chapter3光接收机与光发射机.ppt

§3.6 光接收机 光信号 光检 测器 前置 放大 主放 大器 均衡 滤波 判决器 时钟提取 输出 AGC电路 性能指标:接收灵敏度、 误码率或信噪比 前端 线性通道 时钟提取与数据再生 对信号进行高增益放大与整形，提高信噪比，减少误码率。 偏压控制 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 光接收机动态范围 动态范围：在一定误码率条件（BER=10-9）下，光接收机所允许的最大接收光功率（过载光功率） P0与光接收机灵敏度Pr的比值。 动态范围主要是为了适应实际使用中各中继段的距离会有较大差别的要求。动态范围一般在20dB以上。 谢谢大家！ 感谢您的观看！ * 发光二极管的工作特性 LED P-I特性 LED是非阈值器件，发光率随工作电流增大，并在大电流时逐渐饱和。LED的工作电流通常为 50mA-100mA，