光发射机APC及ATC电路研究与分析
光端机 (4)
自动功率控制电路
• 为了稳定激光器的输出功率,需要具有 自动功率控制(APC)电路,APC电路 一般利用一只与LD封装在一起的PIN监 测LD后向输出的光,根据PIN输出的大 小而自动的改变对LD的偏置电流,使其 输出光功率保持恒定。可能引起激光器 输出功率变化的两个因素是芯片温度的 变化和激光器的老化效应。
光发射机的调制电路(主 要电路)
• 光源注入合适的偏置电流和调制电流就 能发射光,也就是说可以通过直接调制 电流信号从而调制光信号,这也就是直 接调制名称的由来。 • 这在发射机中是由驱动电路完成的, 通常说的驱动电路实际上应该能提供恒 定的偏置电流和调制电流,并采用一定 的机制保持光功率不变。驱动电路由调 制电路和控制电路两部分组成。调制电 路为主要电路。
数字光发射机
数字光发射机方框图
数字光发射机对光源的要 求
• 系统对光源的要求是很高的,包括: • 1、波长稳定性要求:WDM系统对光源 发射波长的稳定性具有较高的要求,波 长的漂移将导致信道之间的串扰。 • 2、功率稳定性要求:某信道功率的漂移, 不仅影响本信道的传输性能,而且通过 EDFA的瞬态效应影响其他信道的性能。
激光器的瞬态性质与调制
• 对半导体激光器进行脉冲调制时,激光 器往往呈现出复杂的瞬态性质。 • 电光延时现象 • 张弛振荡现象 • 自脉动现象
电光延时现象与张弛振荡现象
• 当电流脉冲注入激光器时,激光输出与 注入电脉冲之间存在一个时间延迟,称 为电光延迟时间。激射后,输出光脉冲 又表现出衰减式的振荡,称之为张弛振 荡。
• B由直流偏置电流Ib来确定,但是当 直流偏置电流Ib减小时,光源的输出 功率将降低,光源的谱线宽度增加。 实践证明,一般取Ib=(0.7~1.0) Ith。在此范围内,能比较好的处理消 光比与其它指标之间的矛盾。
激光器及其驱动器电路原理与光模块核心电路设计讲解
激光器及其驱动器电路原理与光模块核心电路设计武汉电信器件有限公司模块开发部王松摘要:本文描述了激光器及其驱动、APC及消光比温度补偿电路原理与光模块核心电路设计技术,并简单介绍了半导体激光器的基本结构类型和各自应用特性,着重论述了激光器驱动电路、APC电路、消光比温度补偿电路原理与应用技术,对激光器调制输出接口电路信号与系统也进行了详细的分析计算。
关键词:半导体激光器,驱动,调制电路,APC,温度补偿,阻抗匹配,信号分析,系统1. 引言随着全球信息化的高速发展,人们的工作、学习和生活越来越离不开承载着大量信息的网络,对网络带宽的要求还在不断提高,光载波拥有无比巨大的通信容量,预计光通信的容量可以达到40Tb/s,并且和其他通信手段相比,具有无与伦比的优越性,未来有线传输一定会更多的采用光纤进行信息传递。
近几年以来,干线传输、城域网、接入网、以太网、局域网等越来越多的采用了光纤进行传输,光纤到路边FTTC、光纤到大楼FTTB、光纤到户FTTH、光纤到桌面FTTD 正在不断的发展,光接点离我们越来越近。
在每个光接点上,都需要一个光纤收发模块,模块的接收端用来将接收到的光信号转化为电信号,以便作进一步的处理和识别。
模块的发射端将需要发送的高速电信号转化为光信号,并耦合到光纤中进行传输,发射端需要一个高速驱动电路和一个发射光器件,发射光器件主要有发光二极管(LED)和半导体激光器(LD)。
LED 和LD 的驱动电路有很大的区别,常用的半导体激光器有FP、DFB 和VCSEL 三种。
WTD光模块通常所用发射光器件为FP 和DFB 激光器。
2. 半导体激光器半导体激光器作为常用的光发射器件,其体积小、高频响应好、调制效率高、调谐方便,且大部分激光器无需制冷,是光纤通信系统理想的光源。
激光器有两种基本结构类型:(1)边缘发射激光器,有FP(Fabry-Perot)激光器和分布反馈式(DFB)激光器。
FP激光器是应用最广的一种激光器,但是其噪声大,高频响应较慢,出光功率小,因此FP 激光器多用于短距离光纤通信。
APC电路和消光比温度补偿
某个FP光器件的测试报告表明全温度范围的斜效率
SE = 54mW/A @ -40 oC (3)
SE = 49mW/A @ +25 oC (4)
SE = 32mW/A @ +85oC (5)
由此可知,要保证高低温模块的消光比和 平均发射功率不变,Laser Driver需要给器件 提供的偏置电流和调制电流需要满足如上的变 化规律, 在功率和消光比为确定值的前提下,调 制电流的变化规律可以初步确定。因为Ibias主 要由芯片的APC电路根据功率变化自动控制, 我们所做的补偿主要针对Imod。
通过LD速率方程组的瞬态解得到的张弛振荡频率ωr及其幅度 衰减时间τo和电光延迟时间td的表达式为:
j w [ ( 1)]1 2 sp ph jth jth o 2 sp j j td sp ln j jth
1
(4.1) (4.2) (4.3)
式中,τo是张弛振荡幅度衰减到初始值的1/e的 时间,j和jth分别为注入电流密度和阈值电流密度。τsp 和τph分别为电子自发复合寿命和谐振腔内光子寿命。 在典型的激光器中,τsp≈10e-9s, τph≈10e-12s,即 τspτph。
驱动器功耗 输出调制电流
多2~4个元件
有低速率限制
元件多LD引脚不能靠近 LD引脚直接连接LDD 驱动器芯片,不易匹配 芯片,易于匹配,高速 性能好 较大 较大(不受 ‘Headroom’限制) 较小 较小(受‘Headroom’ 限制)
LD和驱动芯片接口
LD和驱动芯片接口要求
