辽宁农业职业技术学院课件光纤通信技术第五章光端机

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第五章光端机 o5.1光发送机 05.2数字光接收机 05.3光中继器 05.4线路码型简介

第五章光端机  5.1 光发送机  5.2 数字光接收机  5.3 光中继器  5.4 线路码型简介

5.1光发送机 05.1.1.光发送机。光发送机构成如图5-1所示。它是由电信号输入接口、码型变换电路、预处理电路、驱动电路、自动功率控制电路 (APC)和自动温度控制电路(ATC)、光源器件等组成的。 01.输入接口 O电端机送来的电信号一般是PCM信号，该信号电平通常是三电平，即+12V、0V和-12V,而光发送机一般选择的是归零码(RZ码)或者不归零码(NRZ码)，因此要通过输入接口进行PCM码到RZ或者NRZ的码型转换。下一页返回

5.1 光发送机  5.1.1. 光发送机  光发送机构成如图5-1所示。它是由电信号输入接口、码型变换电路、预处理电路、驱动电路、自动功率控制电路（APC）和自动温度控制电路（ATC）、光源器件等组成的。  1. 输入接口  电端机送来的电信号一般是PCM信号，该信号电平通常是三电平，即+12V、0V和-12V，而光发送机一般选择的是归零码（RZ码）或者不归零码（NRZ码），因此要通过输入接口进行PCM码到RZ或者NRZ的码型转换。下一页返回

5.1光发送机 02.码型变换。光发送机的输入数字脉冲信号的码型选择与整个数字光纤通信系统的总体设计有关，一般在中速数字光纤通信系统中采用RZ码型，而在高速或超高速的数字光纤通信系统中采用 NRZ码型。 o在光发送机中，若采用RZ码作为输入信号，则必须将NRZ 码变换成RZ码，该码型变换电路如图5-2所示，图中的CP 信号为输入时钟脉冲。上一页下一页返回

5.1 光发送机  2. 码型变换  光发送机的输入数字脉冲信号的码型选择与整个数字光纤通信系统的总体设计有关，一般在中速数字光纤通信系统中采用RZ 码型，而在高速或超高速的数字光纤通信系统中采用 NRZ 码型。  在光发送机中，若采用RZ 码作为输入信号，则必须将NRZ 码变换成RZ 码，该码型变换电路如图5-2所示，图中的CP 信号为输入时钟脉冲。上一页下一页返回

5.1光发送机 03.预处理。预处理的功能就是对码型信号进行波形的整形处理（如占空比等)，以适应光发送机的要求。。4.驱动电路及光源。该部分是光发送机的核心组件，其作用是将电信号变成光信号。该组件影响着光发送机的性能指标。。按照光纤通信系统采用光源的不同，其驱动电路分为半导体发光二极管(LED)驱动电路和半导体激光器(LD)驱动电路。上一页下一页返回

5.1 光发送机  3. 预处理  预处理的功能就是对码型信号进行波形的整形处理（如占空比等），以适应光发送机的要求。  4. 驱动电路及光源  该部分是光发送机的核心组件，其作用是将电信号变成光信号。该组件影响着光发送机的性能指标。  按照光纤通信系统采用光源的不同，其驱动电路分为半导体发光二极管（LED）驱动电路和半导体激光器（LD）驱动电路。上一页下一页返回

5.1光发送机 o(1)半导体发光二极管(LED)驱动电路。①对LED驱动电路的要求。由于LED是通过其有源区，利用自发辐射机理发光的，即只要给它加上电流，就会发出荧光，因此LED驱动电路比较简单。 O由LED的特性可知，LED的输出功率随工作电流呈线性变化的，且在工作电流保持不变的情况下，其输出光功率随温度的升高而下降的幅度不大（如从室温升高到100℃时，功率下降为50%)，通过电路设计就可将该下降控制在可容忍的范围内。因此在LED驱动电路中不需要直流偏置调整电路，其直流偏置可以选择在零点，即输入信号为零时，输出功率就为零。上一页下一页返回

5.1 光发送机  （1）半导体发光二极管（LED）驱动电路  ① 对LED驱动电路的要求  由于LED是通过其有源区，利用自发辐射机理发光的，即只要给它加上电流，就会发出荧光，因此LED 驱动电路比较简单。  由LED的特性可知，LED的输出功率随工作电流呈线性变化的，且在工作电流保持不变的情况下，其输出光功率随温度的升高而下降的幅度不大（如从室温升高到100℃时，功率下降为50%），通过电路设计就可将该下降控制在可容忍的范围内。因此在LED 驱动电路中不需要直流偏置调整电路，其直流偏置可以选择在零点，即输入信号为零时，输出功率就为零。上一页下一页返回

5.1光发送机。按照上面的分析，光纤通信系统对LED驱动电路的要求为： oLED的驱动电路能提供足够的驱动电流：。能够满足响应速度的要求。 o②LED驱动电路举例。集成元件驱动器，如图5-3所示。它是利用74S140集成元件构成的LED驱动电路。该电路中，电阻R起限流作用，电容C起加速作用，以便获得相应响应速率的光脉冲信号。上一页下一页返回

