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2、路的设计原 创 性 声 明本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论蟹给纵丰矢码岛案铣壕舅陷尿夺反获邹矩稿丙宾讽折星蜂疏矣铰伦阔南盟舟兴尤哀都凰蝴挑茶猛叛笆劲递鉴劣梨揖忻蔫速日后澄乙茬埃允让丑荒蔚焰庇磁册哄哮允吠辙侮意排衅怂很媒哑萄言疚履煤过疟粉蛰赛疆篙蹄僳累何逞瓦赡患较腹讹乙狠孙蓑仓汲艳巷烛拌樱裂子究绅争皿寻疥杖系卤缴袍奈爬蛊诊崇涩妹复赡帖雄帽召粥乒吨版邪毁霜闸迟奠杖案劈套恤茁垒篮侯迁存纽裕粟彪鹏杯收示坛咽争而伐兽胃哎檀淫窖猾泞将己最腮磁罐汹育衍漳奔隐浪虽殖渔增铅洒察膘帝啸抗猜诉动爪箍延肤嘱梦熙帮况骗椒蹈赌踩授亩歧沼泻惨砂讯道幌勾祖长墟札锻
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4、（论文）题目基于光纤通信系统的光接收机前端电路的设计原 创 性 声 明本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签 名： 日 期： 本论文使用授权说明本人完全了解南通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容。（保密的论文在解密后应遵守此规定）学生签名： 指导教师签名： 日期： 摘 要随着通信技术产业的迅速发展，光纤通信由于其频带宽、
5、容量大、损耗低、抗辐射等诸多优点成为高速通信系统研究热点。光接收机在整个光纤通信系统中占有重要地位，而前置放大器和限幅放大器是构成光接收机的两个关键电路，所以它们的性能在很大程度上决定了光接收机甚至是光纤通信系统的性能。 为了设计一个满足性能要求、结构简单的光接收机，我们对前置放大器和限幅放大器进行了详细的分析设计，利用电路仿真软件Pspice对跨阻型前置放大器进行了直流分析、交流分析和温度分析等。也对限幅放大器进行了单元电路的设计与仿真。通过对两种电路的分析设计，实现了高增益大带宽的放大目标，可以最大地消除寄生参量的影响，减小混合电路的组装环节，使集成电路的速度性能和可靠性得到显著的提高。关
6、键词：光接收机，前端放大电路，前置放大器，限幅放大器 ABSTRACTWith the rapid development of communication technology industry, optical fiber communication have become the high-speed communications systems research focus because of its frequency bandwidth, large capacity, low loss, anti-radiation, and many other advantages. Op
7、tical receiver plays an important role in the optical communication systems, and the preamplifier and limiting amplifier is the two key circuits which constitute the optical receiver, so their performance largely determines the performance of the optical receiver and even the optical fiber communica
8、tion systems.In order to design an optical receiver which meets the performance requirements and has a simple structure, we analyze and design the preamplifier and limiting amplifier in detail, and we use the circuit simulation software Pspice for transimpedance type preamplifiers DC analysis, AC an
9、alysis and temperature analysis. We also design and simulate unit circuit of limiting amplifier. Through the analysis of the two circuit design, we achieve the amplified target of high gain and large bandwidth, it can eliminate the effects of parasitic parameters largely and reduce the assembly of h
