光模块接收电路

Optical Powermater Clock Buffer Clock Pattern Generator
(Transmmitter)
(Receiver)
百度文库 •
伪随机二进制序列（PRBS） PRBS：Pseudo Random Binary Sequence 序列长度2n-1，即每隔2n-1个比特就重复 PRBS的特点：
Clock
CP D CP Q D CP Q D CP Q D CP Q D CP Q D CP Q D
D-FF
1
D-FF
2
D-FF
3
D-FF
4
D-FF
5
D-FF
6 (R)
D-FF
7 (n)
Q
PRBS Output
XOR gate
“ n” 7 11 15 23 31
序列长度（bits） 127 2,047 32,767 8,388,607 2,147,483,647
Vout
Iin
AGC电路（1）--可变跨阻
AGC电路（2）--消直流和二极管限幅
消直流电路原理
AGC电路（3）--混合方案
•
• •
•
TIA应用 TIA和探测器偏置（Vpd）必须通过良好的 去耦滤波电路供电 PD和TIA必须有良好的屏蔽 TIA的通频带(-3db高频截止频率)： fH=(0.7～0.75)× 数据率 fH过小，会产生码间干扰；过高，会降低信 噪比 选用低的等效输入噪声电流、高的跨阻抗 的T1A，才能得较高灵敏度
限幅放大器 • TIA输出的是模拟信号，要把它转换成数字 信号才能被信号处理电路识别 • 限幅放大器起的作用就是把TIA输出的幅度 不同的信号处理成等幅的数字信号 • 限幅放大器 Limiting Amplifier 主放大器 Post Amplifier 量化器 Quantizer
限幅放大器工作原理和典型电路
Patter Generator
Clock Source Pattern Generator Data Buffer Data Optical Transmitter Optical Variabl Attenuator Optical Data Receiver
Error Analyzer
Decision Circuit Error Detector Counter
时钟和数据恢复（CDR）电路
• 在数字通信系统中，码元同步是系统正常 工作的必要条件 • 时钟和数据恢复电路（Clock and Data Recovery —CDR）的作用就是在输入数据 信号中提取时钟信号并找出数据和时钟正 确的相位关系
锁相环（PLL）电路
• 基本锁相环（PLL）电路主要由三部分组成： 相位检测器（鉴相器 PD） 低通滤波器（LPF） 压控振荡器（VCO）
D Flip-Flop
评估CDR的基本性能
• 抖动—包括抖动传递、抖动发生、抖动容 限、抖动峰值 • 相位误差 • 捕获（锁定）时间 • 捕获范围
锁相环（PLL）电路
• 这是改进型PLL电路，由下列几部分组成： 相位频率检测器—PFD 充电泵 环路滤波器 压控振荡器—VCO N分频器
Data Input up PFD down
Charge Pump
Loop Fiter
VCO
÷N
Output
CDR典型电路（1）
D Flip-Flop
CDR典型电路（2）
PRBS可以由n个移位寄存器串接并加上反馈产生 在2n-1比特长度内，‘0’‘1’是随机分布的（类似噪声）， 其中0和1的个数是相等的
•
1. 2.
3.
在PRBS码型中包含最大n个连‘1’码和n-1个连‘0’码 （反转后就是n-1个连‘1’码和n个连‘0’码）
伪随机码的产生
27-1 PRBS Generation
• 限幅放大器主要有三 部分组成： 直流耦合多级放大器 直流漂移补偿（自动 调零）电路 光功率检测告警电路 （有滞回的比较器）
接收灵敏度
• 接收灵敏度指光接收机满足指定 比特差错率（如10-10或10-12）时 可接收的最小平均光功率(dBm) 这是光接收机的重要指标之一 • 噪声是限制接收灵敏度的最主要 因素 • 右图就是误码率和信噪比的关系 曲线 • 只要知道了TIA的等效输入噪声 电流，应用此曲线就可推算出接 收灵敏度
光模块接收电路 原理与应用
主要内容
• • • • 前置放大电路工作原理 限幅放大器电路工作原理 误码率测试和接收灵敏度评估 时钟数据恢复（CDR）电路工作原理
电流—电压转换电路
Vcc
Vcc
i
Rf
i R
+
i
-
A
u o =KiR
A
(b)
u o =iR f
(a)
• 电流i流过电阻R就会产生电压iR(a) • 运算放大器构成的I-V变换电路(b) 这种I-V变换电路中有一个负反馈电阻Rf，所以又被称做 跨阻放大器（TIA—Tranimpedance Amplifier ）
最长连1个数 7 11 15 23 31
最长连0个数 6 10 14 22 30
为何采用PRBS？
• PRBS相当于“随机数据”，因此它的频谱特征 （在有限频带内）与白噪声接近，所以它适合用 于测试通信系统的性能 • 这种数据的排列规则是确定的 • 一个PRBS序列可以串/并转换成多路（2、4、8、 16…路），每路输出的速率降低，但仍然保持原 序列的一切特征；反之，同一时钟源低速率多路 （2、4、8、16…路）同一n数的PRBS可以经并/ 串转换成高速率的n阶PRBS。在高速时很容易产 生PRBS和测量误码率
接收灵敏度测量
图案发生器 Pattern Generator Clock 误码检测仪 Bit Error Detector
Data
光发送模块
光可变衰减器
Rx Data
待测光接收模块
什么是比特误码率？ • 比特误码率（BER—Bit Error Ratio）是衡 量一个光接收机性能的最基本的参数
接收的误码比特数 在测量时间内误码数 BER= = 被接收到的比特数 比特率X测量时间
• BER的表示形式：1× 10-N 或者 1.0E-N
(N是正整数)
影响误码率的因素
• • • • • • • • 光功率（和消光比）的大小 信号噪声比（SNR） 传输速率（数据比特率） 抖动 信号码型 工作波长 码间干扰 模块中元器件性能劣化或故障
误码仪（BERT）
• 误码仪（Bit Error Ratio Tester）由码型发生器和 误码分析仪组成 • 它通过比较码型发生器产生的数据码和光接收机 收到并转换成电信号的数据码来测试待测光接收 机在不同输入光功率时的误码率
• • • • •
对TIA的技术要求 低的等效输入噪声电流 高输入阻抗，低输入电容 足够宽的通频带fH≈0.75× 工作速率 宽动态范围 Rf要足够大，以保证有足够大的输出电压
跨阻放大器典型电路
• 右图是分离元件构成的 TIA典型电路 • Q1也可以采用高频FET， 这样输入阻抗可以做得很 高 • 因为采用分离元件，寄生 参数的影响就很严重，所 以电路的工作速率不高， 通常在早期低速模块中采 用
一个跨阻放大器IC原理电路
• 上图是一个低速差分输出的集成电路TIA的内部原 理电路
自动增益控制（AGC）电路
• 放大器对大信号是双 向限幅的 • 光信号是单向的（0、 1） • 光信号过大时就会产 生脉冲失真（单边削 波），‘0’‘1’判别就会 出错—出现误码 • TIA就必须有AGC功能， 以保证足够的信号动 态范围