如何設計光纖收發(fā)器的相關(guān)應用電路？

光纖電路的收發(fā)器設計是復雜的電路設計，需要選擇收發(fā)器組件以適應損耗以及激光二極管和光電二極管的動態(tài)范圍。可以根據(jù)它們的相對輸出功率和靈敏度簡單地選擇這些組件，但是光纖電路損耗也會加劇這些組件的局限性。確定光纖電路中的插入損耗預算后，即可確定相關(guān)組件的電路功率預算?！半娐饭β暑A算”與“插入損耗預算”可以互換使用，并且這兩個術(shù)語肯定是相關(guān)的。確定插入損耗預算后，就可以選擇合適的Tx激光二極管來沿光纖發(fā)送數(shù)據(jù)脈沖，并且可以確定激光二極管的輸出功率范圍。在收發(fā)器設計中，需要仔細將其與接收光電二極管配對。

盡管光纖電纜中的電磁和光學行為可能會變得非常復雜，但是光纖電路的設計卻非常簡單。從光學的角度來看，只有三個關(guān)鍵組件：

激光二極管：這會沿光纖發(fā)送光數(shù)據(jù)脈沖。

光纖：光纖的幾何形狀將決定波長(最小頻率)和通道數(shù)(以MMF為單位)。

光電二極管：接收光電數(shù)據(jù)脈沖并將其轉(zhuǎn)換為電信號。顯然，構(gòu)建收發(fā)器模塊還需要其他光學和電子組件。諸如透鏡和耦合器之類的光學組件對于發(fā)送和檢測數(shù)據(jù)脈沖很重要，而在MMF中進行多路復用/多路分解則需要衍射光柵。這些都會給光學系統(tǒng)增加一些損耗，在配對發(fā)射器和接收器組件時需要考慮這些損耗。

在設計光纖電路時，通常首先選擇光纖的類型，因為這受電路長度和電路將在其中運行的網(wǎng)絡類型的限制。因此，您需要首先確定插入損耗預算，然后才能專注于配對激光二極管，光電二極管和其他光學組件。這是確定插入損耗預算作為整體電路功率預算一部分的方法。確定收發(fā)器所需的Tx和Rx組件后，就需要設計和仿真驅(qū)動器和接收器電路。接收器電路非常簡單，基本上是帶有低噪聲放大器的雪崩光電二極管電路。放大器的線性范圍和光電二極管的負載線將定義收發(fā)器的動態(tài)范圍。發(fā)送器側(cè)的驅(qū)動電路需要具有低相位噪聲，以確保數(shù)字數(shù)據(jù)具有低抖動。

光纖收發(fā)器電路圖

快速以太網(wǎng)光纖收發(fā)器不僅大大簡化局域網(wǎng)的設計，而且可以保護原有銅纜LAN設備的投資，成為當前市場的迫切需要。光纖收發(fā)器可讓設計者實現(xiàn)單模千兆位以太網(wǎng)應用的解決方案。該產(chǎn)品由三部分構(gòu)成：光發(fā)射器、光接收器以及內(nèi)置雙工SC連接器的機盒。發(fā)射器包含一個符合GE LX規(guī)范的1300nm激光器，它是由一個定制的、硅雙極IC驅(qū)動的，將差分PECL邏輯信號變換為激光二極管模擬驅(qū)動信號。接收器含有一個InP— PID光電二極管，它與一個定制的硅雙極跨導型前置放大器IC安裝在一起，并連接至后置放大器與數(shù)字化電路。后置放大器中設置的信號檢測電路，一旦檢測到有用的光信號就提供一個PECL邏輯高信號，這個單端PECL輸出通過一個負載驅(qū)動標準PECL輸出。機盒由高強度、抗熱、抗化學腐蝕和良好阻燃性的塑料制成，整體設計有極高的抗干擾和EMI性能。

數(shù)據(jù)線互連

該收發(fā)器可直接與+5V PECL信號互連。發(fā)射器輸入是直流耦合至激光器驅(qū)動電路的，亦即在輸入處，并未設置電容耦合終端電阻。激光器的驅(qū)動電路也是直流耦合的，使各種占空比數(shù)據(jù)圖形的輸出光功率相對地平衡。如果數(shù)據(jù)具有長又連續(xù)的狀態(tài)時間，輸出光功率則會漸漸地將其平均值改變至它的預設值。

在接收器部分，前置放大器與后置放大器之間是交流耦合的，而后置放大器輸出的實際數(shù)據(jù)是直流耦合至各自的輸出引腳。信號檢測輸出是單端、+5V PECL信號，也是直流耦合至它的輸出引腳。當然，在收發(fā)器與支持的物理層集成電路之間應設置正確的互連電路。

電子部件符合各項有關(guān)的法規(guī)，讓用戶在使用時更安全、更可靠。靜電放電(ESD)。防止ESD損壞有兩件重要的事項。一是對ESD敏感的器件應采取相應的預防措施，采用接地的跨接線，操作臺和地板是防靜電的。二是機殼中暴露在外部的元件，如雙ISC連接器應符合強制性的系統(tǒng)級ESD測試標準。電磁干擾(EMI)。高速收發(fā)器應滿足抗電磁干擾要求，如美國的FCC、歐洲的CENELEC EN55022(CISPR22)、日本的VCCI等。電子部件要控制電磁輻射來減少對鄰近設備的干擾。EMI性能還依賴于機殼的設計和電路板在機殼內(nèi)的正確安裝。