如何設(shè)計(jì)光纖收發(fā)器的相關(guān)應(yīng)用電路？

光纖電路的收發(fā)器設(shè)計(jì)是復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)，需要選擇收發(fā)器組件以適應(yīng)損耗以及激光二極管和光電二極管的動(dòng)態(tài)范圍。可以根據(jù)它們的相對(duì)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(huì)加劇這些組件的局限性。確定光纖電路中的插入損耗預(yù)算后，即可確定相關(guān)組件的電路功率預(yù)算?！半娐饭β暑A(yù)算”與“插入損耗預(yù)算”可以互換使用，并且這兩個(gè)術(shù)語肯定是相關(guān)的。確定插入損耗預(yù)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(shè)計(jì)中，需要仔細(xì)將其與接收光電二極管配對(duì)。

盡管光纖電纜中的電磁和光學(xué)行為可能會(huì)變得非常復(fù)雜，但是光纖電路的設(shè)計(jì)卻非常簡單。從光學(xué)的角度來看，只有三個(gè)關(guān)鍵組件：

激光二極管：這會(huì)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(hào)。顯然，構(gòu)建收發(fā)器模塊還需要其他光學(xué)和電子組件。諸如透鏡和耦合器之類的光學(xué)組件對(duì)于發(fā)送和檢測(cè)數(shù)據(jù)脈沖很重要，而在MMF中進(jìn)行多路復(fù)用/多路分解則需要衍射光柵。這些都會(huì)給光學(xué)系統(tǒng)增加一些損耗，在配對(duì)發(fā)射器和接收器組件時(shí)需要考慮這些損耗。

在設(shè)計(jì)光纖電路時(shí)，通常首先選擇光纖的類型，因?yàn)檫@受電路長度和電路將在其中運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)類型的限制。因此，您需要首先確定插入損耗預(yù)算，然后才能專注于配對(duì)激光二極管，光電二極管和其他光學(xué)組件。這是確定插入損耗預(yù)算作為整體電路功率預(yù)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(shè)計(jì)和仿真驅(qū)動(dòng)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(fù)載線將定義收發(fā)器的動(dòng)態(tài)范圍。發(fā)送器側(cè)的驅(qū)動(dòng)電路需要具有低相位噪聲，以確保數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)具有低抖動(dòng)。

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(shè)計(jì)，而且可以保護(hù)原有銅纜LAN設(shè)備的投資，成為當(dāng)前市場(chǎng)的迫切需要。光纖收發(fā)器可讓設(shè)計(jì)者實(shí)現(xiàn)單模千兆位以太網(wǎng)應(yīng)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(jī)盒。發(fā)射器包含一個(gè)符合GE LX規(guī)范的1300nm激光器，它是由一個(gè)定制的、硅雙極IC驅(qū)動(dòng)的，將差分PECL邏輯信號(hào)變換為激光二極管模擬驅(qū)動(dòng)信號(hào)。接收器含有一個(gè)InP— PID光電二極管，它與一個(gè)定制的硅雙極跨導(dǎo)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(shè)置的信號(hào)檢測(cè)電路，一旦檢測(cè)到有用的光信號(hào)就提供一個(gè)PECL邏輯高信號(hào)，這個(gè)單端PECL輸出通過一個(gè)負(fù)載驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)PECL輸出。機(jī)盒由高強(qiáng)度、抗熱、抗化學(xué)腐蝕和良好阻燃性的塑料制成，整體設(shè)計(jì)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(hào)互連。發(fā)射器輸入是直流耦合至激光器驅(qū)動(dòng)電路的，亦即在輸入處，并未設(shè)置電容耦合終端電阻。激光器的驅(qū)動(dòng)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(duì)地平衡。如果數(shù)據(jù)具有長又連續(xù)的狀態(tài)時(shí)間，輸出光功率則會(huì)漸漸地將其平均值改變至它的預(yù)設(shè)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(shí)際數(shù)據(jù)是直流耦合至各自的輸出引腳。信號(hào)檢測(cè)輸出是單端、+5V PECL信號(hào)，也是直流耦合至它的輸出引腳。當(dāng)然，在收發(fā)器與支持的物理層集成電路之間應(yīng)設(shè)置正確的互連電路。

電子部件符合各項(xiàng)有關(guān)的法規(guī)，讓用戶在使用時(shí)更安全、更可靠。靜電放電(ESD)。防止ESD損壞有兩件重要的事項(xiàng)。一是對(duì)ESD敏感的器件應(yīng)采取相應(yīng)的預(yù)防措施，采用接地的跨接線，操作臺(tái)和地板是防靜電的。二是機(jī)殼中暴露在外部的元件，如雙ISC連接器應(yīng)符合強(qiáng)制性的系統(tǒng)級(jí)ESD測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。電磁干擾(EMI)。高速收發(fā)器應(yīng)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(duì)鄰近設(shè)備的干擾。EMI性能還依賴于機(jī)殼的設(shè)計(jì)和電路板在機(jī)殼內(nèi)的正確安裝。