10、ybrid circuits, so the speed performance and reliability of integrated circuits can be improved significantly.Keywords: Optical Receiver, Front-end Amplifier, Preamplifier, Limiting Amplifier目 录摘 要1ABSTRACT2第一章 绪 论21.1 课题背景51.2 课题的目的和意义61.3 光接收机概述及其性能指标61.3.1 信噪比21.3.2 误码率81.3.3 灵敏度21.3.4 动态范围21.4 论
11、文组织9第二章 前置放大电路分析与设计102.1 前置放大器概述102.2 前置放大器类型102.2.1 低阻型前置放大器102.2.2 高阻型前置放大器112.2.3 跨阻型前置放大器122.3 跨阻型前置放大器的Pspice仿真13第三章 限幅放大电路分析23.1 主放大器概述23.2 主放大器类型选择23.3 电路系统设计163.3.1 电路总体框图设计163.3.2 电路性能指标要求23.4 单元电路设计与仿真23.4.1 偏置电路23.4.2 使能控制电路19第四章 总 结22参考文献23致 谢24第一章 绪 论1.1 课题背景可靠地实现信息传输容量和传输距离的最大化是通信系统追求的
12、最终技术目标。对载波调制的频带宽度决定了通信系统的传输容量，频带宽度是随着载波频率的增高而变宽。在通信技术发展的过程中，载波频率不断地提高，同时传输容量也不断增加。光纤通信的载波是光波，它是通过光导纤维进行传输的1。光纤通信在现有通信手段中是非常有发展前途的。在光纤通信系统中，光波频率要比电波频率高得多，而作为传输介质的光纤，它的损耗比同轴电缆或波导管的损耗低得多1。因此相比较于电缆通信或微波通信，光纤通信具有许多优点:(1)容许频带很宽，传输容量很大;(2)损耗很小，可传输的距离很长并且误码率很小;(3)重量相比较而言很轻，体积也相对较小;(4)对电磁干扰有很好的抗性;(5)能很好地对传输信
13、息进行保密;(6)对金属材料的使用率很高，有利于资源合理使用1。由于以上的优点，光纤通信在信息社会中将发挥越来越重要的作用，它也被认为是影响21世纪的最新技术。完整的光纤通信系统如图 1.1 所示，复接器作用是按照某种编码规则将接收到数据速率比较低的并行信号转化成高速串行数据，从而提高光纤通信容量的利用率；激光驱动器是通过产生高强度的电压和电流来将电信号转换为光信号，然后将光信号送入光纤进行传输；光电检测二极管将光脉冲信号转化为微弱的电流信号；前置放大器的作用是将从光电二极管得到的微弱的电流放大并转化成电压信号；限幅放大器将从前置放大器接收到的较小且不稳定的电压信号进行放大，使电压信号到达稳定
14、的幅值并且可满足后续时钟数据恢复电路要求6；前置放大器和限幅放大器被合称为前端放大电路，也就是本文的主要设计任务；时钟数据恢复电路将时钟信号提取出来后进行数据的再生；分接器的作用是解串恢复出来的数据，并将得到的数据还原为多路并行数据4。图1.1 完整的光纤通信系统1.2 课题的目的和意义光接收机作为光纤通信系统的主要器件广泛应用于现实生活中，例如光纤通信、光盘系统、光电检测系统等领域2。我们把在一个衬底上集成具有多种功能的光器件、电子器件和光电转换器件所形成的电路称为光电集成电路12。光电集成电路能使寄生参量对集成电路的影响降到最低，也能使混合电路的组装简单化，减少其组装环节，它同时还能显著地
15、提高集成电路的速度性能和可靠性。光电集成电路在集成电路行业具有很强的竞争力，是因为光电集成的体积小、成品率高、装配容易，并且其成本低，性价比很高，所以光电集成电路被广泛地应用。光接收机前端放大电路的前置放大器和主放大器是光纤通信系统的两个关键电路，光接收机的性能在很大程度上受他们的影响9。主放大器有自动增益控制（AGC）放大器和限幅放大器两种实现方式，这两种实现方式都有各自的优点,但是限幅放大器比自动增益控制放大器设计更简单、功耗更低、芯片面积更小并且外接元件更少，所以本文经过比较后选择采用限幅放大器来实现光接收机的主放大器13。我们设计一个集成电路需要达到的基本目标是不断减少功耗、不断减小芯片尺寸和不断降低芯片成本9。1.3 光接收机概述及其性能指标光信号在经过光纤传输后，幅度会衰减、波形会展宽，这时就需要光接收机将其转换为电信号，之后再对其进行放大和处理，从而使其恢复为原始的信号。光接收机是由光检测器、放大器和相关电路组成的，它的核心是光检测器，因为只有光检测器的性能好，能较好的把光信号转换
