1、學(xué)學(xué) 院：院： 電子與控制工程學(xué)院電子與控制工程學(xué)院學(xué)學(xué) 號：號： 2012132029姓姓 名：名： 尹其暢尹其暢光纖通信自動功率控制光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī) 數(shù)字光發(fā)射機(jī)的功能是把電端機(jī)輸出的數(shù)字基帶電信號轉(zhuǎn)換為光信號，并用耦合技術(shù)有效注入光纖線路，電/光轉(zhuǎn)換是用承載信息的數(shù)字電信號對光源進(jìn)行調(diào)制來實(shí)現(xiàn)的。調(diào)制分為直接調(diào)制和外調(diào)制兩種方式。受調(diào)制的光源特性參數(shù)有功率、幅度、頻率和相位。目前技術(shù)上成熟并在實(shí)際光纖通信系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用的是直接光強(qiáng)(功率)調(diào)制光纖通信自動功率控制根據(jù)激光器(LD)和發(fā)光二極管(LED)直接光強(qiáng)數(shù)字調(diào)制原理，對LD施加了偏置電流Ib。由圖1可見，當(dāng)激光器的驅(qū)動電流大于閾值

2、電流Ith時，輸出光功率P和驅(qū)動電流I基本上是線性關(guān)系，輸出光功率和輸入電流成正比，所以輸出光信號反映輸入電信號。光纖通信自動功率控制 圖 1直接光強(qiáng)數(shù)字調(diào)制原理 (a) LED數(shù)字調(diào)制原理； (b) LD的數(shù)字調(diào)制原理 光纖通信自動功率控制光發(fā)射機(jī)的組成光發(fā)射機(jī)的組成 數(shù)字光發(fā)射機(jī)的方框圖如圖2所示，主要有光源和電路兩部分。光源是實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件，在很大程度上決定著光發(fā)射機(jī)的性能。電路的設(shè)計應(yīng)以光源為依據(jù)，使輸出光信號準(zhǔn)確反映輸入電信號。 光纖通信自動功率控制數(shù)字發(fā)射機(jī)的方框圖數(shù)字發(fā)射機(jī)的方框圖光端機(jī)輸出的數(shù)字信號是適合光纜傳輸?shù)碾p極性碼，而光源不能發(fā)射負(fù)脈沖，所以要變換為適合于光纖

3、傳輸?shù)膯螛O性碼。光源的驅(qū)動電路 光源的模擬驅(qū)動電路光源的數(shù)字驅(qū)動電路（1）LED的數(shù)字驅(qū)動電路（2）LD的數(shù)字驅(qū)動電路 調(diào)制電路和自動功率控制 數(shù)字信號調(diào)制電路應(yīng)采用電流開關(guān)電路，最常見的是差分電流開關(guān)電路。 共發(fā)射極驅(qū)動電路 射極耦合驅(qū)動電路 自動功率控制電路光發(fā)射機(jī)自動功率控制共發(fā)射級驅(qū)動電路共發(fā)射級驅(qū)動電路 R1 C1 Uin Uc v LED(a)共發(fā)射極驅(qū)動電路 R2 R3R1為基極電阻 Uin與R1為基極提供合適的靜態(tài)電流Ib。R3為集電極電阻 Uc與R3為集電極提供合適的靜態(tài)電壓Uce，且還將集電極變化的電流Ic轉(zhuǎn)化為集電極電壓。R2為發(fā)射級電阻提高輸入電阻NPN型三極管，光發(fā)射

