光网络设备制造论文052513104何庆丰.docx

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1、物理导电3工程学浣光网络设备制造论文题目CATV光接收机原理及应用专业光电信息科学与工程班级光电131姓名何庆丰学号052513104指导老师李方强时间摘要在光纤通信系统中，光接收机(Optica1.receiver)的任务是以最小的附加噪声及失真，复原出光纤传输后由光载波所携带的信息，因此光接收机的输出特性综合反映了整个光纤通信系统的性能。光放射机放射的光信号经传输后，不仅幅度衰减了，而且脉冲波形也展宽了，光接收机的作用就是检测经过传输的微弱光信号，并放大、整形、再生成原传输信号。而CATV光接收机中对光探测器有如卜要求：A、在系统工作的波段范雨内有很高的响应效率,即对工作波段内入射的光信号

2、，光探测器能输出较大的光电流，事实上不同材料对各种波长的光的响应效率是不一样的，在运用光探测器时必需合理选择所用的器件，才能满意系统要求。B、有足够的响应度，输出电流与输入光功率是线性关系，以保证信号不失真。C、噪声低，频带宽。光探测器在光电变换中引入的噪声应尽量小，因为光探测器的入射光信号一般相当微弱，又是光接收机的最前级，对系统的我噪比影响较大。D、牢靠性高、寿命长、性能稳定，能适应肯定的温度等环境条件改变，另外还要求光探测器体积小、价格低、偏置简洁等。关键词：光接收机CATV光接收机目录一、光接收机的核心功能组件1二、光接收机的结构及原理22.1光接收组件22.2光功率指示32.3光接收

3、机的功率放大52.4CATV光工作站点62.5CATV性能特点92. 6原理框图9三、总结10参考文献H一、光接收机的核心功能组件依据用途的不同，有两类主要的光接收机一一数字接收机、模拟接收机。数字接收机用来接收数字基带光信号，模拟接收机用来接收RF或微波信号。数字接收机的性能要求与模拟接收机显著不同，数字接收机要求在频率很高很低时的响应平坦，如它的频率响应在低到300HZ时还要保持平坦。相反，模拟接收机只须要在有用的频率范围内保证响应平坦就可以了，除了平坦度的要求，全部模拟接收机的设计都必需有好的线性特性，以满意系统要求的CSO、CTB失真的指标。无论数字接收机还是模拟光接收机影响其主要性能

4、的部件都是前端接收部分，该部分般都包括P1.N光探测器、低噪声前置放大器及他们之间的一些接口电路组成。无论是困难的光工作站还是简易的光接收机都包含这一部分器件，因而此处把这三部分作为光接收机的功能组件介绍。前面已经具体介绍了光探测器的原理及性能指标，光探测器的主要功能是实现光信号对电信号的转换，其不仅是该组件的核心，也是光接收机的核心。应用在CATV系统中的光探测器的波长一般要求为I1.OO-160Onm,大多采纳InGaAS化合物，作为一特性能优良的光探测器，要求其具有：量子效率高、噪声低、光电转换线性好、温度特性稳定、具有足够的带宽、牢靠性高、体积小等系列优点。在调制系数、光探测瑞的平均接

5、收光功率、温度相同的状况卜.，暗电流、结电容、量子效率对光探测器的载噪比影响较大。光探测器的阻抗很高，须经一宽带阻抗匹配电路与前置放大器级联，才能获得好的噪声性能，除了实现阻抗匹配,该匹配电路还能降低杂散电容和前置放大器输入电容的影响。低噪声前置放大器的功能是把光电流转变为电压，并且要求噪声低、非线性失真小，没有合适的前端放大器的设计，光电流的放大会加重许多传输的模拟信号的非线性失真。PIN光探测器的低噪声前置放大器及接口电路的设计是光接收机的重要技术，该组件将确定一分光接收机（站）的性能指标及档次二、光接收机的结构及原理2.1 光接收组件在光接收的应用中也只有分别组件与集成一体组件的区分，下