1. TO型激光器安装在PCB边沿时,接地层要扩展 到PCB边沿以减少管脚引线电感,过大的电感 会使波形边沿速度变慢 2. 激光器要尽可能靠近驱动器芯片,只要接线长度 小于传输波长,可以不考虑传输线的几何尺寸, 减少线宽有利于减小寄生电容 3. 要仔细考虑高速信号电流环路,尽量减小返回路 径的连接阻抗,并使高速电流环路闭合面积最小, 就能减少EMI 4. 在激光器阳极处Vcc要有足够的旁路电容,以降 低高速电流切换而产生的电源开关噪声
光模块APC及ERC原理
了解一款产品,重点在于每个IC的具体原理及功效,以及外围电路的匹配。
我司SFP产品所用芯片,主要有三类:激光器驱动、探测器限放、IIC通讯。
其他IC还有稳压芯片、升压芯片、比较器,以及单片机MCU等等。
三大类芯片,也许会有各自的不同型号,但其原理都大同小异。
所以我们就以MAX3738为例,了解一下产品的工作原理。
下图为MAX3738内部及其外部电路的原理框图:可以看到,该芯片的主要功能,就是APC和ERC功能,以及信号的调制。
APC功能APC功能较为简单。
器件的背光探测器将所检测到的光信号强度,转换为响应电流(也就是背光电流)并输送给芯片。
而芯片内部则是做一个背光电流的镜像,通过这个镜像电路电流的变化,来控制给激光器的偏置电流,从而保证背光电流的稳定。
而背光电流的稳定,在器件自身稳定的情况下,也就保证了输出光功率的稳定。
在此,提一下器件的TE测试。
器件的TE测试,就是在恒定背光电流的前提下,去看前光功率的变化。
而在此状态下的前光功率变化,因素可能有以下几个方面:A、光路耦合效率的高低温变化B、LD自身的前光与后光功率比例变化C、PD监测效率变化D、PD响应电流的效率变化E、…TE性能差的器件,根据不同的原因,也会有可能影响到模块消光比。
比方说使用了芯片K系数补偿的模块,在背光变化的情况下,芯片的APC功能则会改变Ibias,从而K系数补偿的调制电流也同样发生了变化,导致消光比的变化;即使没有K系数不错的模块,也会因为眼图的整体上移(或下移)而导致功率和消光比变化。
参考芯片资料,我们可以得到以下APC相关的推算公式:P avg=SE×(I bias−I th)(交流耦合)P avg=SE×(I bias+12×I mod−I th)(直流耦合)P avgI m=ρmon(背光监控效率)I m=12×V refR apc以上,是可以从芯片资料上直接得到的计算公式。
南邮光纤通信系统第3章5节作业的
第三章5节作业
1、光驱动电路的基本结构是什么?特点是什么?
答:(p108~109)图3.3.5为用于LED单管共发射极驱动电路。
电路简单,易于调整,但仅适用于低速率调制。
图3.5.6、3.5.8为用于LED、LD驱动电路,为射极耦合开关电路,转换速率快,适用于高速率调制。
2、APC与ATC电路起何作用?
答:(p109)为了克服温度及老化造成的输出功率的下降,在驱动电路中要采取稳定补偿措施,这就是自动功率控制(APC)和自动温度控制(ATC)。
ATC控制利用LD组件内的半导体致冷器及热敏电阻进行反馈控制即可恒定LD芯片的温度。
APC可通过两条途径来实现,一是自动跟踪Ith的变化,使LD 偏置在最佳状态;二是控制调制脉冲电流幅度Im,自动跟踪ηd(外量子效率)的变化。
由于一般ηd随温度的变化不是非常大,因此简单的办法是通过检测直流光功率控制偏置电流,也能收到较好的效果。
3、画出光发射机的方框图,并简述图中的各部分的作用。
答:
功能简述:
输入电路将输入的PCM脉冲信号进行整形,变换成NRZ/RZ码后通过驱动电路调制光源(直接调制),或送到光调制器,调制光源输出的连续光波(外调制)。
驱动电路为光源提供线性调制电流。
预偏置电路主要针对LD光源P-I特性预先加入直流偏置电流。
自动偏置电路为了稳定输出的平均光功率和工作温度,通常设置一个自动偏置控制及温控电路。
告警电路是对光源寿命及工作状态进行监测与报警。
光纤通信网络
驱动电路起调制作用,调制分为内调制(即直 接调制)和外调制(即间接调制)。内调制是直接 在光源上调制,系统结构较简单,广泛应用于通信 系统中;外调制是在光输出通路上加调制器,对光 源性能影响小,但系统结构复杂,目前尚未广泛应 用。图中给出的驱动电路,是用输入电信号的大小 来直接调制发光器件的发光强度,所以属于内调制 。驱动电路的输入电脉冲信号和发光器件的输出光 脉冲信号都要求是光纤码型信号; APC电路用来使光信号的功率稳定而不随外界条 件变化;
1.前端(光检测器)
光检测器和前置放大器合起来叫做接收机的前端, 其性能的优劣是决定接收机灵敏度的主要因素。 光检测器实现光电转换 目前普遍使用的光检测器是半导体光电二极管(如 PIN、APD雪崩光电二极管)。 光检测器的性能特别是响应度和噪声直接影响光接 收机的灵敏度。对光检测器的基本要求是高的光电 转换效率、低的附加噪声和快速的响应。
致冷器的冷端和激光器的热沉接触,热敏电
阻作为传感器,探测激光器结区的温度,并把
它传递给控制电路,通过控制电路改变致冷量 ,使激光器输出特性保持恒定。
自动功率控制(APC)
GND R R Sq R R R R R GND R UEE R C GND R GND R
- +
R R PIN
-
V1
V2
L LD
长的寿命,GaAs LED的平均失效时间可以轻易超过
10 6 小时,在25º C工作条件下可以大于10 7 小时,
InGaAsP 的失效时间在25º LED的失效时间接近1096小时。 InGaAsP LD C时通常被限制在10 小时。
