【正文】 嚴(yán)格的均衡是很困難的，因放大器的輸入導(dǎo)納主要取決于總的輸入電容且又隨晶體管的不同及雜散電容大小而變化。(1)高阻抗放大器的均衡：要解決高阻抗放大器帶寬窄、信號脈沖失真嚴(yán)重引起的碼間干擾，必須用很強(qiáng)的均衡?？梢圆捎镁馄鲗Ω哳l提升的辦法來增加帶寬，在接收靈敏度達(dá)到要求的前提下， 可以用降低Ri的辦法來增加帶寬， 這種前端叫作低電阻前端。這種電路的帶寬可表示為 （83）輸入電路的總電阻Ri由放大器的輸入電阻Rb和光電二極管的直流負(fù)載電阻RL并聯(lián)而成。 圖中Ci為總的輸入電容，其中包括光電二極管的結(jié)電容和前置放大器的晶體管引起的電容。圖822 光電二極管等效電路。光電二極管接收由光纖耦合來的光信號。在光接收機(jī)中，線性通道主要完成對信號的線性放大，以滿足判決電平的要求。光接收機(jī)靈敏度主要取決于光電檢測器的響應(yīng)度以及檢測器和放大器的噪聲。 衡量接收機(jī)性能的主要指標(biāo)是接收靈敏度。均衡器的輸出信號通常分為兩路，一路經(jīng)峰值檢波電路變換成與輸入信號的峰值成比例的直流信號，送入自動增益控制電路，用以控制主放大器的增益；另一路送入判決再生電路，將均衡器輸出的升余弦信號恢復(fù)為0或1的數(shù)字信號。前置放大器的輸出信號電乎一般為mV量級，而主放大器的輸出信號一般為1V～3V(峰／峰值)。為此，前置放大器必須是低噪聲、寬頻帶放大器。另外，后面的主放大器在放大前置放大器的輸出信號時(shí)，也會將前置放大器產(chǎn)生的噪聲一起放大。經(jīng)光電檢測器檢測而得的微弱信號電流，流經(jīng)負(fù)載電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號后，由前置放大器加以放大。對光檢測器的基本要求是高的轉(zhuǎn)換效率、低的附加噪聲和快速的響應(yīng)。因此使用PIN管的接收機(jī)的靈敏度不如APD管；AFD管具有10～200倍的內(nèi)部電流增益，可提高光接收機(jī)的靈敏度。目前在光纖通信系統(tǒng)中廣泛使用的光電檢測器是PIN光電二極管和雪崩光電二極管APD。但因它們在高電平下工作，并不影響對光接收機(jī)基本性能的分析。它們均由反向偏壓下的光電檢測器、低噪聲前置放大器及其他信號處理電路組成，是一種直接檢測(DD)方式。本章重點(diǎn)討論接收機(jī)前端的噪聲特性、模擬及數(shù)字接收機(jī)的性能，如信噪比或誤碼率、接收機(jī)靈敏度等。圖820 壽命告警電路原理圖第二節(jié) 光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)輸出的光信號，在光纖中轉(zhuǎn)輸時(shí)，不僅幅度會受到衰減，而且脈沖的波形也會被展寬。如果IB＞，則激光器壽命終止，這時(shí)Vl＞V2， A1輸出低電平，壽命告警燈發(fā)黃色告警顯示。由于Vl≈IBRl，所以調(diào)整電位器W使V2＝。圖820所示為壽命告警電路原理圖。由于IB≈Ith， 所以壽命告警電路通常采用監(jiān)測偏流IB的值來判斷激光器壽命是否終止。③壽命告警電路隨著使用時(shí)間的增長，LD閾值電流也將逐漸增大。當(dāng)LD不發(fā)光時(shí)，PIN管檢測不到光信號，因而Vf＜VD， A2輸出低電平， 使無光告警燈發(fā)出紅色告警顯示。當(dāng)LD發(fā)光正常時(shí)，PIN管檢測到的光電流經(jīng)A1放大后送入A2的同相端。圖819 無光告警原理圖。②無光告警電路 當(dāng)光發(fā)送機(jī)電路出現(xiàn)故障，或輸入信號中斷、或激光器損壞時(shí)，都可能使LD長時(shí)間不發(fā)光。正常情況下，電阻Rl上的電壓小于T4的導(dǎo)通降壓，因而T4截止，保護(hù)電路不工作。保護(hù)電路由晶體管T電阻Rl組成。①光源的過流保護(hù)電路 為了使光源不致因通過大電流而損壞，一般需對光源進(jìn)行過流保護(hù)。