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1、主主 要要 内内 容容 前置放大电路工作原理 限幅放大器电路工作原理 误码率测试和接收灵敏度评估 时钟数据恢复（CDR）电路工作原理 APD及APD偏置电压的升压电路原理 电流电流电压转换电路电压转换电路 电流i流过电阻R就会产生电压iR图(a) 运算放大器构成的I-V变换电路图(b) 在这种I-V变换电路中，接入一个负反馈电阻Rf，所以又被称做跨阻放 大器（TIATranimpedance Amplifier ） 跨阻放大器的优点：减小了放大器输入端的电容，使电路的通频带 得到扩展，以适应高速率使用 V cc R i Auo=i R if f (b) V cc + - R i Auo=K i
2、R (a) 对对TIATIATIATIA的技术要求的技术要求 低的等效输入噪声电流 高输入阻抗，低输入电容 足够宽的通频带fH0.75工作速率 宽动态范围 Rf要足够大，以保证有足够大的输出电压 跨阻放大器典型电路跨阻放大器典型电路 右图是分离元件构成的 TIA典型电路 Q1也可以采用高频FET， 这样输入阻抗可以做得很 高 因为采用分离元件，寄生 参数的影响就很严重，所 以电路的工作速率不高， 通常在早期低速模块中采 用 一个跨阻放大器一个跨阻放大器ICICICIC原理电路原理电路 上图是一个低速差分输出的集成电路TIA的内部原 理电路 自动增益控制（自动增益控制（AGCAGCAGCAGC）
3、电路）电路 放大器对大信号是双 向限幅的 光信号是单向的（0、 1） 光信号过大时就会产 生脉冲失真（单边削 波），01判别就会 出错出现误码 TIA就必须有AGC功 能，以保证足够的信 号动态范围 I in Vout AGCAGCAGCAGC电路（电路（1 1 1 1）- - - -可变跨阻可变跨阻 AGCAGCAGCAGC电路电路(2)-(2)-(2)-(2)-消直流和二极管限幅消直流和二极管限幅 消直流电路原理消直流电路原理 AGCAGCAGCAGC电路电路(3)-(3)-(3)-(3)-混合方案混合方案 TIATIATIATIA应用应用 TIA和探测器偏置（Vpd）必须通过良好的 去耦
4、滤波电路供电 PD和TIA必须有良好的屏蔽 TIA的通频带(-3db高频截止频率)： fH=(0.70.75)数据率 fH过小，会产生码间干扰；过高，会降低信 噪比 选用低的等效输入噪声电流、高的跨阻抗 的TIA，才能得较高灵敏度 限幅放大器限幅放大器 TIA输出的是模拟信号，要把它转换成数字 信号才能被信号处理电路识别 限幅放大器起的作用就是把TIA输出的幅度 不同的信号处理成等幅的数字信号 限幅放大器 Limiting Amplifier 主放大器 Post Amplifier 量化器 Quantizer 限幅放大器工作原理和典型电路限幅放大器工作原理和典型电路 限幅放大器主要有三 部分组
5、成： 直流耦合多级放大器 直流漂移补偿（自动 调零）电路 光功率检测告警电路 (有滞回的比较器) 接收灵敏度接收灵敏度 接收灵敏度指光接收机满足指定 比特误码率(如10-10或10-12 )时可 接收的最小平均光功率(dBm) 这是光接收机的重要指标之一 噪声是限制接收灵敏度的最主要 因素 右图就是误码率和信噪比的关系 曲线 只要知道了TIA的等效输入噪声 电流，应用此曲线就可推算出接 收灵敏度 接收灵敏度测量接收灵敏度测量 图 案 发 生 器 Pattern Generator 误 码 检 测 仪 Bit Error Detector 光 发 送 模 块 待测光接收模块 D ata Rx D
6、ata 光可变衰减器 Clock 什么是比特误码率？什么是比特误码率？ 比特误码率(BERBit Error Ratio)是衡量 一个光接收机性能的最基本的参数 BER= = BER的表示形式：110-N 或者 1.0E-N (N是正整数) 接收的误码比特数 被接收到的比特数 在测量时间内误码数 比特率X测量时间 影响误码率的因素影响误码率的因素 光功率(和消光比)的大小 信号噪声比(SNR) 传输速率(数据比特率) 抖动 信号码型 工作波长 码间干扰 模块中元器件性能劣化或故障 误码仪误码仪(BERT)(BERT)(BERT)(BERT) 误码仪(Bit Error Ratio Tester
7、)由图案发生器和误 码分析仪组成 它通过比较图案发生器产生的数据码和光接收机 收到并转换成电信号的数据码来测试待测光接收 机在不同输入光功率时的误码率 Clock Source Pattern Generator D ata Buffer Clock Buffer D ata Patter Generator Optical Receiver Optical Transmitter Decision Circuit Error Detector Counter Pattern Generator Error Analyzer Optical Variabl Attenuator D ata C