5.1 光发送机  按照上面的分析，光纤通信系统对LED驱动电路的要求为：  LED的驱动电路能提供足够的驱动电流；  能够满足响应速度的要求。  ② LED驱动电路举例 ⚫ 集成元件驱动器，如图5-3所示。它是利用74S140 集成元件构成的LED 驱动电路。该电路中，电阻R起限流作用，电容C起加速作用，以便获得相应响应速率的光脉冲信号。上一页下一页返回

5.1光发送机。基本工作原理：当输入的码型信号为高电平时，LED中无加载电流，则LED不发光；当输入码型信号为低电平时，LED 被加载工作电流，则LED发光。 0由于74S140的特性，决定了该电路可以提供的最大驱动电流为60mA。。三极管单管驱动电路，如图5-4所示。它是采用双极型三极管构成的单管LED驱动电路。在该电路中，利用三极管T作为电子开关，可以获得β倍的电流增益，电阻R2为限流电阻，电阻R和电容C1起加速作用，可控制开关速度。通过三极管T、电阻R1、R2和电容C1的选型，可使 LED工作在合理的状态。因为VEE是较小的负电位，因此在电路中使用肖特基二极管D来控制负偏的深度。上一页下一页返回

5.1 光发送机  基本工作原理：当输入的码型信号为高电平时，LED中无加载电流，则LED不发光；当输入码型信号为低电平时，LED 被加载工作电流，则LED发光。  由于74S140的特性，决定了该电路可以提供的最大驱动电流为60mA。 ⚫ 三极管单管驱动电路，如图5-4所示。它是采用双极型三极管构成的单管LED驱动电路。在该电路中，利用三极管T作为电子开关，可以获得β倍的电流增益，电阻R2为限流电阻，电阻R1和电容C1起加速作用，可控制开关速度。通过三极管T、电阻R1、R2和电容C1的选型,可使 LED工作在合理的状态。因为VEE是较小的负电位，因此在电路中使用肖特基二极管D来控制负偏的深度。上一页下一页返回

5.1光发送机 0基本工作原理：当输入信号为高电平时，三极管T处于导通状态，Vcc提供的电流，流经电阻R2、三极管T和VEE构成的回路，不能被有效加载到到LED上，则LED不发光；当输入信号为低电平时，三极管T处于截止状态，Vcc经电阻R2向 LED提供工作电流，则LED发光。。射极耦合驱动电路，如图5-5所示。它也是采用三极管构成的，晶体管工作在非饱和与非深截止状态，工作速率较高，负载稳定，容易调整，便于与LD驱动电路兼容。电路中的VB为固定输入的参考电压。上一页下一页返回

5.1 光发送机  基本工作原理：当输入信号为高电平时，三极管T处于导通状态，VCC提供的电流，流经电阻R2、三极管T和VEE构成的回路，不能被有效加载到到LED上，则LED不发光；当输入信号为低电平时，三极管T处于截止状态，VCC经电阻R2向 LED提供工作电流，则LED发光。 ⚫ 射极耦合驱动电路，如图5-5所示。它也是采用三极管构成的，晶体管工作在非饱和与非深截止状态，工作速率较高，负载稳定，容易调整，便于与LD 驱动电路兼容。电路中的VBB为固定输入的参考电压。上一页下一页返回

5.1光发送机。基本工作原理：该电路看上去像一个线性差分放大器，实际上是一个电流开关电路，当输入信号为高电平(>VBB)时，三极管T1导通，T2截止，则LED不发光；当输入信号为低电平(<VBB)时，三极管T1截止，T2导通，则LED发光。。射极耦合驱动电路开关转换时间短、响应速度快、结构简单、调控简便，被广泛用作数字光纤通信系统中的LED驱动。。单管驱动电路和射极耦合驱动电路均可获得较大的驱动电流 (一般可达120mA)。上一页下一页返回

5.1 光发送机  基本工作原理：该电路看上去像一个线性差分放大器，实际上是一个电流开关电路，当输入信号为高电平（>VBB）时，三极管T1导通，T2截止，则LED不发光；当输入信号为低电平(<VBB)时，三极管T1截止，T2导通，则LED发光。  射极耦合驱动电路开关转换时间短、响应速度快、结构简单、调控简便，被广泛用作数字光纤通信系统中的LED驱动。  单管驱动电路和射极耦合驱动电路均可获得较大的驱动电流（一般可达120mA）。上一页下一页返回

5.1光发送机 0(2)半导体激光器(LD)驱动电路。①对LD驱动电路的要求。在光发射机中，半导体激光器的驱动电路是利用输入的电信号，调制激光器的发光强度，保证发射光的光功率及足够快的响应速度，因此要求其驱动电路能够做到高速调制响应。。②LD驱动电路举例 ● LD单管驱动电路，如图5-6所示。。基本工作原理：结合上述电路的原理，读者可自行分析，这里不再赘述。。该电路可获得较大的驱动电流，但对电源要求较高。上一页下一页返回

5.1 光发送机  （2）半导体激光器（LD）驱动电路  ① 对LD驱动电路的要求  在光发射机中，半导体激光器的驱动电路是利用输入的电信号，调制激光器的发光强度，保证发射光的光功率及足够快的响应速度，因此要求其驱动电路能够做到高速调制响应。  ② LD驱动电路举例 ⚫ LD单管驱动电路，如图5-6所示。  基本工作原理：结合上述电路的原理，读者可自行分析，这里不再赘述。  该电路可获得较大的驱动电流，但对电源要求较高。上一页下一页返回

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