因此在光發(fā)送電路中必須設(shè)有保持電路，以防止意外的損壞。在環(huán)境溫度為十5℃～十50℃范圍內(nèi)，LD輸出光功率的不穩(wěn)定度小于5％。實(shí)際上激光器在連續(xù)工作時(shí)，管芯溫度會持續(xù)上升，從而使得熱敏電阻Rt總保持在Rt≠R3即電橋總不平衡，于是Ic維持一定值，即控制電路始終為致冷器提供恒定的工作電流Ic。圖817 溫度控制電路。它與Rl，R2，R3組成橋式電路，其輸出電壓加到差分放大器的同相和反相輸入端， 在某溫度下，電橋達(dá)到平衡。由于熱電偶堆是由多個(gè)熱電偶串聯(lián)起來的， 熱電偶的個(gè)數(shù)越多，制冷量越大，在實(shí)際使用過程中，可根據(jù)所需的溫差，選擇不同的熱電偶堆。將熱電偶與直流電源相連，如圖(a)所示，直流電流通過熱電偶將產(chǎn)生珀?duì)柼?yīng)，在它的一端吸收熱量，與之相連的物體將被冷卻；另一端排放熱量，將散熱器與之接觸，該熱電偶起到制冷器的作用。當(dāng)未接外電路時(shí)，跨越它兩端形成的溫度差使它的兩端產(chǎn)生一與溫度差成比例的電位差。圖中(a)為單個(gè)熱電偶的結(jié)構(gòu)簡圖，(b)為熱電偶組件，它是由多個(gè)熱電偶按電學(xué)上串聯(lián)、熱學(xué)上并聯(lián)的方式組成的。不論內(nèi)制冷還是外制冷半導(dǎo)體制冷器都是非常重要的。外制冷方式是將外加半導(dǎo)體制冷器與山組件的密封盒緊密接觸，通過控制電路給外加制冷器加直流， 達(dá)到控制LD周圍環(huán)境溫度的目的。目前實(shí)際商用的半導(dǎo)體激光器總是和其他一些部件封裝在一起，形成一個(gè)完整的LD組件，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖815所示，它將LD芯片、半導(dǎo)體制冷器和具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻等封裝在一個(gè)體積很小的密封盒內(nèi)，控制電路放在盒外，這屬于內(nèi)制冷方式。微型半導(dǎo)體制冷器的溫差可以達(dá)到30℃～40℃。它是利用半導(dǎo)體材料的珀?duì)柼?yīng)制成的。圖814 LD的溫度控制電路。因此，為保證激光器長期穩(wěn)定工作，必須采用自動溫度控制電路(ATC)使激光器的工作溫度始終保持在20度左右。6．自動溫度控制電路(ATC)溫度變化引起LD輸出光功率的變化，雖然可以通過APC電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，使輸出光功率恢復(fù)正常值。 圖中R3Cl構(gòu)成LD的慢啟動網(wǎng)絡(luò)， 當(dāng)剛開啟電源或有突發(fā)的電沖擊時(shí)，由于電路的時(shí)間常數(shù)很大(～l ms)，IB只能慢慢增大。 調(diào)節(jié)R2使再生信號與PIN輸出取得平衡，使IB保持恒定。 LD組件中PIN管接收LD的背面輸出光，它受到與正面輸出光同樣的溫度及老化影響，從而可用來反饋控制LD輸出光功率。圖813 LD的偏置反饋APC電路圖813的電路是通過控制LD偏置電流大小來保持輸出光脈沖幅度的恒定。反之，若光功率大于某一額定值，則使驅(qū)動電流減小，以保證激光器輸出功率基本上恒定不變。 但最簡單的辦法是通過直接檢測光功率控制偏置電流，用這種辦法即可收到良好的效果。為了保證激光器有穩(wěn)定的輸出光功率，需要有各種輔助電路，例如功率控制電路、溫控電路、限流保護(hù)電路和各種告警電路等。選擇適當(dāng)?shù)妮斎腚妷?，使晶體管不驅(qū)動到飽和狀態(tài)， 就能起到快速開關(guān)作用，同時(shí)恒流源可使開關(guān)噪聲很小。