6、面为集成体组件与分别组件的差异。集成一体化组件具有明显的优势，是有线电视技术发展的趋势，除了一般性指标外，集成一体化组件兼有温度限制功能。单从这一功能来说，在分立组件中由于PIN管距离前置放大相对较远，其受前置放大温度的影响相对较轻，温度对PIN管的影响的冲突并不特别突出。假如集成一体组件中没有温控电路，由于-PIN管与前置放大紧密结合，虽然有模块的底座散热条散热，PIN管的温升仍旧比较明显，尤其是组件中配置大电流、高增益的前置放大，温升就越大，目前绝大部分国产组件都没有温控电路，而且有些生产厂家为了找寻卖点，采纳大增益的前置放大器，导致组件的工作电流较大，从而使组件的温升变大，影响PIN管的

7、性能。进口的名牌组件目前已有大部分产品采纳温控功能电路，保证组件的温升对P1.N管的影响最小。带温度补偿电路的光接收模块具有明显的优点：组件性能随温度改变小，噪声系数指标得到较好的改善，相对于指标的优化，成本就特别低。目前在高档光接收机中都采纳具有温度补偿功能的集成组件，以提高整机的环境适应性。2.2 光功率指示光功率指示是光接收机的附属功能电路，虽然有无该电路并不影响光接收机的性能指标，但光功率指示却有助于光接收机的运用者便利的操作与故障推断。显示精确的光功率指示功能电路起到了光功率计的作用，对子系统维护具有重要的意义，尤其是对于没有光功率计的用户，有光功率指示意义非同一般。目前光功率指示电

8、路有三种不同的档次：（1）用一只发光二极管指示光功率的有无。其显示原理是：光功率指示单元功能电路（一般为集成运放构成的比较器）自动跟踪检测光探测器的工作电流，并将它转换成电压，该电压与基准电压进行比较，一旦检测电压高于基准电压，就说明有光功率指示，即驱动发光二极管点亮，指示有光功率。基准电压的设置各厂家并不一样，有的设置为-5dB,也有的可能设置的更低。针对于-5dB的状况作一说明，由于输入光功率大，PIN管的工作电流变大，将电流的改变转换成电压的改变，假如光接收机的输入光功率在-5dB时对应的检测电压为0.5V,则基准电压就设置为略低于0.5V的值（如设置为0.48V,设置值低是考虑比较器的

9、精度），一旦检测电压大于基准电压048V,比较器就驱动发光二极管发光，表明有光功率输入，假如输入光功率太低（小于-5Db）,指示电路将指示无光功率输入。这种光功率指示比较粗糙，假如设置基准光功率为-5dB,只要输入光功率大于-5dB,指示发光二极管就始终点亮，无法推断光功率的真实值，后期维护中光功率是否改变浮动也无从知道。在低档光接收机中都采纳这一种光功率指示。（2）用多只发光二极管粗略的指示光功率的改变。其显示原理是，采纳多只比较器跟踪检测电路检测到的工作电压，驱动各档的发光二极管点亮，以指示光功率的改变，这种功率指示采纳的发光二极管越多，指示精度相对就越高。有的产品采纳4只发光二极管分别指

10、示5dB2dB、OdB、2dB,也有的产品用8只发光二极管,分别对应指示光功率的值为-5dB、-4dB、-3dB、-2dB,-IdB.OdB.+1.dB、+2dB,即便是采纳多只发光二极管指示光功率也有两种档次。第一种指示是采纳简洁的比较器构成指示电路，如指示5dB-2dB、OdB、2dB,当光功率大于-5dBm、小于-2dBm时，只有-5dBm指示亮，假如光功率大于-2dBm,则-5、-2指示二极管全点亮，假如此时间功率在OdBm左右，则-5、20三只发光管全点亮。其次种指示是采纳相对困难的窗口比较器,设定肯定的电压范围作为比较的指示范围，针对于8只发光二极管的指示，其设定依据通常是：在光功

11、率值在45-5.5范围时，-5指示二极管点亮，表示此时的光功率在-5dBm左右，在光功率值在-3.5-25范围时，-2指示二极管点亮，表示此时的光功率在-2dBm左右，依次类推：实际运用时，在随意时刻只有一只发光二极点亮，粗略的指示光功率的范围。而前一种指示通常是多只二极管点亮。给人的感觉似乎是显示不精确。其实这两种显示虽然原理差不多，但应用于光接收机整机，效果却大不一样。（3）用数码管或液晶显示屏精确显示光功率。该种显示的原理是：检测单元电路检测到PIN管的精确工作电流值并把其转换成电压，此电压经过模、数转换集成电路，变成可供数码管或液晶屏显示的数字量（a、bg七个重量），然后进入驱动电路最

