光发送系统中的预失真补偿电路的设计.docx

1、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(050mA）和第二非线性区电流在(100150mA)）。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

2、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100KHz1MHz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

3、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VI曲线如图一图一而LED3M412的VI曲线如图二 图二因此图一和图二进行叠加的VI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

4、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（5

5、0mA100mA），可以通过10欧姆电阻（代替LED的电阻）的电流在050mA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10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4050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

6、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

7、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。

8、附：记录数据：LED的发射功率为6W,即：22dB; 输入信号Vpp=1V,f=1.2M时，LED的输出电压Vpp360mV;输入信号Vpp=1V,f= 1M时， LED的输出电压Vpp508mV;预失真补偿与光发射电路的输出信号为：1 Vpp=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：2 Vpp=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。 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= 2 MHz时，VPP=436mV;