4、機(jī)自動功率控制共發(fā)射級驅(qū)動電路的原理共發(fā)射級驅(qū)動電路的原理這種簡單的驅(qū)動電路主要用于以發(fā)光二極管LED作為光源的光發(fā)射機(jī)。數(shù)字信號為“0”碼 三極管截止，燈滅。數(shù)字信號為“1”碼 三極管導(dǎo)通，燈亮。 。 R1 C1 Uin Uc v LED(a)共發(fā)射極驅(qū)動電路 R2 R3光發(fā)射機(jī)自動功率控制共發(fā)射級驅(qū)動電路的特點(diǎn)共發(fā)射級驅(qū)動電路的特點(diǎn)數(shù)字信號“0”碼和“1”碼對應(yīng)于V的截止和飽和狀態(tài)，電流的大小根據(jù)對輸出光信號幅度的要求確定。這種驅(qū)動電路適用于10 Mb/s以下的低速率系統(tǒng)，更高速率系統(tǒng)應(yīng)采用差分電流開關(guān)電路。 R1 C1 Uin Uc v LED(a)共發(fā)射極驅(qū)動電路 R2 R3光發(fā)射機(jī)自

5、動功率控制射級耦合驅(qū)動電路電流源I0 v1 LD -Ue Uin(b)射極耦合LD驅(qū)動電路IbUbLD是激光器，只有在工作電流超過閥值電流的情況下才會輸出激光（相干光），半導(dǎo)體激光器是一閥值器件 當(dāng)注入電流較小時，激光器發(fā)射普通的熒光， 隨著注入的電流量的增加，激光器發(fā)射較強(qiáng)的熒光 當(dāng)電流大于閥值電流時，才能產(chǎn)生功率較強(qiáng)的激光光發(fā)射機(jī)自動功率控制射級耦合驅(qū)動電路的原理射級耦合驅(qū)動電路的原理電流源為由V1和V2組成的差分開關(guān)電路，它提供了恒定的偏置電流Ib，V1的基極輸入的數(shù)字信號Uin。V2的基極是直流參考電壓Ub。(b)射極耦合LD驅(qū)動電路電流源I0 v1 LDIb -Ue UinUb光發(fā)射

6、機(jī)自動功率控制射級耦合驅(qū)動電路的原理 數(shù)字信號Uin為“0”碼時 V1基極V2基極， V1導(dǎo)通，V2截止，則 LD不發(fā)光。 數(shù)字信號Uin為“1”碼時 V1基極4.5G/Hz時，調(diào)制速率可達(dá)300Mb/S.缺點(diǎn)：動態(tài)范圍小，功耗較大，由于溫度的變化和工作時間加長，LD所輸出的光功率會發(fā)生變化的。為了保證輸出光功率的穩(wěn)定，必須改進(jìn)電路的設(shè)計。光發(fā)射機(jī)自動功率控制主要功能：主要功能：自動補(bǔ)償LD由于環(huán)境溫度變化和老化效應(yīng)而引起的輸出光功率的變化，保持其輸出光功率不變。自動控制光發(fā)送機(jī)的輸入信號碼流中長連“0”序列或無信號輸入時使LD不發(fā)光?？刂屏硪粋€重要的參數(shù)：LD的微分量子效率d。自動功率控制（

7、APC）光發(fā)射機(jī)自動功率控制(b)射極耦合LD驅(qū)動電路電流源I0 v1 LDIb -Ue UinUbV12N3392V22N3392LDR615kR515k-U1UinIbR41kR31kR15kR25k-U2C10.1ufC20.1uf123U1:A4041光發(fā)射機(jī)自動功率控制主要功能：主要功能：自動補(bǔ)償LD由于環(huán)境溫度變化和老化效應(yīng)而引起的輸出光功率的變化，保持其輸出光功率不變。自動控制光發(fā)送機(jī)的輸入信號碼流中長連“0”序列或無信號輸入時使LD不發(fā)光?？刂屏硪粋€重要的參數(shù)：LD的微分量子效率d。自動功率控制（APC）光發(fā)射機(jī)自動功率控制APC的調(diào)節(jié)方式一 是自動跟蹤Ith的變化，是LD處于