尽管如此,MTTF=106小时的LD也足可以用在设计
使用时间为25年的海底光缆系统的光发射机中。
APC电路和消光比温度补偿
自动功率控制(APC)原理
通过检测背光二极管(MD) 产生的光电流(平均值)来实 现闭环控制
APC调节偏置电流来保持平 均输出光功率稳定;APC只 对偏置电流回路起作用
APC对调制电流无法控制, 温度升高,斜效率降低,调制 幅度变小,APC却使偏流加 大,消光比就变小了
调制电流和偏置电流设置原理
调制电流和偏置电流的大小都可以用
+Vcc
镜像恒流源来设置
上图是基本型镜像恒流源电路
Ir
Rr
Io
当Q1和Q2严格配对时 Ir=Io
Ir的又是由Rr来决定的,所以改变Rr就 可以设置Io
Q2
Q1
+Vcc
下图是实际常用的一种镜像恒流源电路 Ir
Io
Io≈IrR2/R1
Rr
通过改变外接电阻R2,就可以设置Io
LD老化的情况下,改变IBIAS,保持PAVG不变 4. 故障告警、保护电路 5. 调制电流、偏置电流监控电路 6. 输入端整形电路(D触发器或二极管钳位)
+U
LD Ib
PD 检测 器
输出 监测
Uin
V1
UB1 V3
V2Βιβλιοθήκη - UA1 A1 +C
UR
Io
电流 源
Rf
信号参考 Uin
图 4.8 反馈稳定LD驱动电路
温度变化后… …
温度升高时斜效率降低,而此时APC电路却使偏流 加大了,调制幅度相对变小,从而消光比变小 — 单 一的APC无法稳定消光比
温度变化时, 在同样的发射光功率下,背光二极管 (MD)产生的光电流(平均值)发生了变化。MD 的眼踪误差引起APC的跟踪误差 — 光功率会因为 MD的跟踪误差产生较大的变化 要求MD跟踪误差小于1 dB(1.5dB)
精选光收发设备概述
3.光和物质的相互作用
图3-6 原子的受激吸收
3.光和物质的相互作用
(3)受激辐射处于高能级E2的电子,当受到外来光子的激发而跃迁到低能级E1时,放出一个能量为hf的光子。由于这个过程是在外来光子的激发下产生的,因此叫做受激辐射。受激辐射的特点如下。① 外来光子的能量等于跃迁的能级之差。② 受激过程中发射出来的光子与外来光子不仅频率相同,而且相位、偏振方向和传播方向都相同,因此称它们是全同光子。③ 这个过程可以使光得到放大。
2.半导体激光器的工作特性
图3-18 激光器输出特性曲线
2.半导体激光器的工作特性
(2)光谱特性半导体激光器的光谱随着激励电流的变化而变化。激光器产生的激光有多模和单模。
2.半导体激光器的工作特性
图3-19 GaAs激光器的光谱
2.半导体激光器的工作特性
图3-20 GaAlAs/GaAs激光器的典型输出光谱
3.光和物质的相互作用
(1)自发辐射发射光子的频率自发辐射的特点如下:① 这个过程是在没有外界作用的条件下自发产生的,是自发跃迁。② 辐射光子的频率亦不同,频率范围很宽。③ 电子的发射方向和相位也是各不相同的,是非相干光。
3.光和物质的相互作用
图3-5 原子的自发辐射
3.光和物质的相互作用
(2)受激吸收物质在外来光子的激发下,低能级上的电子吸收了外来光子的能量,而跃迁到高能级上,这个过程叫做受激吸收。受激吸收的特点如下。① 这个过程必须在外来光子的激发下才会产生,因此是受激跃迁。② 外来光子的能量要等于电子跃迁的能级之差。③ 受激跃迁的过程不是放出能量,而是消耗外来光能。
1.半导体激光器(LD)的结构和工作原理
图3-16 P-N结形成后的能带分布
射频光发收机的探究及优化设计
41Internet Technology互联网+技术一、引言近年来随着无线射频技术与光纤通信的融合,老一代射频光发收机的弊端暴露无遗,比如射频发射机与接收机分离设计、结构偏大、发光功率不强、接收灵敏度不够等因素已经严重影响射频光传输系统的推广与应用。
特别是在无线通信和卫星通信系统应用场合,为了扩大空间布局和增强业务隐蔽性,需要把天线的射频电信号信转换成光信号,再进行一段距离的光纤传输,至终端机房再把光信号转换成射频电信号。
相对于传统的射频电缆传输方式,射频光传输具有距离远、隐蔽性强、不受电磁干扰等优点,因此射频光传输系统在很多重要领域的应用越来越受到重视。
相对于数字光端机,射频光发收机内部主要采用模拟光传输方式的复杂电路组成,各功能模块输出增益变化较大,系统设备联调繁琐,为了解决这些问题我们将对系统最关键的射频光发收机进行深入分析,不仅对发收机的前后端信号处理电路进行优化设计,还新增防浪涌和防静电保护电路设计,外加在各个电路模块间新增自适应匹配电路,并且通过样机实验验证,使新一代射频光发收机获得更好的结构性和增益平坦度、更强的发光功率和更高的接收灵敏度。
二、射频光发收机的探究及优化设计为了解决老一代射频光发收机的诸多缺点,经过射频光发收机的探究及优化设计段振英(1982.07-)女,汉族,四川内江,硕士,工程师,研究方向:光通信技术;邹琴(1990.09-)男,汉族,广西桂林,本科,工程师,研究方向:光通信技术。
摘要 :伴随着射频通信技术的升级换代,老射频光发收机已不能适应新业务拓展需求,针对其上下行业务走向特点,以及客户对传输距离和容量需求的提升,我们不仅对关键电路做了新增防浪涌和防静电保护电路设计,还在各功能模块间新增匹配电路增强增益变化的自适应性。
并通过样机实验验证,使新一代射频光发收机获得更好的结构性和增益平坦度、更强的发光功率和更高的接收灵敏度,从而提高光纤传输距离,使射频系统获得更大布局空间和更强的隐蔽性,有利于射频通信成为通信系统中的重要一员。
光发射机课件.
