光模块接收电路原理图文.docx
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光模块接收电路原理图文
主要内容
■前置放人电路匸作原理
■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）电路匸作原理
■APD及APD偏首电压的升压电路原理
电流一电压转换电路
■电流诫过电阳R就会产生电JKiR-l^（a）
■运口放人器构诫的l・V变换电路一图（b）
任这种l・V咬换电路中.接入个负反馈电RIRf.所以乂被称做跨阳放人器（TIA—TrammpedanceAmplifier）
■跨阻放人器的优点：
减小了放人器输入瑞的电容.使电路的通频带紂到扩展.以适应岛速率便用
对TIA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
■足够宽的通频帯faO.75X工作速率
■宽动态范围
■Rf要足够人，以保证有足够人的输岀电压
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也町以采用高频FET,这样输入阻抗町以做得很高
■因为采用分离尤件，寄生参数的彤响就很严用，所以电路的匸作速率不高，通常在早期低速模块中采用
一个跨阻放大器IC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
（AGC）电路
■放大器对大信号足双向限幅的
■光信号足单向的（0、1）
■光信号过大时就会产牛脉冲失真（单边削波），OS'判别就会出错一出现误码
■TIA就必须冇AGC功能，以保证足够的信号动态范围
AGC电路
（1）一可变跨阻
AGC电路
（2）_消直流和二极管限幅
kMn
SUU
VaTAGEAUHFfR
0UTPU1BIHER
OUTHJIHLTEA
MlTFR
IMNSWKOWCtiMFUFtB
WCAMCilLATION
CfICUlT
消直流电路原理
3
AGC电路（3）-混合方案
TIA应用
■TIA和探测器偏置（Vpd）必须通过良好的去耦滤波电路供电
■PD和TIA必须冇良好的屏蔽
■TIA的通频带（・3db高频截II:
频率）：
fH=（0.7〜0.75）X数据率
也过小，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
■TIA输出的是模拟信号，耍把它转换成数字信号才能被信号处理电路识别
■限幅放大器起的作川就是把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LimitingAmplifier主放大器PostAmplifier
量化器Quantizer
限幅放大器工作原理和典型电路
■限幅放人器匸要有三
部分组成：
直流耦合多级放大器氏流漂移补偿（自动调零）电路
光功率检测告警电路（有滞回的比较器）
SignalloNoiseRatio（SNR）
接收灵敏度
■接收灵皈度指光接收机满足指定比待误码率（如Lo或1012）时町接收的址小卩均比功率（dBm）这足光接收机的乖要折标之・
■噪声是礙制接收乂敏度的址上婴因素
■右图就是误码率和仁噪比的关系曲线
■只耍知道JFA的竽效输入喙声电流•应用此曲线就可推算出接收杲放度
接收灵敏度测量
什么是比特误码率?
■比特误码率（BER—BitErrorRatio）是衡量
一个光接收机性能的最基本的参数
DC：
O—接收的误码比特数_在测虽时间内误码数旷匕被接收到的比特数-比特率X测彊时间
■BER的表示形式：
1X10-N或者1.0E-N
（N是正整数）
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
误码仪但ERT）
■误码仪（BitErrorRatioTester）il］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來测试待测光接收机在不同输入光功率时的误码率
（Rkwvr）
伪随机二进制序列（PRBS）
■PRBS：
PseudoRandomBinarySequenee
序列氏度2M,即每隔2M个比特就重复
■FRBS的特点：
1.PRBS町以由n个移位寄存器串接并加上反馈产生
2在2"比持长度内，O和T是随机分冇的（类似噪卅），R中0和1的个数是相等的
3.在PRBS码型中包含最大n个连T码和"个连O码（反转后就是n・1个连T码和n个连O'码）
伪随机码的产生
刃PRBSGcncmtion
XOK
为何采用PRBS?
■PRBS柑当尸随机数据”，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足确定的
■一个PRBS序列町以串/并转换成务路（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，同一时钟源低速率筋路（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和测尿误码率
时钟和数据恢复（CDR）电路
■在数字通信系统中，码元同步是系统止常工作的必要条件
■时钟和数据恢复电路（ClockandData
Recovery—CDR）的作川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（PLL）电路
■基本锁相环（PLL）电路主耍由三部分组成:
相位检测器（鉴相器PD）
低通滤波器（LPF）
压控振荡器（VCO）
锁相环（PLL）电路
■这是改进型PLL电路.由卞列儿部分组成,相位频率检测器一PFD
充电泵
环路滤波器
压控振荡器—VCO
N分频器
CDR典型电路⑴
CDR典型电路
（2）
CLIOXJTPCLKOUIM
DATAOUTPDATAOUTN
评估CDR的基本性能
■抖动一包括抖动传递、抖动发牛、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（APD）
■利川光生载流子雪朋效应匸作的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牛倍增，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DC—DC升压电路，增大了模块的成本和电路的复朵程度
APD的工作特点
■需耍比较高（30〜70V）的反向偏压，最佳Vapd^0.9VbrVbr是APD的反向击穿电压
■乂「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（＞0.5〜1mA）会烧坏APD,在测试时，输入光功率不能超过0〜・4dBm
DC—DC升压电路波形
W）
V|J£Y0够！
W
CTTt
DC-DC升压典型电路
Ci
倍压电路原理
1.开关管关断，在电感L上产工反激电压，通过6对C3充电，Vc3=Vo
2.开关管开通，L充电，Dd析，C3通过6向C2转移电荷，C2被充电到Vo（C3=10C2Vc2=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
DC-DC升压电路元件
■二极管一肖特基二极管或高速开关二极管耍求小的反向恢复时间tr<50ns结电容<5pF
■功率电感一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PIIESR多层陶瓷电容是很好的选择
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