光发送系统中的预失真补偿电路的设计.docx

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光发送系统中的预失真补偿电路的设计

一、设计题目

光发送系统中的预失真补偿电路的设计

二、设计要求

由于光源的P-I曲线中有非线性区，将信号调制到非线性区，通过光接收电路观察失真波形，然后用LED进行补偿。

根据LED在非线性区的失真情况，设计预失真补偿电路，并实现模拟信号的光发射与光接收。

首先应了解LED在非线性区的失真，（包括第一非线性区LED的工作电流在（0~50mA）和第二非线性区电流在（100~150mA））。

然后设计一个带有直流偏置的光发射驱动电路使通过LED的电流工作在非线性区。

再根据失真设计补偿电路，调试补偿电路，使之与LED的失真相补偿，从而使工作在非线性区的LED也能输出较正常的波形。

光接收电路通过PIN（光电二极管）对LED产生的光信号进行接受并进行放大。

1要求信号源的频率在100KHz~1MHz的正弦信号。

2在未加预失真电路前，有明显的失真波形，即光源在非线性区。

通过LED的电流在25mA左右。

3加入预失真电路后，接收到无失真波形。

4输出信号的幅度在50mV左右

三、设计分析

预失真补偿与光发射/光接收电路由三部分组成，即：

预失真补偿电路；

光发射电路（即LED驱动电路）；

光的接收电路。

模拟电信号通过预失真补偿电路将会产生一个新的波形，这个新的波形与模拟信号相比会有稍微失真，再通过LED驱动电路（驱动电路中的LED工作在非线性区），使LED能在非线性区正常工作，实现模拟电信号转换成光信号。

接收端使用PIN对光信号进行接收，将光信号转换成电信号，并通过接收电路实现电信号的放大，完成电信号的接收。

让LED工作在它的非线性区，产生一个失真的波形，通过预失真补偿电路对失真波形进行补偿，又能产生一个不失真的波形，着是这个实验的重点工作。

从以上对电路的大概分析，可以看出，我们所要设计的电路就是，补偿电路作为重点，还有光的发射电路即一个LED驱动电路和一个模拟电信号的放大电路（光接收电路）。

半导体二极管的V—I曲线如图一

图一

而LED3M412的V—I曲线如图二

图二

因此图一和图二进行叠加的V—I曲线大概如图三

图三

PIN的光频响应如图四

1．失真电路

失真电路是通过调节电容电阻参数来产生的失真从而设计一个失真电路。

首先用示波器测出波形，再分析波形，最终用二极管的特性来进行调节，仿真确定参数。

此电路中所加信号源为1.2MHZ,峰峰值为1V.如下图所示：

在实验中R1使用一个可变电阻，这样可以通过调节R1的大小来调节电路中产生信号失真的大小，同时还可以调节电容的大小来得到理想中的电路所产生的波形。

2．LED驱动电路

由实验要求可知，设计的电路必须有直流偏置，以便LED能正常工作。

调节电路元件参数，使电路工作在LED的第一非线性区。

LED的内阻很小，约为10欧姆，我们在仿真时用的是LED，但是实验中是用拿10欧姆的电阻来代替LED的。

从LED的工作特性可知它的线性工作区域是在（50mA～100mA），可以通过10欧姆电阻（代替LED的电阻）的电流在0——50mA之间（第一非线性区）。

这可以通过改变10欧姆电阻两端的直流耦合电压和交流耦合电压来实现。

从电路图中可以看到，我们给LED串联了一个10Ω电阻，是用来限流的，防止LED被烧坏。

在设计电路时应防止三极管产生截止失真或饱和失真。

发射端电路图如下：

3．光接受与放大电路

光接受与放大电路是一个模拟信号的放大电路。

在连接电路时将PIN用信号源代替接在输入端。

这个电路使用三极管两级放大，放大倍数为40~50倍。

在模拟时用峰峰值为120mA频率为1.2MHz的信号源。

光接受放大电路图如下：

四、实验调试

1、根据设计的电路图，连接预失真补偿电路图。

在输入端加峰峰值为1V频率为1M赫兹的信号，在输出端用示波器检测输出波形，看波形是否与模拟波形相符合。

调节电路参数使示波器所测波形与模拟波形相符合。

2、根据设计的电路图，连接驱动电路，用10欧姆电阻代替LED，用示波器测10欧姆电阻两端的电压。

调节电路参数使通过10欧姆电阻的电流在100-150mA之间。

这样的话，换上LED，可以让LED工作在它的第二非线性区。

将预失真补偿电路图和发射机的驱动电路连接起来整体测试，检测10欧姆电阻两端的电压，查看输出波形是否是所需波形，如果不是，查看电路，修改电路，再调试，直到输出波形正确。

3、请老师查看波形，输出波形正确，老师连接LED，检测电路是否符合设计要求。

经过测试，老师证明我们的驱动电路没有问题，并已调出补偿波形，但就是补偿反了——我们设计的补偿电路本该让LED工作在它的大电流非线性区，而我们却让LED工作在它的小电流非线性区。

因为我们已经知道问题所在之处，再加上时间问题，我们的实验调试就这样结束了。

五、设计结果

预失真补偿与光发射的整体电路图：

失真电路的输出波形：

补偿前的10欧姆电阻（代替LED，LED阻值为10欧姆）两端的输出波形：

补偿后的LED两端的输出波形：

从以上波形可以看出：

一开始的光发射电路产生了一个失真，预补偿电路产生了一个与前一失真相反的失真，所以电信号通过预失真补偿和光发射电路将失真抵消，实现了失真补偿的功能。

附：

记录数据：

㈠LED的发射功率为6μW,即：

－22dB;

输入信号Vpp=1V,f=1.2M时，LED的输出电压Vpp＝360mV;

输入信号Vpp=1V,f=1M时，LED的输出电压Vpp＝508mV;

㈡预失真补偿与光发射电路的输出信号为：

1Vpp=1V,信号频率为f,

f=1.2MHz,波形为：

f=500KHz,波形为：

f=100KHz,波形为：

f=50KHz,波形为：

2Vpp=0.5V,信号频率为f,

f=50KHz、100KHz、500KHz时均无失真；

f=1MHz时，波形处于临界点。

f=1.2MHz、1.5MHz、1.8MHz、2MHz时出现饱和失真。

㈢光接收放大电路，设信号频率为f，放大电路最终输出的电压为VPP,硅光电池输出的Vpp=100mV。

f=400KHz时，VPP=350mV;

f=500KHz时，VPP=350mV;

f=1.2MHz时，VPP=416mV;

f=1.5MHz时，VPP=460mV;

f=2MHz时，VPP=436mV;