告警 检测
图 光发射机的组成框图
6
光传输技术
电信号
1.光发射机组成和原理
光信号
均衡放大:补偿由电缆传输所产生的衰减和畸变。 码型变换:将HDB3码或CMI码变化为NRZ码。 复用:用一个大传输信道同时传送多个低速信号。 扰码:使信号达到“0”、“1”等概出现,利于时钟提取。 时钟提取:提取PCM时钟信号,供给其它电路使用。 调制(驱动)电路:完成电/光变换任务。 光源:产生作为光载波的光信号。 温度控制和功率控制: 稳定工作温度和输出平均光功率。 其他保护、监测电路:如光源过流保护电路、无光告警电路、 LD
1.光发射机组成和原理
光发送电路 ATC
电 均衡 信 放大 号
码型 变换
扰码
时钟提取 输入码型变换电路
线路 编码
调制 电路
光 源
光 信
号Leabharlann 背向APC光监
测
数字光发送机的基本组成包括均衡放大、码 型变换、复用、扰码、时钟提取、光源、光源的调 制电路、光源的控制电路(ATC和APC)及光源的 监测和保护电路等。如图1。
光传输技术
1
光传输技术
光发射机的组成和工作原理 光发射机的性能指标
2
光传输技术 掌握光发射机的框图和工作原理 理解光发射机的性能指标
3
光传输技术
1. 光发射机组成和原理 2. 光发射机性能指标
4
光传输技术
1.光发射机组成和原理
光发射机
光通信系统
光传输设备
光接收机
强度调制/直接检测
5
光传输技术
9
光传输技术
1. 光发射机组成和原理 2. 光发射机性能指标
光发射器光功率控制APC电路[实用新型专利]
专利名称:光发射器光功率控制APC电路专利类型:实用新型专利
发明人:夏京盛,石章如,任礼霞,夏哲
申请号:CN200520063070.8
申请日:20050811
公开号:CN2810094Y
公开日:
20060823
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本实用新型提供一种光发射器光功率控制APC电路,其监视光电二极管PD的负极依序接有一PNP电流镜像电路;一电流电压转换电路;一积分放大电路,其正端输入连接有一受外部控制的带IIC总线接口的数字电位器,用于设置一参考电压Vset;其负端输入与所述电流电压转换电路的输出端连接;和一压控电流驱动电路,其输入端与所述积分放大电路的输出端连接,其输出端与激光二极管LD的偏置电流Iblas管脚连接。
PNP电流镜像电路既为监视光电二极管PD提供反向偏压又将光电流Im作镜像取样;经过积分电路处理后的信号可以使激光二极管LD的输出光功率P o均衡平稳。
申请人:深圳飞通光电股份有限公司
地址:518057 广东省深圳市高新技术产业园南区科技南十二路飞通大厦技术部
国籍:CN
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第4章光源和光发射机-电子通信专业
4.1 光源
4.1.3 发光二极管(LED)
Band gap energy(eV) Wavelength(um)
p
hc Eg
1.2398 (m)
Eg
如: Ga1x Alx As 半导体LED
(x为AlAs与GaAs的摩尔比率)
经验公式:
Eg 1.424 1.266x 0.266x2
2.2
0.5
2.0
0.6
1.8
0.7
1.6 1.40.0
Ga1-xAlxAs at 300K
0.1
0.2
0.3
0.4
Al mole fraction, x
0.8 0.50.9
Eg 单位为 eV
4.1 光源
4.1.3 发光二极管(LED)
线宽:
通常达几十nm
36nm
770
810 850nm
Spectral emission pattern of Ga1-xAlxAs LED with x = 0.08
4.1 光源
4.1.3 发光二极管(LED)
4. LED光束的空间分布
辐射光功率:
P( ) P0 cos
--朗伯(Lambert)分布
半功率点处: =60度
半功率宽度:
face 120
4.1 光源
4.1.3 发光二极管(LED)
30 // 120
4.1 光源
4.1.3 发光二极管(LED)
4.1 光源 4.2 光发射机
主要介绍数字光发射机的基本组成、工作特性 和主要电路!
