【正文】 ” 碼時(shí) ， UB 基極電位比 V1低 ， V1搶先導(dǎo)通 ， 驅(qū)動(dòng)LD發(fā)光 。 當(dāng)三極管截止頻率 fr≥ GHz時(shí) ， 這種電路的調(diào)制速率可達(dá)300 Mb/s。 圖 射極耦合 LD驅(qū)動(dòng)電路圖 V2V1 Ib電 流 源Io163。為保證輸出光功率的穩(wěn)定， 必須改進(jìn)電路設(shè)計(jì)。 inU 把 PD檢測器的輸出監(jiān)測電壓 UPD、 信號(hào)參考電壓 和直流參考電壓 UR施加到運(yùn)算放大器 A1的反相輸入端 ， 經(jīng)放大后 ， 控制V3基極電壓和偏置電流 Ib， 其控制過程如下： inUPLD →U PD →(U PD+ + UR) → UA1→ Ib →P LD inUV2V1電 流 源IoUinV3163。171。 圖 APC電路原理 V2V1信號(hào)參考Uin－＋A1－＋A2－＋A3PD直流參考－ U－ UV3IbLD 一個(gè)更加完善的 自動(dòng)功率控制 (APC)電路如圖 。同時(shí)，輸入信號(hào)參考電壓和直流參考電壓經(jīng) A2比較放大后，送到 A3的同相輸入端。 溫度特性和自動(dòng)溫度控制 1. 激光器的溫度特性在 ， 溫度對激光器輸出光功率的影響主要通過 閾值電流 Ith和 外微分量子效率 ηd產(chǎn)生 。 P P I I 圖 (a) 閾值電流變化引起的光輸出的變化； (b) 外微分量子效率變化引起的光輸出的變化 20。 C 20。 C 即使環(huán)境溫度不變 ，由于調(diào)制電流的作用 ，引起激光器結(jié)區(qū)溫度的變化 ， 因而使輸出光脈沖的形狀發(fā)生變化 ， 這種效應(yīng)稱為 “ 結(jié)發(fā)熱效應(yīng) ” 。 當(dāng) t=T時(shí) 電流脈沖過后，注入電流從 I1減小到 I0，電流散發(fā)的熱量減少，結(jié)區(qū)溫度隨 t而降低，閾值電流減小，使輸出光脈沖的幅度增大。 與調(diào)制速率對激光器瞬態(tài)特性的影響相反 ， 低調(diào)制速率的“ 結(jié)發(fā)熱效應(yīng) ” 更加明顯 。 2. 半導(dǎo)體光源的輸出特性受溫度影響很大 ， 特別是 長波長半導(dǎo)體激光器 對溫度更加敏感 。 溫度控制裝置一般由 致冷器 、 熱敏電阻 和 控制電路 組成 ， 圖 。 圖 溫度控制方框圖 激光器 致冷器 熱敏電阻 控制電路 熱導(dǎo) 熱敏電阻 目前 ， 微致冷 大多采用 半導(dǎo)體致冷器 ， 它是利用半導(dǎo)體材料的 珀?duì)柼?yīng) （ 就是電流流過兩種不同導(dǎo)體的界面時(shí) ， 將從外界吸收熱量 ， 或向外界放出熱量 ） 制成的電偶來實(shí)現(xiàn)致冷的 用若干對電偶串聯(lián)或并聯(lián)組成的溫差電功能器件 ， 溫度控制范圍可達(dá) 30~40 ℃ 。 ℃ 。 163。171。 171。 171。 運(yùn)算放大器 A的差動(dòng)輸入端跨接在電橋的對端 ， 用以改變?nèi)龢O管 V的基極電流 。 當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí) ， LD的管芯和熱沉溫度也升高 ， 使具有負(fù)溫度系數(shù)的 熱敏電阻 RT的阻值減小 ， 電橋失去平衡 。 163。171。 171。 171。 光接收機(jī) 光接收機(jī)基本組成 直接強(qiáng)度調(diào)制 、 直接檢測方式的數(shù)字光接收機(jī)方框圖示于圖 。 圖 數(shù)字光接收機(jī)方框圖 光檢測器 偏壓控制 前置放大器 AGC 電路 均衡器 判決器 時(shí)鐘 提取 再生碼流 主放大器 光信號(hào) 1. 光檢測器 是光接收機(jī)實(shí)現(xiàn)光 /電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件 ， 其性能特別是響應(yīng)度和噪聲直接影響光接收機(jī)的靈敏度 。 目前 ， 適合于光纖通信系統(tǒng)應(yīng)用的光檢測器有 PIN光電二極管和 雪崩光電二極管 (APD)。 前放的噪聲取決于放大器的類型 ， 目前有三種類型的前放可供選擇 (參看 )。 