8、lock Optical Powermater (Transmmitter)(Receiver) 伪随机二进制序列伪随机二进制序列(PRBS)(PRBS)(PRBS)(PRBS) PRBS：Pseudo Random Binary Sequence 序列长度2n-1，即每隔2n-1个比特就重复 PRBS的特点： 1.PRBS可以由n个移位寄存器串接并加上反馈产生 2. 在2n-1比特长度内，0和1是随机分布的(类似噪声)，其 中0和1的个数是相等的 3.在PRBS码型中包含最大n个连1码和n-1个连0码(反转后 就是n-1个连1码和n个连0码) 伪随机码的产生伪随机码的产生 D-F F QD
9、C P D-F F QD C P D-F F QD C P D-F F QD C P D-F F QD C P D-F F QD C P D-F F QD C P X O R gate 2 7-1 PRBS Generation Clock 12345 6 (R) 7 (n) PRBS Output “n” 7 3 1 2 3 1 5 1 1 序 列 长 度（bits）最 长 连1个 数最 长 连0个 数 12776 2,047 3 2,767 8,388,607 2,147,483,647 1 11 0 1 51 4 2 32 2 3 13 0 为何采用为何采用PRBSPRBSPRBSPRB
10、S？ PRBS相当于“随机数据”，因此它的频谱特征(在 有限频带内)与白噪声接近，所以它适合用于测试 通信系统的性能 这种数据的排列规则是确定的 一个PRBS序列可以串/并转换成多路(2、4、8、 16路)，每路输出的速率降低，但仍然保持原序 列的一切特征；反之，同一时钟源低速率多路(2、 4、8、16路)同一n数的PRBS可以经并/串转换 成高速率的n阶PRBS。在高速时很容易产生 PRBS和测量误码率 时钟和数据恢复时钟和数据恢复(CDR)(CDR)(CDR)(CDR)电路电路 在数字通信系统中，码元同步是系统正常 工作的必要条件 时钟和数据恢复电路(Clock and Data Reco
11、very CDR)的作用就是在输入数据 信号中提取时钟信号并找出数据和时钟正 确的相位关系 锁相环锁相环(PLL)(PLL)(PLL)(PLL)电路电路 基本锁相环(PLL)电路主要由三部分组成： 相位检测器(鉴相器 PD) 低通滤波器(LPF) 压控振荡器(VCO) 锁相环锁相环(PLL)(PLL)(PLL)(PLL)电路电路 这是改进型PLL电路，由下列几部分组成： 相位频率检测器PFD 充电泵 环路滤波器 压控振荡器VCO N分频器 P F D Charge Pump Loop Fiter V C O NOutput D ata Input u p dow n CDRCDRCDRCDR典
12、型电路典型电路(1)(1)(1)(1) D Flip-F lop CDRCDRCDRCDR典型电路（典型电路（2 2 2 2） D Flip-Flop 评估评估CDRCDRCDRCDR的基本性能的基本性能 抖动包括抖动传递、抖动发生、抖动容 限、抖动峰值 相位误差 捕获 (锁定)时间 捕获范围 雪崩光电二极管雪崩光电二极管(APD)(APD)(APD)(APD) 利用光生载流子雪崩效应工作的PN结光电 二极管叫做雪崩光电二极管,它能使信号光 电流发生倍增,从而使接收机灵敏度增加 APD在工作时需要比较高的反向偏压,模块 中要附加额外的DCDC升压电路,增大了 模块的成本和电路的复杂程度 APD
13、APDAPDAPD的工作特点的工作特点 需要比较高(3070V)的反向偏压，最佳 Vapd0.9Vbr Vbr 是APD的反向击穿电压 Vbr 是正温度系数，所以升压电路输出的 Vapd 要做温度补偿 APD要求稳定、“干净”的反向偏压， 否则 会影响接收灵敏度 过大的光电流(0.51mA)会烧坏APD， 在测试时，输入光功率不能超过0-4dBm DCDCDCDCDCDCDCDC升压电路原理升压电路原理 DCDCDCDCDCDCDCDC升压电路波形升压电路波形 DCDCDCDCDCDCDCDC升压典型电路升压典型电路 DCDCDCDCDCDCDCDC输出倍压电路输出倍压电路 SW 1 GND
14、2 FB 3 SHDN 4 VIN 5 L C1 D1D2D3 C2 C3C4 R1 R2 Vapd OUTVcc IN 倍压电路原理倍压电路原理 1.开关管关断，在电感L上产生反激电压，通过D1 对C3充电，VC3=VO 2.开关管开通，L充电，D1断，C3通过D2向C2转移 电荷，C2被充电到VO(C3=10C2 VC2=VO) 3.开关管关断， L上产生的反激电压与VC2叠加,通 过D3对C4充电 VC4=VO+VC2=2VO DCDCDCDCDC DC DC DC 升压电路元件升压电路元件 二极管肖特基二极管或高速开关二极管 要求小的反向恢复时间tr50ns 结电容5pF 功率电感线绕磁芯电感 最好有屏蔽罩 考虑直流电阻值RDC小、合适的电流额定值 输入输出端滤波电容 要求有小的等效串联电阻ESR 多层陶瓷电容是很好的选择
