第4章_光端机

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1、第4章光端机4.1光发射机4.2光接收机4.3线路编码光纤通信系统组成信源电发射机光发射机光接收机电接收机信宿300-3400Hz模拟基带电信号已调光信号PCM基群或高次群电信号PCM基群或高次群电信号300-3400Hz的基带信号话音光端机在光纤通信系统中的作用：发射端机：将来自电端机的数字电信号经过码型变换，电光调制，以一定的耦合技术注入光纤中传输。接收端机：将从光纤中收到光信号进行光电转换，并经过放大再生还原为原来的电信号。4.1数字光发射机光发射机的基本功能是将携带信息的电信号转换成光信号，并将光信号送入光纤中。光发射机除了前面介绍的半导体光源及其驱动电路之外还包括使系统

2、正常、可靠工作的一些辅助控制电路部分。根据LED、LD的调制特性可以知道，传输不同的数字、模拟信号对光源采取的驱动方式不同以及对信号的处理方式不同，造成了模拟系统与数字系统的差异。本节主要介绍数字光发射机的组成及特性。4.1.1光发射机基本组成数字光发射机的基本组成包括光源和电路两部分。光源是实现电/光转换的关键器件，电路的设计以电源为依据，使输出光信号准确反映输入的电信号。如图所示。输入接口线路编码调制电路光源控制电路输入接口：将电端机送来到HDB3码变换为普通二进制码。线路编码：将普通二进制码变换为适合在光纤链路上传输的码型。调制电路：为光源提供调制电流。控制电路：主要是AP

3、C电路、ATC电路、光源保护电路等。光源：一般为发光二极管或半导体激光器，实现光电转换。光源的驱动电路是光发射机的主要部分，对于目前的通信系统，它将输入的电脉冲信号通过电流强度的调制方式来调制半导体光源发射光脉冲信号。为保证光发射机的正常、可靠地工作，需要对半导体光源的功率、温度等工作状态进行控制，而且要防止在各种异常情况下对器件的损坏，还需要相应的保护控制。光发射机对光源的要求：（1）发射波长应当与光纤的低损耗窗口相一致，且光谱宽度窄。（2）电光效率高，线形好，方向性好。（3）响应速度高。（4）工作寿命长，稳定度高，体积小重量轻。（5）使用方便，价格便宜。调制和控制电路的要求：

4、（1）输出光脉冲的消光比足够大。（2）输出的光脉冲宽度应当足够大，以克服电光延迟。（4）发光的应足够稳定。（3）应有足够的偏置电压，以抑制高速调制下的张弛现象。4.4.2光源的调制特性光源的驱动就是根据输入的电信号产生相应的光信号的过程。根据器件不同、调制方式的不同、输入信号类型的不同，都会有不同的驱动方式。内调制外调制光强度调制：以信号去改变光的功率大小。接收端直接检波IM-DD（immediacymodulate-directdetection）方式（1）调制方式（直接调制）：直接用电信号去驱动光源。利用外调制器对激光器输出直流光信号进行调制。（间接调制）内调制（直接调制）设

5、备简单，但有啁啾，不利于高速调制。IPIPLD调制偏置电流外调制（间接调制）:光源电信号激光器直流驱动电路解决了啁啾现象，适于高速数字信号（SDH/SONET）、模拟CATV、军事雷达等，并且可进行幅度、相位、频率调制，但对光源和光调制器要求很高。（二）影响调制的因素内调制存在的问题：谐振现象、电光延迟、张弛振荡、自脉动、啁啾（1）电光延迟激光器的输出光信号滞后于电信号的现象。td原因：有源区的电子密度必须增加到一定的闸值才会有光出来。影响：出现码型效应，限制调制速度。（2）张弛振荡当电脉冲注入激光器后，输出光脉冲有一个幅度逐渐衰减的振荡。影响：当调制速度接近张弛振荡的频率时，容

6、易产生误判，影响了调制的速度。原因：光子激发与电子注入的时间延迟。通过增加偏置电流可以改善电光延迟和张弛振荡。（3）自脉动现象有些激光器再脉冲调制下或直流驱动下，当注入电流足够大时，输出的光脉冲出现持续等幅的高频振荡。影响调制速度使光源发出的光携带有输入电信号的特性，对于LED与LD由于P―I特性存在差异，它们的驱动电路也就不同。1.LED的驱动LED作为数字系统光源时，驱动电路要求提供几十到几百毫安的“开”、“关”电流。由于发光二极管的特性曲线比较平直，温度对光功率的影响也不严重，因此它的驱动电路一般比较简单，不需要复杂的温度控制和功率控制。下面为LED的几种典型的数字调制驱动

7、电路，适用于不同的应用场合。图4.3共发射极驱动电路图4.3示出由三极管组成的共发射极驱动电路，这种简单的驱动电路主要用于以发光二极管LED作为光源的光发射机。数字信号Uin从三极管V的基极输入，通过集电极的电流驱动LED。数字信号“0”码和“1”码对应于V的截止和饱和状态，电流的大小根据对输出光信号幅度的要求确定。这种驱动电路适用于10Mb/s以下的低速率系统，更高速率系统应采用差分电流开关电路。图4.4射极耦合LD驱动电路图图4.4是常用的射极耦合驱动电路，适合于激光器系统使