖如圖 。v 設(shè)圖 、下兩個光源完全相同，若圖 、下電路的輸入信號相位相差 90176。 ，上、下兩路信號的二次諧波相位相差 290176。=180176。 ，經(jīng) Y形無源光纖耦合器匯合后，兩者相互抵消，即消除了二次諧波失真。 模擬信號調(diào)制電路v 如果在校正電路中采用多個不同的相移網(wǎng)絡(luò)，即可以消除多個不同的諧波分量。例如，加 3個 60176。 相移，360176。=180176。 ，可以消除三次諧波；加 4個 45176。 相移，445176。=180176。 ，則可以消除四次諧波。 圖 移相調(diào)制法原理圖 數(shù)字信號光纖傳輸v 近幾年，隨著光纖帶寬資源不斷地被挖掘出來，各種超寬帶光纖傳輸技術(shù)為數(shù)字信號的光纖傳輸提供了良好的條件，數(shù)字光纖通信得到了越來越廣泛的應(yīng)用。v 本節(jié)結(jié)合具體應(yīng)用，分析了數(shù)字光發(fā)射機的基本電路和各種輔助電路，重點討論了光源驅(qū)動電路設(shè)計中應(yīng)注意的問題。 LED 數(shù)字驅(qū)動電路v 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中的 LED驅(qū)動電路是比較簡單的。v 因為 LED是利用其有源區(qū)中自發(fā)輻射的器件，只要給它加上電流，就會有光發(fā)出。同時， LED具 有較好的輸出功率隨工作電流呈線性變化的特點，如圖 ，它示出了 LED的輸出光功率與注入電流的關(guān)系和調(diào)制波形。 圖 LED 數(shù)字調(diào)制原理 LED 數(shù)字驅(qū)動電路v 可見，對于二值碼調(diào)制信號，其直流偏置可以選擇在零點，即輸入信號為零時，輸出功率就為零，因此在 LED 驅(qū)動電路中可以不需要直流偏置調(diào)整電路。vLED 的另一個基本特性是在其工作電流保持不變的情況下，其輸出光功率隨溫度的升高 而下降的幅度不大。這樣， LED 驅(qū)動電路比較容易滿足發(fā)送光功率穩(wěn)定度的要求。 LED 數(shù)字驅(qū)動電路v 對 LED 驅(qū)動電路的基本要求是能提供 LED 所需要的驅(qū)動電流及滿足其動態(tài)變化的幅度，充分發(fā)揮 LED 的調(diào)制速率的作用，保證其輸出光脈沖響應(yīng)速度。v 集成元件驅(qū)動電路是 LED 最簡單易行的驅(qū)動電路，如圖(a)所示， 它利用 TTL 集成元件構(gòu)成。這種電路的驅(qū)動能力不強。為此，電路中使用電阻 R 來限制 LED 的驅(qū)動電流不超過 60 mA，電路中的電容 C 為加速電容，以便得到相應(yīng)速率響應(yīng)的光脈沖信號波形。 LED 數(shù)字驅(qū)動電路v 圖 (b)為串聯(lián)型共發(fā)射極晶體管 LED 驅(qū)動電路。v 晶體管 VT 工作在乙類工作狀態(tài)，晶體管的集電極電流就是 LED的驅(qū)動電流。當有高脈沖到來時，晶體管飽和導(dǎo)通，LED發(fā)光；當?shù)碗娖降絹頃r，晶體管截止， LED 不發(fā)光。集電極電阻 R2 為限流電阻， R1 和 C 并聯(lián)組成加速電路，用以提高開關(guān)速度。 圖 LED 數(shù)字調(diào)制電路 LED 數(shù)字驅(qū)動電路v 除了以上兩種簡單的 LED 驅(qū)動電路外，目前在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中廣泛使用 LED 射極耦合電流開關(guān)驅(qū)動電路，其典型的電路結(jié)構(gòu)如圖 。 圖 LED 射極耦合電流開關(guān)驅(qū)動電路的典型結(jié)構(gòu) LED 數(shù)字驅(qū)動電路v 當輸入端 Vi 為 “1”（高電平）時， VT1導(dǎo)通， VT2截止，沒有電流流過 LED， LED 不發(fā)光； Vi 為 “0”（低電平）時，VT2 導(dǎo)通， VT1 截止，電流流過 LED而使其發(fā)光。