12、终到达数码管或液晶屏精确显示即时的光功率值，该种显示精度相当高，般显示精度在0.01,显示单位因厂家产品不同而不同，有的以MW为单位，有的以dBm为单位。该种功率显示电路相对于前面用发光二极管指示的两种电路，既有技术含量又有便利好用性。该种显示电路的成本相对较高，一般都应用于高档光接收机中，有些厂家为了吸引用户眼球，在中低档光接收机中也有应用。假如光接收机中采纳这种功率指示电路，无论对施工调试还是后期的系统维护都有帮助，相当于预置/一台光功率计在光接收机中。从好用性的角度动身，用户在选择光接收机时，也应对光功率指示有所注意，尤其是对那些无光功率计的用户，数码管指示光功率确有重要意义。2.3 光

13、接收机的功率放大在光接收机中，功率放大都采纳集成一体化模块，依据信号的放大流程，前面一级放大通常都采纳低噪声、推挽放大模块，后面一级都采纳功率倍增模块。在光接收机中，放大模块的质量好坏对光接收机的影响较大，放大模块的选择也确定了光接收机的档次与价位，光接收机的输出电平的设定是由放大模块的增益确定的。由于后级功率倍增模块的增益可选的范围比较小，一般增益为18dB或20dBc因而光接收机的RF增益主要由前级推挽放大模块确定，其模块增益从18dB到30dB不等。在光接收机模块的选择上有多种方式：可采纳硅放大模块、GaAS放大模块、进口模块、国产模块等诸多配置。当光接收机在低电平输出时，放大模块的指标

14、对光接收机的整机指标影响不大，假如光接收机实现高电平输出则放大模块的影响将是主要因素。前面已对各种不同种类的放大模块作了介绍。在选用光接收机时肯定对模块的种类与档次有所选择，才能买到即符合系统须要又货真价实的产品。2.4 CATV光工作站点传统的CATV广播安排网，随HFC网络的改造，向通信式的双向交互网发展，光纤网络和无源电缆安排网将是HFe网络架构的主导模式。HFC网络的目标就是成为一个能为本地区（城市）供应多种信息业务服务的宽带多媒本通信平台：从目前的HFC网络发展态势看起具有明显的特点：光纤向用户逐步延长，光接点的服务半径越来越小，双向用户渐渐增多，RF放大器的应用越来越少，光接点以后

15、的网络牢靠性得到大幅度提高。随着用户对服务质量要求的提高，光接点最终将是无源安排网络，即不采纳RF放大瑞,只由光接收设备供应高电平信号，覆盖结点四周用户。一般的光接收机将无法再胜任作为光接点接收设备的高要求，为适应这一发展，解决双向用户共享带宽的制约，提高网络服务质量，可升级的通信型光站应运而生，其将是宽带HFC用户接入网的主导设备。各个生产厂家推出的光工作站的具体结构及功能并不一样，作为光工作站其与光接收机有明显的区分。（1）按功能结构区分。光工作站一般具有多于4个独立的高电平输出端口，每端输出电平一般要求大于IIOdB,以适应干脆用于用户安排，增加覆盖的要求。而光接收机的输出电平一般不高，

16、既使是高电平输出光接收机，其最大输出也一般低于108dB;光工作站具有完备的功能模块（或预留插口），而光接收机由于采纳小外壳，功能模块单元相对很小，主要功能仅是实现光电转换，即使有回传放射模块，也相当简洁，无法适应将来双向光接点的较高要求。（2）按牢靠性区分。光工作站一般都采纳高冗余度，通常都对关键的功能模块实现备份，常见的功能备份有如下几种：a、电源备份，通常光工作站可插入两个高效开关电源，在一个电源出现故障时，内部限制单元可自动切换到另一个电源。b、光备份,光备份有光接收备份、光放射备份。光接收备份：光工作站可插入2个以上的光接收功能模块，分别接收不同路由的光信号，当路出现故障时，限制单元将刚好切换到另路；光放射备份：光工作站可插入2个以上的回传放射模块，组成回传模块热备份。光接收机一般结构简洁，不采纳模块插接结构，更谈不上功能备份，其牢能性相对较低，（3）按网