4.1 光源
4.1.1 半导体的能带理论 4.1.2 PN结 同质结 异质结 4.1.3 发光二极管(LED) 4.1.4 激光二极管(LD)(半导体激光器) 4.1.5 若干半导体激光器简介 4.1.6 半导体光源一般性能和应用
高等教育工程类课件 光发送机(二)
张弛振荡现象
▪ 张弛振荡现象——当电流脉冲注入激光 器时,输出光脉冲会出现幅度逐渐衰减 的振荡现象。其振荡频率一般为0.5到 2GHz。该现象和电光延迟都会影响调制 速率。当最高调制频率接近张弛振荡频 率时,波形严重失真,会使接收机在抽 样判决时增加误码率,故实际调制频率 应小于张弛振荡频率。
▪ 电光延迟 、张t d弛振荡频率 和幅度衰减时r 间 的表达式为:
在设定温度(如20℃)时,调节R3使电桥平衡,A、B点间无电位差,故流 过制冷器TEC的电流为零。当环境温度升高时,LD的温度升高,使具有负温 度系数的热敏电阻阻值变小,电桥失去平衡,使B点电位低于A点电位,运算 放大器输出电压升高,V的基极电流增大,制冷器的电流也增大,制冷端温 度降低,LD的温度也降低,保持温度恒定。控制过程可表示为:
LD的调制特性
▪ 电光延迟 ▪ 张弛振荡现象 ▪ 自脉动现象电光延迟
电光延迟
▪
电光延迟——激光器在高速调制下,输出光脉冲和注入电流脉冲之间存
在的一个初始延迟时间。其数量级一般为ns。
电光延迟会引入码型效应。当电光延迟时间与数字调制信号的码元持续
时间为相同数量级时,会使“0”码后的第一个“1”码脉冲宽度变窄,幅度 变小 ,严重时使单个“1”码丢失,这种现象即“码型效应”。码型效应的 敌特点是在脉冲序列中较多的“0”之后出现的“1”码,其脉冲明显变小, 而且连“0”数越多,调制速率越高,该效应越明显。用适当的“过调制” 补偿,可以消除码型效应。
自动功率控制电路原理图
LD
PD
Ui V1 -U
V2 信号参考
直流参考
-
A1
+ A2 +
Ib
-
A3
V3
APC_AFC_AGC教材ppt课件
(1)RC积分滤波器
1
H ( j )
jC
1
R
1
1
jCR
jC
CR
H(s)
1
1 s
(2)无源比例积分滤波器
H ( j )
1
jC
R2
1
jC
R1
R2
1
1 jCR2
jCR1
R2
1 CR1
H(s)
1 s 2
2 CR2 1 s 1 2
(3)有源比例积分滤波器
H ( j )
1
jC
1
2 AmU1mU2m
sin2ot i (t) o (t) sini (t) o(t)
通过环Kd路1滤2 A波mU器1m滤U2除m 高频
ud
(
t
)
Kd sin i (t) o(t) Kd sin(t)
f [i(tK在的) d一灵为o(t定敏鉴)]u差 变程度相d随作 化度。器两周上单的信期号性反位最的的映为大相正了(输位弦鉴V出)相电。器压,
第八章 小结
• 三种反馈控制电路:PLL、AGC和AFC • 锁相环路是一个相位误差控制系统,其基本组成
部分为:
• 鉴相器 • 环路滤波器 • 压控振荡器
• 锁相环路的锁定、捕获、跟踪、入锁、失锁 • 锁相环路的应用广泛
• 但变化范围是有限的。
六、环路的同步带和捕捉带
• 捕捉带
• 环路能捕捉的最大的输入信号频率变化范围。
• 同步带
• 在环路已进入锁定状态后,压控振荡器能跟踪 输入信号频率变化的范围。
• 又称为PLL的同步特性或非线性跟踪特性。
8.3 锁相环路的应用
一、在调制解调技术中的应用
光发射机的射频激励和核心控制功能电路
光发射机的射频激励功能电路光发射机的任务是把从前端送来的高频电视信号变成光信号,使其能在光导纤维中传输。
光发射机按照调制方式来划分有调频、调幅和数字调制等多种。
目前用得最多的是多路调幅光发射机,在调幅光发射机中按照强度调制的方式不同又分为直接调制光发射机和外调制光发射机。
直接调制光发射机是利用高频电视信号(将信号电流叠加到激光器的偏置电流上)来控制半导体激光器的偏流,进而控制激光器的输出光强;外调制光发射机是在激光器输出激光之后,让其通过一个外调制器,使激光的强度随多路调幅信号电压而改变。
无论那种形式的光发射机都具有射频激励单元电路,在光发射机中,射频激励功能电路是最重要的单元电路。
此功能电路的好坏直接决定着光发射机的指标的优劣。
鉴于目前市场上直接调制光发射机占大多数,此处RF 驱动电路的介绍偏重于直接强度调制光发射机。
我们都知道直接调制光发射机是利用高频电视信号直接驱动激光管,使得光输出强度随着RF 信号强度的变化而变化。
若输入激光器的高频激励信号太大,将会出现限幅失真;反之,若输入激光器的高频激励信号太小,则会使光调制度太小,载噪比指标不能满足要求。
RF 激励电路的作用就是给激光器提供一个合适的高频激励信号。
并且维持高稳态恒定。
同时由于激光器输出功率和偏置电流之间不是严格的线性关系,即使是采用分布反馈多量子阱激光器,在一定的光链路损耗下仍不能完全达到CSO 、CTB 指标,因此为了消除激光器的固有非线性所产生的互调失真,在RF 激励通路还加有预失真补偿电路。
一、射频激励功能电路的结构。
各个厂家生产的光发射机,其RF 激励电路并不完全一致,常用的有以下几种结构。
