1、第八章 光發(fā)送機,8.1 光發(fā)送機概述 8.2 LED光發(fā)送盤 8.3 LD光發(fā)送盤 8.4 信號經(jīng)過發(fā)送支路時進行的處理,發(fā)送部分,傳輸部分,接收部分,光纖、光纜,光源,驅(qū)動電路,輔助電路,8.1 光 發(fā) 送 機,光發(fā)送機的作用 光發(fā)送機可以用一個標(biāo)準盤來實現(xiàn)，因此可以成為光發(fā)送盤，還可以稱為光發(fā)送機 。 把從電端機送來的電信號轉(zhuǎn)變成光信號，并送入光纖線路進行傳輸。,2、光發(fā)送機的組成 光發(fā)送機是光纖通信系統(tǒng)的重要組成部分，典型的光發(fā)送機方框如圖所示。 光發(fā)送機的作用，就是把數(shù)字化的信息碼流（如 PCM話音信號）轉(zhuǎn)換成光信號脈沖碼流并輸入到光纖中進行傳輸。,（1）輸入接口 作用是進行電平轉(zhuǎn)換

2、。 （2）預(yù)處理 對數(shù)字電信號的脈沖波形進行波形處理。 （3）驅(qū)動電路與光源組件 實際上就是光源及其調(diào)制電路。其作用是把電信號變成光脈沖信號發(fā)送到光纖當(dāng)中。該部分是光發(fā)送機的核心，許多重要技術(shù)指標(biāo)皆由該部分決定。 （4）自動發(fā)光功率控制（APC） 為了使光發(fā)送機能輸出穩(wěn)定的的光功率信號，可采用相應(yīng)的負反饋措施來控制光源器件的發(fā)光功率。（常用的自動發(fā)光功率控制方法是背向光控制法。）,(5) 自動溫度控制（ATC） 所有的半導(dǎo)體器件對溫度的變化都是比較敏感的，對 LD 而言也是如此。因此為 LD 提供一個溫度恒定的環(huán)境是十分重要的。 利用與 LD 封裝在一起的熱敏電阻 Rt可以有效地監(jiān)視 LD 的

3、工作環(huán)境溫度。當(dāng)溫度發(fā)生變化時，Rt的阻值也隨之變化，把該變化信號提供給 ATC電路，ATC電路進行放大處理后再控制 LD 組件中的致冷裝置。從而達到使 LD 工作環(huán)境溫度恒定的目的。,回 憶（P2）,我們知道，為了能使信息從發(fā)送端傳到接收端，需要在發(fā)送端對載波進行調(diào)制，使之?dāng)y帶信息后進行傳輸，而在接收端再進行解調(diào)。在無線通信中經(jīng)常使用如幅移鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）與相移鍵控（PSK）等調(diào)制方法。 同樣，在光纖通信中為了使光源器件發(fā)出與信息電脈沖流相應(yīng)的光脈沖流，也需要對光源發(fā)出的光波進行調(diào)制。 （直接調(diào)制方式和外調(diào)制方式）,3、 調(diào)制信號的格式,為了有利于信息在信道中傳輸和接收時便

4、于處理， 我們往往先對數(shù)字信號進行編碼， 再對光信號進行調(diào)制。 光信號除了可調(diào)制光載波信號的幅度、 頻率、 相位外， 還可調(diào)制光強。 由于光強不同于電信號的電壓或電流有正值與負值， 它只有正值（即光強或光功率沒有負值）， 因此稱它為單極性信號， 而電壓信號稱為雙極性信號。,圖為單極性與雙極性信號,（1） 歸零(RZ)與不歸零(NRZ) 光纖通信中常用的調(diào)制方案為OOK， 這種調(diào)制方案中編碼“1”表示對應(yīng)的比特周期內(nèi)有一光脈沖或光源LD或LED處于開（“ON”）狀態(tài)， 編碼“0”表示對應(yīng)的比特周期內(nèi)無光脈沖或光源LD或LED處于關(guān)（“OFF”）狀態(tài)。 光脈沖的寬度為比特周期的持續(xù)時間。 對于一個

5、1 Gb/s的數(shù)據(jù)速率， 光脈沖時間寬度為1 ns。 編碼既可以采用直接將光源調(diào)諧在開或關(guān)兩種狀態(tài)的方法來完成， 也可以用數(shù)字比特通過外調(diào)制器的方法來完成， 下面將具體介紹。,OOK調(diào)制可以采用許多信號格式， 最常用的為NRZ、 RZ和短脈沖三種格式。 NRZ稱為不歸零碼， 編碼“1”對應(yīng)有光脈沖且持續(xù)時間為整個比特周期， “0”對應(yīng)無光脈沖出現(xiàn)。 如果是連續(xù)兩個“1”比特， 則光脈沖持續(xù)兩個比特周期。 RZ碼稱為歸零碼， “1”比特對應(yīng)有光脈沖且持續(xù)時間為整個比特周期的一半， “0”對應(yīng)無光脈沖出現(xiàn)。 短脈沖是由RZ變化而來的， 其“1”比特對應(yīng)有光脈沖且持續(xù)時間為整個比特周期的很小一部分，