電流開關(guān)的轉(zhuǎn)換過程由輸入數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成ECL電平來控制，ECL電平l碼時(shí)，0 碼時(shí)，輸出為 ，經(jīng)過BGl和D1電平移動后加到BG2基極，而BG3基極電平固定在 ，它由溫度補(bǔ)償?shù)膮⒖茧娖絍bb經(jīng)BG4和D2電平移動得到。當(dāng)BG2基極電位高于BG3基極電位時(shí)，BG2導(dǎo)通，恒流源的驅(qū)動電流Im全部流過BG2， 故流過LD的電流為零。圖811 單管集電極驅(qū)動電路原理圖DT工作在開關(guān)狀態(tài)，圖812為射極耦合光發(fā)送驅(qū)動電路。半導(dǎo)體三極管的輸出特性在放大區(qū)表現(xiàn)為恒流源，可以用集電極電流驅(qū)動光源。4．激光器的直接調(diào)制電路激光器的直接調(diào)制電路有許多種，但概括起來有兩類： 一類是單管集電極驅(qū)動電路，另一類是射極耦合開關(guān)電路。 調(diào)制電流幅度的選擇，應(yīng)根據(jù)激光器的特性曲線，既要有足夠的輸出光脈沖功率，又要 考慮到光源的負(fù)擔(dān)。 因此，偏置電流的選擇，要兼顧電光延遲、張弛振蕩、碼型效應(yīng)、激光器的消光比以及散粒噪聲等各方面情況，根據(jù)器件特別是激光器的具體性能和系統(tǒng)的具體要求，適當(dāng)?shù)倪x擇偏置電流的大小。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)偏流逼近閾值，并適當(dāng)選擇調(diào)制電流幅度，對減小結(jié)發(fā)熱效應(yīng)是有利的。在電流脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)，結(jié)溫將隨時(shí)間t的增加而增加，而輸出光功率卻隨時(shí)間增加而減小；當(dāng)電流脈沖過后，情況正好相反，結(jié)溫隨t減小，輸出的光功率卻隨t增加，最后達(dá)到偏置電流的穩(wěn)定值。穩(wěn)態(tài)時(shí)，體現(xiàn)在其輸出特性隨溫度的變化，瞬態(tài)時(shí)，調(diào)制電流Im的出現(xiàn)也會使結(jié)溫在閾值時(shí)發(fā)生一定波動。驅(qū)動脈沖電流的峰峰值Im一般取Im十IB＝(～)Ith，以避免結(jié)發(fā)熱和碼型效應(yīng)。所謂消光比，是指激光器在全l碼時(shí)發(fā)送的光功率(P1)與全0碼時(shí)發(fā)射的光功率(Po)之比，用dB表示為：(82)光源的消光比將直接影響接收機(jī)的靈敏度，為了不使接收機(jī)的靈敏度明顯下降，消光比一般應(yīng)大于10dB，如果激光器的偏置電流IB過大，勢必會使消光比惡化，降低接收機(jī)的靈敏度。(2)當(dāng)激光器偏置在閾值附近時(shí)， 較小的調(diào)制脈沖電流即能得到足夠功率的輸出光脈沖，從而可以大大減小碼型效應(yīng)。圖810為LD無偏置和有偏置時(shí)脈沖瞬態(tài)波形和光譜。圖89 LD數(shù)字調(diào)制原理圖3．偏置電流和調(diào)制電流的選擇采用直接調(diào)制方式時(shí)，偏置電流的選擇直接影響激光器的高速調(diào)制性質(zhì)。1．LD的模擬調(diào)制原理圖88為對LD進(jìn)行模擬調(diào)制的原理圖。圖87為TTL開關(guān)式驅(qū)動電路實(shí)例。圖(d)為高速LED驅(qū)動電路，當(dāng)LED為面發(fā)光管時(shí)，可傳輸2Gb／s以上的數(shù)字信號。這種電路類似線性差分放大器，實(shí)際作開關(guān)用。 晶體管Tl和T2是發(fā)射極耦合式開關(guān)，T3為恒流源。RlCl并聯(lián)串接于發(fā)射極電路，組成發(fā)射極跟隨電路，提供電壓階躍，以補(bǔ)償驅(qū)動電流開始時(shí)， 對發(fā)光管電容充電所