1.单模块驱动结构。
这种结构的电路采用一个放大模块宽带驱动放大RF 信号,其后是预失真补偿电路。
其结构框图如下:分支检测 这种电路是最简单的一种,市场上的低价光发射机都采用这一种。
可变衰减器的作用是调节光发射机的射频输入电平,以使光发射机有一个合适的激励电平,放大模块的作用是对RF 电视信号进行功率提升。
利用光缆解决音频信号传输问题
利用光缆解决音频信号传输问题1前言濮阳人民广播电台播控中心与发射机房相距200多米,调频机房又与调幅发射机房相距7千多米,给广播节目信号的传输带来了极大的不便。
为了保证信号安全优质地传输到发射机,几年来,想尽了方法,均因故障率高、传输不佳而终止。
1998年10月我台购臵了1kW调频发射机和数字音频工作站,使我台首次实现了音频信号由模拟向数字化的转变。
由播控中心至发射机房的音频信号采用了音频电缆传输,但由于距离远,信号衰减大,推动发射机困难,达不到技术标准,故又增加了音频放大器、调音台等周边设备。
但却出现了噪声问题,经过反复调试和配接,音质仍达不到预定效果。
最后,在中控机房增加了50W小调频发射机,在发射机房增加了调频、调幅接收机,用无线发射、无线接收的方法替代了音频电缆。
但由于中间设备增多,故障率也就随着增高,给人力和物力都造成了极大的浪费,停播率也相对增高。
近几年来,随着广播事业的不断发展,光缆传输系统以其频带宽、容量大、损耗小、抗干扰能力强、非线性失真小、工作稳定、维护方便等优点,越来越多地在音频信号的传输中得到应用。
而光纤设备和光缆的成本也很低,无论从目前还是从长远来看,都是音频电缆无法比拟的。
光缆传输已经成为广播电视系统传输的主要手。
2光纤线路在光传输网络中的根据传输设备的不同,光纤线路在光传输网络中主要有两种应用:一种为数字传输,一般为PDH、SDH制式。
PDH目前较少用于广播电视传输,多用于数据传输。
SDH多用于组建干线传输网,也是目前广电系统采用的传统模式。
另一种为AM模拟传输,AM模拟有线电视光传输系统又可分为直接调制调幅和外调制调幅系统。
直接调制调幅系统是半导体、激励器直接光强度调制,将调频电信号转换成调幅光信号进行传输。
(DFB)激励器,其光谱线窄、线性好、输出功率高(可达十几mW)、光波长为1310nm,目前使用最多,适用于中短距离传输。
3光发送机上海广电集团生产的光发送机KD-50A型,其内部集成有光隔离器、热敏电阻、光功率监测及控制所需的光电二极管,可以提供高线性、低噪声、高功率(最高达20mW)的激光输出。
光功率自动控制电路
光功率自动控制电路摘要:介绍一种采用美国B-B公司三个放大器INA114、OPA177和OPA547构成的光功率自动控制电路。
该电路具有集成度高、元件少、造价适中、性能稳定的特点。
并已在实际应用中取得良好效果。
关键词:仪表放大器电压跟随器功率自动控制光纤通讯 INA114 INA177 OPA547在光纤通讯系统中,光发送电路主要由光源驱动器、光源(主要是半导体光源,包括LED、LD等)、光功率自动控制电路(APC)、检测器、温度自动控制(ATC)以及告警电路等部分组成。
其组成结构如图1所示。
要使半导体激光器克服供电电源波动、器件老化等因素的影响,确保激光器输出功率稳定,就必须设计自动功率控制(APC)电路。
1 激光器的调制及背光耦合为了方便进行自动功率控制,通常半导体激光器内部将激光器LD与背向光检测器PIN集成在一起,其典型工作特性如图2所示。
根据背向光检测器PIN对LD的耦合特性(见图3)可设计适当的外围电路,以完成对LD的自动光功率控制。
2 三个主要器件由于工作需要,我们选用美国B-B公司生产的三种运算放大器INA114、OPA177和OPA547为光发射机设计了自动功率控制(APC)电路,该电路具有集成度高、元件少、造价适中、性能稳定的特点,实际应用效果较果,现介绍如下:INA114是一种低价格、小体积的通用仪表放大器,精度较高。
由于在产生中采用了激光工艺,从而使INA114具有非常低的失调电压(50μV)和温漂(0.25μV/?)以及很高的共模抑制比(G=1000时为115dB),工作电压可以以低至?2.25V,很适合于电池供电的便携式仪器或采用+5V供电的系统中,静态电流最大为3mA。
采用8脚塑料或陶瓷DIP封装或16脚贴面封装形式,工作温度范围为-40?,+85?。
其8脚封装的引脚排列如图4所示。
OPA177是一个精密双极性运算放大器,它个有非常低的失调电压(?10μV)和温漂(0.1μV/?)。
光纤末端打一小结
光纤末端打一小结
1.光发射机与光接收机统称为光端机。
光发射机实现E/O,光接收机实现O/E转换。
2.数字光发射机基本组成包括均衡放大、码型变换、复用、扰码、时钟提娶光源、光源的调制(驱动)电路、光源的控制电路(ATC和APC)及光源的监测和保护电路等。
3.对光源进行强度调制的方法分为两类,即直接调制(内调制)
和间接调制(外调制)。
通常直接调制适用于速率小于的系统。
间接调制适合于高速大容量的系统。
4.数字光接收机主要包括光电检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、时钟提取电路、取样判决器以及自动增益控制(AGC)电路。