6、 “0”對應(yīng)無光脈沖出現(xiàn)。 它們的信號格式如圖所示。,圖OOK數(shù)據(jù)調(diào)制格式,注意： NRZ碼與其他格式相比， 其主要優(yōu)點是占據(jù)的頻帶寬度窄， 只是RZ碼的一半， 缺點是當(dāng)出現(xiàn)長連“1”或“0”時， 光脈沖沒有“有”和“無”的交替變化， 這對于接收時對比特時鐘的提取是不利的。 RZ碼克服了這個問題， 解決了連“1”的問題， 但長連“0”問題仍然存在。,8.1 LED光發(fā)送盤 1. 驅(qū)動電路的工作原理 共發(fā)射極驅(qū)動電路的工作原理如下所述：當(dāng)輸入數(shù)據(jù)信號為“0”時，晶體三極管VT處于截止?fàn)顟B(tài)，LED中沒有電流流過，因此LED不發(fā)光；當(dāng)輸入數(shù)據(jù)信號為“1”時，晶體三極管VT工作于飽和狀態(tài)，LED中有較

7、大的電流流過，所以LED發(fā)光。 這種驅(qū)動電路主要用于以LED作為光源的數(shù)字光發(fā)射機。 適用于10 Mbit/s以下的低速率系統(tǒng)。,圖5.6 共射極驅(qū)動電路,2. 對驅(qū)動電路的要求 一個優(yōu)良的驅(qū)動電路應(yīng)該滿足以下條件： (1) 能夠提供較大的、穩(wěn)定的驅(qū)動電流； (2) 有足夠快的響應(yīng)速度，最好大于光源的驅(qū)動速度； (3) 保證光源具有穩(wěn)定的輸出特性。,1. 光源的作用 完成電信號到光信號的變換,2. 光源的類型 半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED: Light Emitting Diode ） 半導(dǎo)體激光二極管（LD: Laser Diode ）,8.2 LD光發(fā)送盤,3. 對光源的要求 體積小，與光纖耦

8、合效率高 發(fā)射光波長位于光纖低損耗窗口 易于調(diào)制 可靠性高，壽命長，穩(wěn)定性好 發(fā)射的光功率足夠高 溫度穩(wěn)定性好,當(dāng)IIth 時，發(fā)出的是受激輻射光，光功率隨驅(qū)動電流的增加而增加。,3. 溫度特性 與LED比較，溫度主要對LD的閾值電流、輸出光功率及峰值工作波長影響較大。,為了降低溫度對LD的影響，可以采用兩種方法： 選擇溫度特性優(yōu)異的新型LD 通過一個外加的自動溫度控制電路，使LD的溫度特性能夠滿足系統(tǒng)的要求。,4、光源的自動溫度控制（ATC） 溫度控制裝置的組成 溫度控制裝置由致冷器、熱敏電阻和控制電路組成，圖示出了溫度控制裝置的方框圖。,自動溫度控制原理方框圖,致冷器的冷端和激光器的熱沉接

9、觸，熱敏電阻作為傳感器，探測激光器結(jié)區(qū)的溫度，并把它傳遞給控制電路，通過控制電路改變致冷量，使激光器輸出特性保持恒定。 目前，微致冷大多采用半導(dǎo)體致冷器，它是利用半導(dǎo)體材料的珀爾帖效應(yīng)制成的電偶來實現(xiàn)致冷的,數(shù)字光發(fā)送機的基本組成包括均衡放大、碼型變換、復(fù)用、擾碼、時鐘提取、光源、光源的調(diào)制電路、光源的控制電路（ATC和APC）及光源的監(jiān)測和保護電路等。如圖所示：,圖為 數(shù)字光發(fā)送機原理方框圖,8.4 信號經(jīng)過發(fā)送支路時進行的處理,（1）均衡放大：補償由電纜傳輸所產(chǎn)生的衰減和畸變。 （2）碼型變換：將HDB3碼或CMI碼變化為NRZ碼。 （3）復(fù)用：用一個大傳輸信道同時傳送多個低速信號的過程。

10、 （4）擾碼：使信號達到“0”、“1”等概率出現(xiàn)，利于時鐘提取。 （5）時鐘提?。禾崛CM中的時鐘信號，供給其它電路使用。 （6）調(diào)制（驅(qū)動）電路：完成電/光變換任務(wù)。 （7）光源：產(chǎn)生作為光載波的光信號。 （8）溫度控制和功率控制： 穩(wěn)定工作溫度和輸出的平均光功率。 （9）其他保護、監(jiān)測電路：如光源過流保護電路、無光告警電路、LD偏流（壽命）告警等。,補充： 光發(fā)送機的指標(biāo),光發(fā)送機的指標(biāo)很多，我們僅從應(yīng)用的角度介紹其主要指標(biāo)。包括平均發(fā)送光功率及其穩(wěn)定度、光功率發(fā)射和耦合效率、消光比等。,(1) 平均發(fā)送光功率及其穩(wěn)定度 平均發(fā)送光功率又稱為平均輸出光功率，通常是指光源“尾纖”的平均輸出光功率。 平均發(fā)送光功率穩(wěn)定度是指環(huán)境溫度變化或器件老化過程中平均發(fā)送光功率度相對變化量。,為了獲得最佳的耦合效果，一般出廠的光源都帶一段尾纖,(