主放大器 和 AGC決定著光接收機(jī)的 動(dòng)態(tài)范圍 。 再生電路包括： 判決電路 和 時(shí)鐘提取電路 4. 圖 ， 很容易用標(biāo)準(zhǔn)的集成電路 (IC)技術(shù)將它們集成在同一芯片上 。 為了適合高傳輸速率的需求 ， 人們一直在努力開發(fā)單片光接收機(jī) ， 即用 “ 光電集成電路 (OEIC)技術(shù) ” 在同一芯片上集成包括光檢測器在內(nèi)的全部元件 。 在 1991年試驗(yàn)成功的單路 InGaAs OEIC接收機(jī) ， 其運(yùn)行速率達(dá) 5 Gb/s。 如圖 ， 電元件集成在 GaAs基片上 ， 而光檢測器集成在 InP基片上 ， 兩個(gè)部分通過接觸片連接在一起 。 我們要討論的噪聲是指內(nèi)部產(chǎn)生的 隨機(jī)噪聲 。 因?yàn)榍爸眉?jí)輸入的是微弱信號(hào) ， 其噪聲對輸出信噪比影響很大 ， 而主放大器輸入的是經(jīng)前置級(jí)放大的信號(hào) ， 只要前置級(jí)增益足夠大 ， 主放大器引入的噪聲就可以忽略 。 p157 〈 iq2〉 光檢測器的量子噪聲 功率譜密度分別表示為 Sq 〈 id2〉 暗電流噪聲產(chǎn)生的均方噪聲電流 (等效噪聲功率 )， 其相應(yīng)的功率譜密度 Sd ip 光檢測器的輸出光生電流 R 光檢測器的偏置電阻和 C 光檢測器的電容 (結(jié)電容和其他電容 ) 放大器分解為 : 理想放大器 相應(yīng)的功率譜密度 SI 等效噪聲電流源 〈 i02〉 相應(yīng)的功率譜密度 SE 電壓源 〈 u02〉 ， 相應(yīng)的功率譜密度 Rin放大器的輸入電阻 。 放大器噪聲特性取決于所采用的前置放大器類型 ， 根據(jù)放大器噪聲等效電路和晶體管理論可以計(jì)算 。 (2) 場效應(yīng)管前置放大器 的主要 特點(diǎn) 是輸入阻抗高 ， 噪聲小 ， 高頻特性較差 ， 適用于低速率傳輸系統(tǒng) 。 誤碼率 由于噪聲的存在 ， 放大器輸出的是一個(gè)隨機(jī)過程 ， 其取樣值是隨機(jī)變量 ， 因此在判決時(shí)可能發(fā)生誤判 ， 把發(fā)射的 “ 0”碼誤判為 “ 1”碼 ， 或把 “ 1”碼誤判為 “ 0”碼 。 碼元被誤判的概率 ， 可以用噪聲電流 (壓 )的概率密度函數(shù)來計(jì)算 。 Im是 “ １ ” 碼的平均電流 ， 而 “ 0”碼的平均電流為 0。 圖 計(jì)算誤碼率的示意圖 tIsImI1( t )I0( t )判決門限 D0 在 “ １ ” 碼時(shí) ， 如果在取樣時(shí)刻帶有噪聲的電流 I1D， 則可能被誤判為 “ 0”碼； 在 “ 0”碼時(shí) ， 如果在取樣時(shí)刻帶有噪聲的電流 I0D， 則可能被誤判為 “ １ ” 碼 。 光接收機(jī)輸出噪聲的概率分布 十分復(fù)雜 ， 一般假設(shè)噪聲電流 (或電壓 )的瞬時(shí)值服從高斯分布 ， 其 概率密度函數(shù)為 : 式中 x是代表噪聲這一高斯隨機(jī)變量的取值 ， 其均值為零 ， 方差為 σ2。 在發(fā) “ 0”碼時(shí) ， 平均噪聲功率 N0=NA， NA為前置放大器的平均噪聲功率 。 由式 ()得到 發(fā) “ 0”碼的條件下噪聲的概率密度函數(shù)為 : ]2e xp[21)(02000 NINIf ???() 根據(jù)誤碼率的定義 ， 把 “ 0”碼誤判為 “ 1”碼的概率 ， 應(yīng)等于 I0值超過 D值的概率 ， 即 式中 x=I0/ 0N 在發(fā) “ 1”碼時(shí) ， 平均噪聲功率 N1=NA+ND。 這時(shí)噪聲電流的幅度為 I1Im， 判決門限值仍為 D， 則只要取樣值 ImI1ImD或 I1ImDIm， 就可能把 “ １ ” 碼誤判為 “ 0”碼 。 “ 0”碼和 “ 1”碼的誤碼率一般是不相等的 ， 但對于 “ 0”碼和 “ 1”碼等概率的碼流而言 ， 一般認(rèn)為 Pe,01=Pe,10時(shí) ， 可以使誤碼率達(dá)到最小 。 它還表示在對 “ 0”碼進(jìn)行取樣判決時(shí) ， 判決門限值 D超過放大器平均噪聲電流 的倍數(shù) 。 例如： Q=6, BER≈109， Q≈7， BER=1012。 光源不可能發(fā)射負(fù)光脈沖 ， 因此