光纤通信综合实验 实验七光纤发送系统实验 实验内容 1熟悉光发送的电光变换原理 2测量并分析模拟光发端机和数字光发端机的滅形及数据 3了解模拟光发端机和数字光发端机的区别 4观察并分析输出功率和注入电流的关系及光源的非线形失真 实验目的 1.了解光源的发光持性 2.掌握光发端机所完成的电光变换原理 3.了解模拟光发端机和数字光发端机的区别 、实验电略工作原理 1.电路的组成 半导体光源由于体积小,寿命长,工作可靠,被广泛应用于光纤通信尤其是数字光纤 通信,其工作原理是将要传输的电信号调制在光波上,然后将其光波注入到光纤线路中 其机理属于注入电流发光,所以光发送电路必须提供出适当的电流。由于半导体光源工作 时动态阻值小的特点,所以应尽量提高电光转换的效率。本实验系统在发送端发送的是模 拟信号或数字信号,分别阐述其电路组成 (1)数字光发送系统 数字光发送系统由数字信号源、数字信号选择开关、数字接口电路、数字驱动电路和 光发送模块五部分组成,如图7-1所示 TTL 信号选择 数字 光发 信号源 人工开关 接口 转换 模块 PECL 图7-1数字光发送机框图
光纤通信综合实验 30 实验七 光纤发送系统实验 实 验 内 容 1.熟悉光发送的电光变换原理 2.测量并分析模拟光发端机和数字光发端机的波形及数据 3.了解模拟光发端机和数字光发端机的区别 4.观察并分析输出功率和注入电流的关系及光源的非线形失真 一、实验目的 1.了解光源的发光持性 2.掌握光发端机所完成的电光变换原理 3.了解模拟光发端机和数字光发端机的区别 二、实验电路工作原理 1．电路的组成 半导体光源由于体积小，寿命长，工作可靠，被广泛应用于光纤通信尤其是数字光纤 通信，其工作原理是将要传输的电信号调制在光波上，然后将其光波注入到光纤线路中， 其机理属于注入电流发光，所以光发送电路必须提供出适当的电流。由于半导体光源工作 时动态阻值小的特点，所以应尽量提高电光转换的效率。本实验系统在发送端发送的是模 拟信号或数字信号, 分别阐述其电路组成。 （1)数字光发送系统 数字光发送系统由数字信号源、数字信号选择开关、数字接口电路、数字驱动电路和 光发送模块五部分组成，如图 7-1 所示。 图 7-1 数字光发送机框图 信号源 光发 模块 TTL 转换 PECL 数字 接口 信号选择 人工开关
实验七光纤发送系统实验 下面以甲方光发端机发送系统为例说明其电信号与光信号的传输流程: 数字信号源提供64KHz方波、OM码、64Kb/s15位的PN码、5B6B、数字电话、误码 数据、PC机数据等信号输入。 数字信号选择开关采用人工手工操作,由J701和J901进行选择,见图7-2所示,可 见有下列几种选择状况 a.电话发(PCM) b.图象发 C.PC数据发 d.外误码(或数据)发 e.CMI码发 f.5B6B发 g.PN64K随机码发 h.自带误码测试 数字接口电路驱动电路74ALS245和偏置电阻组成。它把TL电平转换为PECL电平, 以适应驱动电路的要求。 图7-2是它们的信号传输流程图。 J701 电话(PCM TP70 光纤 图象 甲方 PC数据 光发 随机信号 误码测试信号 图7-2数字光纤信道传输流程图 光发送模块把电流脉冲变成光脉冲注入光纤,完成对光载波的调制 (2)光发送模块 .工作参数 HTOE M3C0A为高性能的半导体光收发及光电转换模块,可用作为数字信号的光收 发送模块。其接口电平为EPCL,工作波长分别为1310mm、1550nm,其具体参数如表7-1 所示
实验七 光纤发送系统实验 31 下面以甲方光发端机发送系统为例说明其电信号与光信号的传输流程: 数字信号源提供64KHz 方波、CMI 码、64Kb/s 15 位的 PN 码、5B6B、数字电话、误码 数据、PC 机数据等信号输入。 数字信号选择开关采用人工手工操作，由 J701 和 J901 进行选择，见图 7-2 所示，可 见有下列几种选择状况： a.电话发（PCM） b.图象发 c.PC 数据发 d.外误码（或数据）发 e.CMI 码发 f.5B6B 发 g.PN64K 随机码发 h.自带误码测试 数字接口电路驱动电路 74ALS245 和偏置电阻组成。它把 TTL 电平转换为 PECL 电平， 以适应驱动电路的要求。 图 7-2 是它们的信号传输流程图。 光发送模块把电流脉冲变成光脉冲注入光纤，完成对光载波的调制。 (2)光发送模块 a.工作参数 HTOE M13SC0A 为高性能的半导体光收发及光电转换模块，可用作为数字信号的光收 发送模块。其接口电平为 EPCL，工作波长分别为 1310nm、1550nm，其具体参数如表 7-1 所示。 随机信号 误码测试信号 电话(PCM) 图象 PC 数据 J701 TP701 甲 方 光 发 端 机 光纤 图 7-2 数字光纤信道传输流程图
