光纤系统光电转换新技术

光纤系统光电转换新技术

贾英江

(军械工程学院,石家庄　050003)

贾向英

(石家庄市养路费稽征处,石家庄　050001)

摘要:介绍了提高光纤传输能力的OC 12/STM 4接收/发送芯片组,及SDH /

SONET 光纤系统中光电转换部件。

关键词:光纤系统,光电转换,芯片组。

O /E transformation new technology in fiber systems

J I A Yingj iang

(O r dnance Eng ineering Instit ut e,Shijiazhuang 050003)

J IA X iangy ing

(Ro ad T oll Checking and L evy ing Depar tment of Shijiazhuang,Shijiazhuang 050001)

Abstract :In this paper ,OC 12/ST M 4reciev ing /transmission chips group w hich is used to enhance the tr ansmission ablity o f fiber,and the O/E transformation com po nents in SDH/SON ET fiber sy stems are presented.

Key words :fiber sy stem ,O /E tr ansform atio n ,chips gro up .

1　引　言

随着电脑业的迅猛发展及其与可视电话、传真等业务的结合,对电信网络的传输能力提出了更高要求。目前电信网络传输介质越来越多地采用了光缆。光缆的物理特性允许若提高传输速率或改进传输技术即可实现扩容。当前许多国家已经建立了光纤网络并在进一步扩展。本文介绍了支持提高光缆(FO)传输能力的OC12/ST M 4接收/发送芯片组,并介绍一些SDH/NET 光纤传输系统中光/电(O/E)转换部件。

光缆传送数据,是在发送端将电信号转换为光信号,在接收端再将光信号转换为电信号。这些必要的转换由接收/发送单元完成,其中既包括电子器件,也包括光学元件。

2　FO 收发器简介

光纤网络数据传送广泛使用时分复用(TDM )技术,现已达到10Gbps 的位速率。高速光纤系统的标准位速率如表1所示。目前,又出现了技术更新的波分复用(WDM ),即采用不同波长的数据流,通过一条光纤第22卷　第5期

　2000年10月 光　学　仪　器OPT ICAL IN ST RU M ENT S V ol.22,No.5

Octo ber ,2000

传送多路时分复用数据。WDM 接收器和发送器中的电子器件随WDM 传输系统中光源和线路放大器的性能而有所不同。SOH /SONET 光纤系统中典型的接收/发送单元如图1所示。 表1　

高速光纤系统的标准位速率

SONET 标准

SDH 标准位速率OC 1

—51.84M bps OC 3

ST M 1155.52M b ps OC 12

ST M 4622.08M b ps OC 48

ST M 16 2.4883Gbps OC192ST M 649.9533Gbps

图1　S DH/S ONET 光纤传输系统的接收/发送单元

2.1　光接收器

光接收器检测来自光纤的光信号并将其转换为电信号,在恢复出数据和时钟波形前还要对其进行放大。这取决于数据位流速率和后续CM OS 系统的规格,有时还需要对数据流进行串/并转换。图1展示了接收器如何恢复时钟和数据,并提供串行或并行位流。

2.1.1　光电检测器

光电检测器将接收到的光信号转换为电流信号。PIN 二极管相对价廉,并与电子器件工作于同一电压,但对于给定的光功率,它所产生的电子数要比APD 少。APD 接收灵敏度较高,传送距离远。但APD 的偏置要求特殊,偏置电路必须提供30V ～100V 范围内(与APD 类型有关)的反向偏置电压。另外,APD 噪声较大,价格较贵,并要求冷却。

2.1.2　互阻放大器(T IA )

光电检测器将检出电流首先送到互阻放大器(T IA ),使电流转换为电压。转换后的单端电压被T IA 放大以满足高性能接收器的要求。TIA 应该既能承受高过载,又具有高输入灵敏度(即大动态范围)。

为了提供高输入灵敏度,以便适应来自于老化的或远距离发送器的微弱光信号,T IA 的噪声必须降至最低。另一方面,高的过载承受能力是为了避免由于强光信号引起的失真造成误码。此外,TIA 的最大可用增益依赖于工作频率。为保证稳定工作和必要的频宽,增益仅能在一狭窄的范围内进行优化选择。这种限制可能会造成低功率光信号产生的输出电压不能满足进一步处理的要求。为了对TIA 的1mV ～2mV 范围的小信号电压进行放大,TIA 单元必须接后置放大器。

2.1.3　限幅放大器限幅放大器顾名思义就是提供一个固定摆幅的输出电压,最大值与输入信号强度无关。需・18・　光　学　仪　器第22卷

要说明一点的是它还包括一个失效指示器(LOP ),当输入信号掉落到用户定义的门限以下时发出报警。作为一个系统参数,该门限必须能够外部调节。用一个带有回差的比较器作为LOP 指示,当信号电平接近门限时能够保证无抖动操作。

2.1.4　数据时钟恢复电路

接收单元中紧跟在限幅放大器之后的一个关键器件是时钟及数据恢复电路(CDR )。CDR 完成定时和幅度甄别,产生一个定时和幅度恢复后的数据流。首先从接收信号中恢复的是时钟。实现时钟恢复功能的方式很多(外部SAW 滤波、外部参考时钟等)。

时钟数据恢复电路的主要问题在于能否满足IT U —T 推荐的抖动规范要求。抖动是指位跳变(“0”到“1”或反之)没有发生在严格的位置。这种效应可通过图2所示的“眼图”显示出来,它是由多个伪随机序列重叠而产生的图形。利用“套模”测量“眼框”开度,可用来衡量数据流的

质量。

图2　表现数据流信号质量的“眼图”

ITU —T 推荐规范对于抖动的允差、传递和插入进行了限制。LA 输出信号的质量(对应眼的开度)通常很低,主要受光纤系统中不理想元件的影响。要达到一般的无差错操作,必须对CDR 的输入数据抖动有一定限制,所有的线路终端接收器单元和再生器必须符合ITU —T 所推荐的抖动允差。

传递抖动是指输入CDR 的抖动传递到其输出的部分,插入抖动是指CDR 自身产生的抖动。在一个远距离传输系统中,要求CDR 的这两项指标必须符合ITU —T 规范,这是因为每一级CDR 的恢复时钟控制向下一级的传送,随着信号一级一级地传递造成抖动的积累。而对于线路终端接收器抖动插入和抖动传递不必符合ITU —T 的推荐。此时,再生数据被同步至系统时钟。

除了抖动效应,噪声和失真同样降低了用于判断接收位逻辑状态的有效时隙。在接收到的数据信号前后沿不对称的情况下,为了进一步降低误码率,系统应该具备调节时钟和数据之间相位关系的能力。相位锁定环路(PLL)是同步时钟和数据流,保证时钟对准数据字中间的关键技术。

CDR 通常具有失锁(LOL)报警,可用于监视PLL 是否锁定于接收数据流。CDR 的再生数据流和恢复时钟常常被送到一分路器,转换比率取决于数据位速率和CMOS 系统器件的接口容量(速度)。分路器需要具有CM OS 兼容接口。为了实现串行数据流与不同分路器输出的位定向,分路器应该具备位同步能力。

2.2　光发送器

光纤系统中的光发送器将来自CMOS 系统器件的位流转换为光学数据流。如图1所示,它包括一个含时钟合成的合路器(取决于系统规格和发送位速率)、一个驱动器和一个光源。・19・第5期贾英江等:　光纤系统光电转换新技术