《chapter3光接收机与光发射机》.ppt

光接收机的前端 前端：由光检测器、偏压控制电路和前置放大器组成 作用：将耦合入光电检测器的光信号转换为时变电流，然后进行预放大（电流－电压转换），以便后级作进一步处理。是光接收机的核心。 要求：低噪声、高灵敏度、足够的带宽 电信号 光信号 光电 变换 前置 放大 偏压控制 光接收机的前端 根据不同的应用要求，前端的设计有三种不同的方案： 高阻抗前端－场效应管放大器 低阻抗前端－双极性晶体管放大器 跨阻抗前端－跨阻抗放大器 高阻抗前端 尽量加大偏置电阻，把噪声减至尽可能小的值 优点：噪声较低 缺点：动态范围小、高频分量损失太大,对均衡电路提出很高要求. 多用于低速系统. 光接收机前端的等效电路 光接收机的前端 跨阻抗前端 电压并联负反馈放大器（电流-电压转换器） 优点：宽频带（等效输入电阻很小）、低噪声（反馈电阻可以取得很大）、灵敏度高、动态范围大等综合优点，被广泛采用。 低阻抗前端 从频带要求出发选择偏置电阻RL 优点：电路简单，不需要或只需要很少的均衡，动态范围较大 缺点：灵敏度低，噪声较高 光接收机的线性通道 对主放输出的失真数字脉冲进行整形，使之成为有利于判决码间干扰最小的升余弦波形。 可根据输入信号（平均值）大小自动调整放大器增益，使输出信号保持恒定。用以扩大接收机的动态范围。 提供高的增益，放大到适合于判决电路的电平。 主放 大器 均衡 滤波 AGC电路 判决再生与时钟提取 任务：把线性通道输出的升余弦波形恢复成数字信号 为确定是“1”或是“0”，需要对某时隙的码元作出判决。若判决结果为“1”，则由再生电路产生一个矩形“1”脉冲；若判决结果为“0”，则由再生电路重新输入一个“0”。 为了精确地确定“判决时刻”，需要从信号码流中提取准确的时钟信息作为标定，以保证与发送端一致。 判 决 器 时钟恢复 输出 光接收机的噪声特性 光接收机的噪声来自两方面，一是光检测器产生的噪声即倍增噪声与暗电流噪声；另一方面是放大器的热噪声 光检测器 放大器 偏置电阻 光子流 h? RL 暗电流噪声 APD倍增噪声 热噪声 放大器噪声 接收机噪声及其分布图： 暗电流噪声：当没有光信号照射光检测器时，外界的一些杂散光或热运动也会产生一些电子——空穴对，光检测器还会产生一些电流，这种残留电流称为暗电流。 APD倍增噪声：当使用雪崩光电二极管时，倍增过程的随机特性产生附加的噪声。 热噪声：是在有限温度下，导电媒质内自由电子和振动离子间热相互作用引起的一种随机脉动。 放大器的噪声特性取决于所采用的前置放大器类型，通过放大器噪声等效电路和晶体管理论可计算得到。 光接收机主要性能指标 误码数为漏码数及增码数之和。 总的误码数与发送总码数之比称为误码率误码率（BER）：接收机判决电路错误确定一个比特的概率。 P e U S 0 S 1 UD P0(U) P ( 0 / 1 ) P ( 1 / 0 ) S 0 S 1 U D “0”码 t （ a ) ( b ) (a) 接收信号脉冲与(b)概率密度 “1”码 “0”码 “1”码 P1(U) 2?0 2?1 二进制信号的误码概率 判决点上的噪声电压振幅U的概率密度可用高斯分布表示为： σ为噪声电压的均方根值 总的误码率表示为： Q被广泛用来说明接收机的特性。 Q=6，BER=10E-9 Q7， BER10E-12 通常: 2.5Gb/s系统的接收灵敏度对应于BER=10E-9； 10Gb/s系统的接收灵敏度对应于BER=10E-10； 误码概率BRE 光接收机灵敏度 光接收机灵敏度Pr：指在保证规定的误码率条件下（如BER=1×10-10），光接收机所需要的最小光功率值。 光接收机灵敏度的高低和许多因素有关，主要包括以下几个方面。 输入光脉冲形状hp(t) 光检测器件的量子效率η 光接收机放大器的热噪声因子Z APD倍增噪声指数因子χ 单位换算 8?10Gb/s 80km G.652光纤传输实验-误码特性 功率代价 发光二极管总述 尽管发光二极管的输出光功率较低，光谱较宽，但由于使用简单、寿命长等优点，因此，在中、低速率短距离光纤数字通信系统和光纤模拟信号传输系统中，还是得到了广泛应用。 §3.3 光源的调制 光调制：将光信号加载到光源的发射光束上。调制后的光波经过光纤信道送至接收端，由光接收机鉴别出它的变化，再现出原来的信息，称为光解调。 光源的调制分为两类： 直接调制：把要传送的信息转变为电流信号注入LD或LED，从而获得相应的光信号，采用的是电源调制方法，也称内调制方法。仅适用于半导体光源（LD和LED）。 间接调制：利用晶体的电光效应、磁光效应、声光效应等性质来实现对激光辐射的调制，这种调制方法适合于半导体激光器，也适应于其他类型的激光器。 直接调制 模拟信号的直接调制：直接用连续的