光纤通信综合实验 表7-1 (a) HTOE M3SC0A的参数 参数 符号 最小值最大值单位 测试条件 前向电压 1.7 I==75mA 前向电压温度 △VF/△T -1.7 mV/℃CI=75-100/mA 系数 中心波长 1270 1370 半幅全宽 FWHM 130 185 nm 结电容 16 16 f=IMHz 光功率温度系 △P/△T dB/℃ IF=75-100mA 热阻 260 ℃/W (b) HTOE M15SC0的参数 参数 符号最小值典型值最大值|单位 测试条件 1.702.09 IF=60mAdc 正向电压 1.84 IF=100mAdc 正向电压 0.22 W/℃C IF=60mAdc △VF/△T 温度系数 -0.18 IF=100mAdc 反向输入 1.8 Ir=100μAdc 电压 峰值发射 792 nm 波长 结电容 CT V=0, f=IMHz 光功率温 0.006 dB/℃ IF=60mAdc △P/△T 度系数 0.010 IF=100mAdc
光纤通信综合实验 32 表 7-1： （a） HTOE M13SC0A 的参数 参数 符号 最小值 最大值 单位 测试条件 前向电压 VF 1.1 1.7 V IF=75mA 前向电压温度 系数 ΔVF/ΔT -1.1 -1.7 mV/℃ IF=75-100/mA 中心波长 C 1270 1370 nm 半幅全宽 FWHM 130 185 nm 结电容 CT 16 16 PF f=1MHz 光功率温度系 数 ΔPF/△T -0.03 -0.03 dB/℃ IF=75-100mA 热阻 QJA 260 260 ℃/W （b） HTOE M15SC0 的参数 参数 符号 最小值 典型值 最大值 单位 测试条件 正向电压 VF 1.48 1.70 2.09 V IF=60mAdc 1.84 IF=100mAdc 正向电压 温度系数 ΔVF/ΔT -0.22 mV/℃ IF=60mAdc -0.18 IF=100mAdc 反向输入 电压 VBR 1.8 3.8 V IF=100μAdc 峰值发射 波长 λp 792 820 865 nm 结电容 CT 55 PF V=0，f=1MHz 光功率温 度系数 ΔPF/△T -0.006 dB/℃ IF=60mAdc -0.010 IF=100mAdc
实验七光纤发送系统实验 260 数值孔径 0.49 光口直径 290 u m b.驱动电路 光发送模块的驱动电路如图7-5所示: 47 12.1 w14x2(x4 图7-5光发送模块的典型驱动电路 c.特性曲线 光发送模块的正向电流与正向电压的关系及光功率与注入电流的关系如图7-6(a (b)所示 口■■■■ 9F4F4,8 (a)正向电流与正向电压特性曲线 (b)光功率与注入电流的特性曲线 图7-6光发送模块的特性曲线 d.光发送横块的管脚分布
实验七 光纤发送系统实验 33 热阻 QJA 260 ℃/W 数值孔径 NA 0.49 光口直径 D 290 μm b.驱动电路 光发送模块的驱动电路如图 7-5 所示： 图 7-5 光发送模块的典型驱动电路 c.特性曲线 光发送模块的正向电流与正向电压的关系及光功率与注入电流的关系如图 7-6（a）、 （b）所示。 （a） 正向电流与正向电压特性曲线 (b)光功率与注入电流的特性曲线 图 7-6 光发送模块的特性曲线 d.光发送模块的管脚分布
光纤通信综合实验 模块的管脚分布如图7-7所示 图7-7光发送模块管脚分布图 e.注意事项 光发送模块有保护套,使用时按图7-8示,逆时针旋松并拉出,注意旋转方向并保管 好保护套,在实验做完后立即重新套上 旋松 图7-8光发模块输出光口保护套示意图
光纤通信综合实验 34 模块的管脚分布如图 7-7 所示。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 图 7-7 光发送模块管脚分布图 e.注意事项 光发送模块有保护套，使用时按图 7-8 示，逆时针旋松并拉出，注意旋转方向并保管 好保护套，在实验做完后立即重新套上。 旋松 图 7-8 光发模块输出光口保护套示意图 管脚 HTOE-13SO 1的 1 RX_GND 2 RX+ 3 RX- 4 SD 5 VCC_RX 6 VCC_TX 7 TX- 8 TX+ 9 TX_GND HFBR
实验七光纤发送系统实验 2.实验电路 光发送系统实验电路的方框图如图7-9所示,电原理图如图7-10所示。图中74ALS245 和R901—R906组成数字接口和驱动电路。 IP301 IP302 数字 信号 数字 开关 数/模 TPo4转换 开关 光收发模块 图7-9光收发送系统方框图 TX-GND 7-10光发送系统电原理图 3.数字光发送系统的消光比 大多数光发送系统即使在“断”的状态也会发射一些光功率,这与半导体激光器的发 射特性和偏置状态有关。例如当偏置电流小于阈值电流时,在“0”比特期间由于自发辐射 亦有一些输出功率,而当偏置电流大于或等于阈值电流时,“0”比特期间输出功率将更大。 我们将光发送系统在“1”比特时的输出功率P与在“0”比特时的输出功率P之比的对数
