光纤通信原理第四章光接收机概要.ppt

4.2 光接收机 4.2.1 光接收机简介 4.2.2 放大电路及其噪声 4.2.3 光接收机灵敏度的计算 4.2.4 光接收机的组成模块 4.2.5 线路编码 4.2.1 光接收机简介 光接收机的组成 光接收机：模拟和数字。模拟光接收机，主要用于光纤CATV系统；数字光接收机，用于大部分通信系统。 检测方式：相干和非相干。相干检测，先将接收的光信号与一个本地振荡光混频，再被光电检测器变换成中频信号；非相干检测，常用的非相干检测是直接功率检测，用光电二极管直接将接收的光信号变换成基带信号。 ③主放大器：将输入放大到判决电平，P-P值1-3 V； ④AGC：控制主放大器增益，使其输出幅度在一定范围内不受输入信号幅度的影响； ⑤均衡滤波器：对主放输出的失真数字信号整形，判决时消除码间干扰； ⑥判决器和时钟恢复电路：对信号进行再生。精确地确定判决时刻，需要从信号码流中提取准确的时钟作为标定，保证收发一致。 光接收机也可分为三部分：①接收机前端：光检测器和前置放大器，是光接收机的核心；②线性通道：主放大器、均衡滤波器和自动增益控制；③判决、再生部分：判决器、译码器和时钟恢复。 光接收机的性能指标 光接收机主要性能指标：误码率（BER）、灵敏度及动态范围 。 误码率是码元被错误判决的概率，用在一定的时间间隔内，发生差错的码元数和在这个时间间隔内传输的总码元数之比来表示。典型范围：10-9-10-12 接收机灵敏度定义：在满足给定的误码率指标条件下，最低接收的平均光功率Pmin。在工程上常用dBm来表示，即 放大器输入端的噪声源 电阻的热噪声和有源器件的噪声，都是由无限多个统计独立的不规则电子的运动产生的，它们的总和的统计特性服从正态分布。放大器噪声的概率密度函数可以表示为高斯函数 对随机噪声，统计平均值m?=?0时，上式可写成 1．光接收机输入端等效电路及噪声源 带有热噪声的电阻可以有两种等效方式: 一种是等效为一个无噪声的电阻和一个噪声电流源并联 。这种等效下并联电流噪声源的功率谱密度为 k是玻耳兹曼常数，K是绝对温度。 另一种等效方式是把带有噪声的电阻等效为一个理想的电阻和一个噪声电压源串联。电压噪声源的双边功率谱密度为 2．放大器输出噪声电压的计算 放大器输出噪声电压方差的计算步骤： 对输入端并联电流源，用各噪声源的功率谱密度乘以放大器的功率增益因子，得输出端功率谱密度；对输入端串联电压源，先将其功率谱密度乘以输入导纳的平方转换成电流源，再乘以放大器功率增益因子，得输出端功率谱密度；输出端功率谱密度对?积分，得输出端噪声电压的方差；放大器各噪声源的概率分布函数均为高斯函数，因此，输出端总噪声电压的方差等于各噪声源的方差之和。 场效应管和双极晶体管的噪声源 1．场效应管的噪声源 场效应管是电压控制器件，最大特点是输入阻抗很高，栅漏电流很小，适合作高阻前置放大器，其主要噪声源有两个 : 栅漏电流的散粒噪声 沟道热噪声 （1）散粒噪声 散粒噪声功率谱密度为 C为电子电荷，Igate是场效应管的栅漏电流 （2）沟道热噪声 场效应管的沟道电导在输出回路（漏极回路）产生一个噪声电流，功率谱密度为 gm是场效应管的跨导；?是器件的数值系数，对Si FET， ；对GaAs FET， 2．双极晶体管的噪声源 散粒噪声 基区电阻的热噪声 分配噪声 （1）散粒噪声 功率谱密度为 Ib是晶体管的基极工作电流 （2）基区电阻的热噪声 基区电阻的热噪声在输入端作为串联电压噪声源，谱密度为 （3）分配噪声 功率谱密度为 将集电极回路里的噪声源等效到输入端，为一个串联电压噪声源，功率谱密度为 对双极晶体管，有下列关系存在 前置放大器的设计 1．低阻型前置放大器 这种前置放大器从频带的要求出发选择偏置电阻，使之满足 Rt≤ 的要求。BW为码速率所要求的放大器的带宽 。 2．高阻型前置放大器 一般只在码速率较低的系统中使用 3．跨（互）阻型前置放大器 实际上是电压并联负反馈放大器 当考虑其频率特性时，上截止频率为 低噪声比低阻型前置放大器低，带宽和