8、最佳偏置狀態(tài). Ith是半導(dǎo)體激光器的閥值電流。 Ith=I0 eT/T0 I0 為常數(shù) T0是特征溫度。二是控制調(diào)制脈沖電流幅度Im ，跟蹤d的變化，一般d 的變化不是非常大，所以最簡單的辦法是通過檢測直流光功率來控制偏置電流。光發(fā)射機(jī)自動功率控制比較放大器A2可調(diào)直流參考電壓設(shè)計框圖比較放大器A3電流源PIN檢測調(diào)制LD發(fā)光數(shù)字信號A1放大器光發(fā)射機(jī)自動功率控制比較放大器A2可調(diào)直流參考電壓設(shè)計框圖比較放大器A3電流源PIN檢測調(diào)制LD發(fā)光數(shù)字信號A1放大器光發(fā)射機(jī)自動功率控制PIN光電檢測器原理：PIN是為提高光電轉(zhuǎn)換效率而在PN結(jié)內(nèi)部設(shè)置一層摻雜濃度很低的本征半導(dǎo)體（I層）以擴(kuò)大耗盡層

9、寬度的光電二極管。光電檢測器是外加反向偏壓的PN結(jié)，把接收到的光功率轉(zhuǎn)換成信號電流，有PIN光電二極管和雪崩二極管APD 本電路用的是PIN光電二極管光發(fā)射機(jī)自動功率控制比較放大器A2設(shè)計框圖比較放大器A3電流源PIN檢測調(diào)制LD發(fā)光數(shù)字信號A1放大器可調(diào)直流參考電壓光發(fā)射機(jī)自動功率控制自動功率控制電路原理 從LD的背向輸出光功率，經(jīng)PD檢測器檢測、運(yùn)算放大器A1放大后送到比較器A3的反相輸入端，同時，輸入信號參考電壓和直流參考電壓經(jīng)A2比較放大后送到A3的同相端，A3和V3組成的直流恒流源調(diào)節(jié)LD的偏置電流Ib，使LD輸出光功率穩(wěn)定。光發(fā)射機(jī)自動功率控制自動功率控制電路圖+-A1A2A3PD

10、LDV1V2-U直流參考信號參考-U光發(fā)射機(jī)自動功率控制32674A1AD8001A32674A3AD8001A32674A2AD8001AR9100kR10100kR820kR1315kR12100kR1150kR15100kR14100kR1650kC1330nQ32N3392Q12N3392Q22N3392PIND1R7100kL118uR515kR615kD1DIODED2DIODER19100kUEEUEEC25uFC30.01uFC40.01uFRV1200KUinR4100R3100R150kR250k-U2C10.1ufC20.1uf01U2PLD 12 e-U112U1:A7

11、4LS14反向積分混合濾波升壓DemodulatorIRL1IRLINK光發(fā)射機(jī)自動功率控制32674A1AD8001A32674A3AD8001A32674A2AD8001AR920kR1010kR85kR1315kR125kR115kR1530kR14100kR1610kC3330nV32N3392V12N3392V22N3392PIND1R7100kL118uR515kR615D1DIODED2DIODER19100k-UEEUEEC45uFC50.01uFC60.01uFRV120KUinR41kR31kR15kR25k-U2C10.1ufC20.1uf-U1123U1:A404112

12、3U2:A4041偏置電流Ib調(diào)制電流Im直流偏移電流Ib和調(diào)制電流Im共同作用使LD發(fā)光光發(fā)射機(jī)自動功率控制32674A1AD8001A32674A3AD8001A32674A2AD8001AR920kR1010kR85kR1315kR125kR115kR1530kR14100kR1610kC3330nV32N3392V12N3392V22N3392PIND1R7100kL118uR515kR615D1DIODED2DIODER19100k-UEEUEEC45uFC50.01uFC60.01uFRV120KUinR41kR31kR15kR25k-U2C10.1ufC20.1uf-U1123U1:A4041123U2:A4041PIN檢測電流下降電流并聯(lián)負(fù)反饋光發(fā)射機(jī)自動功率控制32674A1AD8001A32674A3AD8001A32674A2R920kR1010kR85kR1315kR125kR115kR1530kR14100kR1610kC3330nV32N3392V1V2PIND1R7100kL