实验七 光纤发送系统实验 35 TP301 TP302 TP304 数 字 信 号 2.实验电路 光发送系统实验电路的方框图如图 7-9 所示，电原理图如图 7-10 所示。图中 74ALS245 和 R901—R906 组成数字接口和驱动电路。 图 7-9 光收发送系统方框图 RX-GND 1 RX+ 2 RX- 3 SD 4 VCC-RX 5 VCC-TX 6 TX- 7 TX+ 8 TX-GND 9 U701 光收发器 GND GND VCC-RX VCC-TX RX-1 RX+1 TX+1 R702 3K R706 510 1 TP701 R705 R703 33 2K R704 2K R701 2K VCC W701 2K WMDATA PN64 C2048 CMI IMG 1DX 6BOUT PCIN 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 J701 SIP17X2 A 0 2 A 1 3 A 2 4 A 3 5 A 4 6 A 5 7 A 6 8 A 7 9 B0 18 B1 17 B2 16 B3 15 B4 14 B5 13 B6 12 B7 11 E 19 DIR 1 U703 74ALS245 GND VCC Q 1 TX+1 1 TP704 W M 7-10 光发送系统电原理图 3.数字光发送系统的消光比 大多数光发送系统即使在“断”的状态也会发射一些光功率，这与半导体激光器的发 射特性和偏置状态有关。例如当偏置电流小于阈值电流时，在“0”比特期间由于自发辐射 亦有一些输出功率，而当偏置电流大于或等于阈值电流时，“0”比特期间输出功率将更大。 我们将光发送系统在“1”比特时的输出功率 P1 与在“0”比特时的输出功率P0之比的对数 数字 信号 开关 数字 驱动 数/模 转换 开关 光 收 发 模 块
光纤通信综合实验 值称为消光比。用公式表示为 EXT=10g鲁(dB) EXT值越小,光发送系统的性能越好。 三、实验内容 1.测量并分析数字光发送的波形及数据 2.测量并分析模拟光发送的波 观察并分析输出功率和注入电流的关系 四、实验步骤及注意事项 1.选择任一数据源后,用示波器观察测量点TP01(或TF901)波形。并且记录TP701(或 TP901)信号的幅度(峰一峰)。 调节W701并用示波器观察测量点TP701(或TP901)波形,观察TP701(或TP901)信号的 幅度为多大时,光发送模块不能正常工作。 注意事项 由于光源属易损昂贵器件,认真算出最佳注入电流然后在此附近改变注入电流,否 则易烧坏器件 2.纤跳线及光源的ST插座属易损件应轻拿轻放,切忌使用大力气。 五、测量点说明 1.TP701(或TP901):为甲方光发端机的数字接口电路输入测量点,其波形由J701(或 J901)的跳线设置而定 当J701(或901)跳线设置在数字电话的位置时,为甲方的PCM数字电话输入信号 六、实验报告要求 1.注入电流为何不能太大或太小 2.注入电流和功率曲线说明什么 3.比较数字信号发端机与模拟信号发端机的区别
光纤通信综合实验 36 值称为消光比。用公式表示为 10lg ( ) 1 0 EXT P dB P = EXT 值越小，光发送系统的性能越好。 三、实验内容 1.测量并分析数字光发送的波形及数据 2.测量并分析模拟光发送的波形 3.观察并分析输出功率和注入电流的关系 四、实验步骤及注意事项 1.选择任一数据源后，用示波器观察测量点 TP701(或 TP901)波形。并且记录 TP701(或 TP901)信号的幅度（峰—峰）。 2.调节 W701并用示波器观察测量点 TP701(或 TP901)波形，观察TP701(或 TP901)信号的 幅度为多大时，光发送模块不能正常工作。 注意事项： 1.由于光源属易损昂贵器件，认真算出最佳注入电流然后在此附近改变注入电流，否 则易烧坏器件。 2.纤跳线及光源的 ST 插座属易损件应轻拿轻放，切忌使用大力气。 五、测量点说明 1.TP701（或 TP901）:为甲方光发端机的数字接口电路输入测量点，其波形由 J701（或 J901）的跳线设置而定。 当 J701（或 J901）跳线设置在数字电话的位置时，为甲方的 PCM数字电话输入信号。 六、实验报告要求 1.注入电流为何不能太大或太小。 2.注入电流和功率曲线说明什么。 3.比较数字信号发端机与模拟信号发端机的区别