v 相對于 LD 而言， LED 器件的成本低，壽命長，驅(qū)動電路比較簡單，這就使得 LED 在短距離、低速率數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。v 然而 LED 只能應(yīng)用在低速短距離和小容量的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中，遠距離、大容量的光纖通信系統(tǒng)中通常使用 LD 作為光源。 LD 數(shù)字驅(qū)動電路v 由于 LD一般用于高速率通信系統(tǒng)，而且 LD是閾值器件，溫度穩(wěn)定性也比較差，因此 LD驅(qū)動電路的設(shè)計較為復(fù)雜。v 高速通信系統(tǒng)對 LD驅(qū)動電路的一般要求如下： (1) 輸出光功率必須保待恒定，要求在環(huán)境溫度變化或 LD器件老化的過程中，其輸出光功率保持在設(shè)計指標要求的范圍內(nèi)。 (2) 光發(fā)射機發(fā)送的光脈沖的消光比應(yīng)盡可能大，以提高光接收機的靈敏度。 (3) 光脈沖的響應(yīng)時間及開通延遲時間必須遠小于碼元的時隙，以便使光脈沖準確重現(xiàn)數(shù)字信號的變化。 (4) 盡量小的張弛振蕩和頻率啁啾。 LD 數(shù)字驅(qū)動電路vLD 數(shù)字調(diào)制原理圖如圖 。 圖 LD 數(shù)字調(diào)制原理圖vLD 器件是利用在其有源區(qū)中受激發(fā)射的器件，只有在工作電流超過閾值電流的情況下才會輸出激光（相干光），因而是有閾值器件。圖 ， Ith為 LD的閾值電流。 LD 數(shù)字驅(qū)動電路v 圖 LD 的輸出情況。從圖 ，加上預(yù)偏置后，張弛振蕩大為減小，輸出光譜譜線變窄。 圖 不加偏置和加偏置兩種情況下 LD 的輸出情況 LD 數(shù)字驅(qū)動電路圖 單管 LD 數(shù)字驅(qū)動電路圖v 簡單的單管 LD 數(shù)字驅(qū)動電路如圖 。v 晶體管 VT 工作在開關(guān)狀態(tài)，調(diào)制信號加于基極時， VT 通過集電極提供 LD 的調(diào)制電流 Im， Ib為 LD 提供靜態(tài)偏置電流。v 這種簡單的驅(qū)動電路可以得到較大的驅(qū)動電流，并可提供上升時間為 100 ps的調(diào)制速率。 LD數(shù)字驅(qū)動電路v 但是由于晶體管開關(guān)速率的影響，限制了這種驅(qū)動電路的調(diào)制速度。另外，晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)，會造成電源負載不穩(wěn)定，從而對供電電源提出了較高的要求。v 在要求較高通信速率的應(yīng)用中，通常使用如圖 射極耦合 LD 驅(qū)動電路。由于射極耦合驅(qū)動電路的開關(guān)轉(zhuǎn)換時間短，響應(yīng)速度快，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整控制容易，因此在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。 LD 數(shù)字驅(qū)動電路 圖 射極耦合 LD 驅(qū)動電路v 圖 ， VT1 和 VT2 兩只晶體三極管組成電流開關(guān)。v 當 VT1 的基極電位高于 VT2 的基極電位時，電流源 Is 的全部電流流過 VT1 的集電極支路， LD不發(fā)光，相當于發(fā) “0”碼。v 當 VT2的基極電位高于 VT1 的基極電位時，則 VT2 導(dǎo)通，電流源 Is 的全部電流流過 VT2 的集電極支路，電流流經(jīng) LD ，發(fā)出一個光脈沖，即對應(yīng)于 “1”碼。 光發(fā)射機電路 光發(fā)射機組成v 光發(fā)射機由輸入接口、光源、驅(qū)動電路、自動偏置控制電路、溫度控制電路等組成。模擬光發(fā)射機的原理框圖如圖。 