5.光接收机的噪声主要来自光接收机内部噪声:包括光电检测器的噪声和光接收机的电路噪声。
光电检测器的噪声包括量子噪声、暗电流噪声、漏电流噪声和APD的倍增噪声;电路噪声主要是前置放大器的噪声。
电视发射机APC系统故障实例分析
电视发射机APC系统故障实例分析
戚仁琨
【期刊名称】《广播与电视技术》
【年(卷),期】1992(000)004
【摘要】1.分频器系统故障彩色电视发射机激励器中伴音调制器和锁相稳频单元的自动相位控制系统,简称APC系统。
APC系统常会发生相位失锁不稳频故障。
当APC系统发生相位失锁故障时,锁相稳频单元插件面板上的自动搜索指示灯一直闪亮,监视器发出刺耳的沙沙声,此时广大电视观众无法收听到电视伴音。
【总页数】4页(P54-57)
【作者】戚仁琨
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TN948.53
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!"# 自动功率控制 $%&电路对主要器件的要求
在 ?DA 电路中 "D3 元件是首要器件 " 对光检测器 D3 的 要求是 &K' 波长响应要和光纤低损耗窗口兼容 " 目前使用的最 佳波长是 K'FF 1#!' 响应度要高 " 在一定的接收光功率下 " 能 产生最大的光电流 " 一般 D<LMD# 的响应率在 NO9P:Q ?RS 范围 " 将响应率与倍增因子的乘积定义为 D3 的灵敏度 #9' 噪 声要尽可能低 " 能接收极微弱的光信号 " 暗电流要小只允许有 几个 8?#>'响应速度要快 "响应时间要短仅为 I:9 8=TUV% 运算放大器是关键器件 "也是集成器件 % 选择器件时应使 运算放大器 ?G 运算放大器 ?U 的参数保持高度的一致 % 同理三 极管 WG 和 WU 的参数也要十分接近 " 开关速度应该达到每秒
光功率随着使用时间增长而变化 ! 时间增加了 "阈值电流会逐 渐增大 "微分量子效率逐渐降低 ! 通常当阈值电流增大到初始 值的 E'F 倍时 "认为激光器寿命终止 ! 在图 G 中 H 是控制线它 的反馈电流范围是阈值电流的 IJI'F 倍 ! 当 "3 激光器发光正 常时 "D3 的检测值与信号参考值一致 " 控制线不产生反馈电 流 #当 "3 激光器发出的光功率减小时 "D3 的检测值小于信号 参考值 " 控制线产生的反馈电流最大值是阈值电流的 I'F 倍 ! 因此当 "3 激光器发出的光功率减小到原始值的三分之二时 " 就认为 "3 元件应该更换 !
$!% 阻值相同 均为 $" ( 此时电桥处于平衡状态 运算
放大器 ) 输入为 "输出也为 "三极管 * 处于截止状态 制冷 器 '+, 不工作 随着时间的增长 -. 元件温度在升高 热敏电 阻 ' 阻值开始变小 电桥开始处于不平衡状态 运算放大器 ) 的输入在逐渐增大 输出也逐渐增大 当 * 的基极电压达到
6-> 02 器件可使汽车部件供应商轻松满足整车 制 造 商对 于 实 现各 种 先 进的 车 载 服务 例 如 紧急 呼 叫 'A,BCC (* 遥控 车 锁 * 车队 管
理 和车 辆 跟 踪的 质 量 要求 ) 为 满 足 )+, ?#:: 标 准 # 英 飞凌 采 用 十分 可 靠 的工 艺 制 造 6-> 02 器 件 # 并 根 据 生 产 件 批 准 程 序 '55)5 ( 的要求 # 提供组件的相关文档 ) 市场研究机构估计 # 今后 ; 年之内将有二分之一的车辆会选用 9!9 系统 ) 充分利用自身称雄业界的创新智能卡微控制器 技术 # 结 合立 足 于 自身 技 术 专长 的 高 级质 量 管 理措 施 # 再 加上 自 身 在汽 车 >, 市 场 的 领 先 地 位 # 英 飞 凌 这 次 推 出 6-> 02 % 车 载 & 系列微控制器 # 目的是大举进入汽车 9!9 这一方兴未艾的市场的所有领域 ) % 开发 9!9 系统的汽车组件供应商需要通过汽车质量标准认证的 @>,, 微控制器 ) 迄今为止 # 还没 有相 关 的 汽车 专 用 硬 件问世 ) & 英飞凌科技芯片卡与安全业务部总经理 7ACDEF GBHHAC 博士指出 #6-> 02 % 车载 & 系 列产 品 的 推出 # 进 一 步巩 固 了 英飞 凌的技术领先地位 # 并为专门针对汽车应用定制的 @>,, 微控制器产品业务的发展铺平了道路 ) 除采 用 高度 可 靠 的制 造 工 艺进 行 生 产外 # 英 飞 凌还 引 进 了 )+, ?$"" 规 定 的 统 计 分 析 和 控 制 系 统 # 确 保 汽 车 行 业 客 户 能 够轻松看懂这些质量数据 ) 此外 # 英飞凌还通过大量的筛选和测试减少产品潜在的缺陷 ) 通过采用这些措施 # 英飞凌大大提高 了 6-> 02 系列器件在 &",$";, 的工作温度范围的结实耐用性 # 并将 其 使 用寿 命 延 长至 $0 年 ) 此 外 #6-> 02 器 件 还 随机 提 供 55)5 文档 # 根据汽车行业的一般要求 # 提供产品质量信息 ) 针 对 英 飞 凌 现 有 产 品 系 列 开 发 的 @>,, 软 件 # 可 轻 松 迁 移 至 全 新 推 出 的 6-> 02 % 车 载 & 系 列 器 件 # 因 为 6-> 02 与 以 往 的