圖 模擬光發(fā)射機的原理框圖 光發(fā)射機組成v 數(shù)字光發(fā)射機原理框圖如圖 ，主要由均衡電路、碼型變換電路、編碼電路、光源驅(qū)動電路和發(fā)射光源組成。 圖 模擬光發(fā)射機的原理框圖 模擬脈沖調(diào)制光發(fā)射機v 光纖模擬調(diào)制根據(jù)調(diào)制信號的不同可以分為兩類： 一類是用模擬基帶信號直接對光源進行強度調(diào)制 ( DIM )；另一類是模擬信號的脈沖調(diào)制。v 光纖模擬信號脈沖調(diào)制方式包括 ：脈沖幅度調(diào) ( PAM )、脈沖相位調(diào)制 ( PPM )、脈沖寬度調(diào)制 ( PWM) 和脈沖頻率調(diào)制 ( PFM )。v 本節(jié)主要介紹目前應(yīng)用最多的 脈沖頻率調(diào)制 ( PFM )和 脈沖寬度調(diào)制 ( PWM ) 光發(fā)射機原理。 模擬脈沖調(diào)制光發(fā)射機v 1． PFM 光發(fā)射機v 脈沖頻率調(diào)制（ PFM） 可分為 ： 等寬 PFM 和 方波調(diào)頻SWFM 兩種。v 本節(jié)主要介紹等寬 PFM 的工作原理和電路構(gòu)成。v 考慮最簡單的情況，假設(shè)調(diào)制信號為單一頻率的模擬信號：v 用它來調(diào)制一個固定幅度的脈沖串，就能得到 PFM 信號，它的瞬時頻率與調(diào)制信號幅度成正比，而脈沖寬度不變。 模擬脈沖調(diào)制光發(fā)射機v 脈沖序列可以表示為 v () 其時域波形如圖 ，其中 為脈沖寬度， 為脈沖載波的重復(fù)周期， 為脈沖載波的角頻率， 為脈沖幅度。 圖 的時域波形圖 模擬脈沖調(diào)制光發(fā)射機v 經(jīng)過一系列數(shù)學(xué)變換得到 PFM已調(diào)波信號的表達式為 式()，再利用貝塞爾函數(shù)將式 ()展開并化簡，就可以得到 PFM 調(diào)制信號的表達式為v () 式中， 。由式 ()可以繪出等寬 PFM 信號的頻譜圖如圖 。 模擬脈沖調(diào)制光發(fā)射機v 從圖 ，調(diào)制后的頻譜中含有基帶分量，即式 ()中的，因此在接收端可以通過低通濾波器將基帶信號取出，實現(xiàn) PFM信號的解調(diào)接收。 圖 等寬 PFM信號的頻譜圖 模擬脈沖調(diào)制光發(fā)射機v PFM 調(diào)制電路如圖 ，這里采用廣泛使用的電容式 PFM 調(diào)制器。v 調(diào)制信號 V1 經(jīng)過由 VT1 , R1 , R2 組成的射極跟隨器后，進入 P溝道場效應(yīng)管 VT3 中變?yōu)殡娏飨螂娙萜? C2 充電，當充電電壓超過 VDD1 時，比較器 U2 狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，然后通過單穩(wěn)態(tài)電路形成等寬脈沖去控制開關(guān)管 VT2 導(dǎo)通，電容 C2 通過 VT2 放電。 模擬脈沖調(diào)制光發(fā)射機v 暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，等寬脈沖消失， VT2 截止，放電結(jié)束，場效應(yīng)管 VT3 的漏極電流隨即開始對 C2 充電，如此進入下一輪循環(huán)。 圖 PFM 調(diào)制電路 模擬脈沖調(diào)制光發(fā)射機v 等寬 PFM 調(diào)制電路輸入與輸出波形如圖 。 圖 等寬 PFM 調(diào)制電路輸入與輸出波形 模擬脈沖調(diào)制光發(fā)射機v 一個完整的光纖電視 PFM 傳輸系統(tǒng)框圖如圖 ，系統(tǒng)傳輸一路圖像信號和一路伴音信號。 圖 光纖電視 PFM 傳輸系統(tǒng)框圖 模擬脈沖調(diào)制光發(fā)射機v 由于 PFM 信號的解調(diào)噪聲有隨信號頻率增高而增加的特點，所以前端電視信號一般要經(jīng)過預(yù)加重電路之后再進行 PFM 調(diào)制，然后用 PFM 信號來直接調(diào)制光源。v 經(jīng)光纖