图 > ?@A 电路原理 $%&: > B,C51/4%, +2 ?@A
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! 电子设计工程 "!"#$ 年第 % 期
!"# 温度控制 $%& 电路分析
在图 & 电路中 ' 元 件 是 热敏 电 阻 在正 常 温 度下 它 与 期进行更换 使它们处在最佳工作状态 )', 电路中 关键元 件是热敏电阻 '' 及时感受 -. 元件上的温度变化 它的大 小可以开启制冷设施 从而加速 -. 的降温与散热 随着 6.7 同步数字传输体系数率的不断提高 对这两个电路还将进一 步进行研究与分析 由于电子元件的开关速度会受到速率不 断提高带来的限制 因此将采用 8.9 技术 参考文献
两大类 ! 前者是吸收光子使器件升温 "起到探知入射光能的大 小的作用 # 后者则将入射光转化为电流或电压 " 是以光子 $ 电 子的能量转换形式完成光的检测目的 % 半导体受到光照射时 " 其中的电子会接受光能而激发到高能态上 ! 也就是说 "半导体 中被 原 子 束缚 的 载 流子 吸 收 光后 能 激 发成 为 自 由载 流 子 " 这 种现象称为光电效应 ! 半导体光检测器 D3 完成光电转换就是 基于这种光电效应 !
图 9 "3 组件内部结构 $%&: ; <84508/* =407,4705 +2 "3 ,+16+8584=
外 制 冷 方 式 是 将 外 加 半 导 体 制 冷 器 与 "3 组 件 的 密 封 盒 紧 密 接 触 "通 过 控 制 电 路 给 外 加 制 冷 器 加 直 流 "达 到 控 制
1!3 张克宇 # 滕方奇 /通信光缆线路的维护与施工 193/ 北京 $ 中国
铁道出版社 #!::$/
1%3 李立高 光纤通信工程193北京 $人民邮电出版社 #!::&/ 1&3 刘世春 通信线路维护实用手册 193北京 $ 人民邮电出版社 # !::0/ 1;3 田国栋 光纤通信技术 193西安 $ 西安电子科技大学出版社 # !::</ 123 周雪 / 电子技术基础 193/ 北京 $电子工业出版社 #!::=/
结束语
电路核心部件是 5.它能及时检测到 -. 发光情况
给 )5, 电路提供准确的信息 5. 原件同 -. 原件一样 要定
业界汽车 !"! 系统 #$% &' 微控制器系列
英飞 凌 科技 股 份 公司 近 日 在法 国 巴 黎 % 智 能 卡 暨身 份 识 别技 术 工 业展 & 上 推 出其 适 用 于汽 车 机 器对 机 器 '9!9 ( 系 统 的 全 新 6-> 02 系列 % 车载 & 微控制器 ) 它们是业界首批通过汽 车 电子 委 员 会 ')+, (?#:: 质 量 标 准严 格 认 证的 @>,, ' 通 用 集成 电 路 卡 ( 微控制器 ) 6-> 02 % 车载 & 芯片具备更长的使用寿命 * 更高的数据存储容量 * 更宽的温度范围 * 更大的负载周期数等特性 )
GP X 次 %
' 温度控制 $(& 电路
'"! )* 温度控制电路框图
自 动 温 度 控 制 (?74+1/4%, 451650/4705 ,+840+*' 简 称 ?@A% 温度变化会引起 "3 输出光功率的变化 " 虽然 可 以 通过 ?DA 电路进行调节 "使输出光功率恢复正常值 % 但如果环境温度升 高较多 "经 ?DA 调节后 "H 增大较多 "则 "3 的结温因此也升高 很 多 " 致 使 4C 继 续 增 大 " 造 成 恶 性 循 环 " 从 而 影 响 了 "3 的 使 用寿命 % 因此 " 为保证激光器长期稳定工作 " 必须采用温度控 制电路使激光器的工作温度始终保持在 UP 左右 T9V%
"3 周 围 环 境 温 度 的 目 的 % 通 常 内 制 冷 较 外 制 冷 方 式 更 直
接 )有 效 %
'"' 温度控制 $(& 电路实例
一种自动温度控制 (?@A'电路原理如图 Z 所示 % 由 K)U)
9 和热敏电阻 @组成 * 换能 + 电桥 " 通过电桥把温度的变化转
换为电量的变化 % 运算放大器 ? 的差动输入端跨接在电桥的 对端"用以改变三极管 W 的基极电流 % 在设定温度 (例如 UI ' 时 " 调节 9 使电桥平衡 ") 两点没有电位差 " 传输到运算放 大器 的信号为零 " 流过致冷器 @[A 的电流也为零 % 当环境 温度升高时 ""3 的管芯和热沉温度也升高 " 使具有负温度系 数的热敏电阻 @ 的阻值减小 " 电桥失去平衡 % 这时 点的电 位低于 点的电位 " 运算放大器 ? 的输出电压升高 "W 的基极 电流增大 " 致冷器 @[A 的电流也增大 " 致冷端温 度 降 低 " 热 沉 和管芯的温度也降低 "因而保持温度恒定TFV% 控制过程表示如下 &