自動(dòng)功率控制 尹其暢課件

學(xué)院：電子與控制工程學(xué)院學(xué)號(hào)：2012132029姓名：尹其暢內(nèi)容：自動(dòng)功率控制光發(fā)射機(jī)數(shù)字光發(fā)射機(jī)的功能是把電端機(jī)輸出的數(shù)字基帶電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并用耦合技術(shù)有效注入光纖線路，電/光轉(zhuǎn)換是用承載信息的數(shù)字電信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。調(diào)制分為直接調(diào)制和外調(diào)制兩種方式。受調(diào)制的光源特性參數(shù)有功率、幅度、頻率和相位。目前技術(shù)上成熟并在實(shí)際光纖通信系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用的是直接光強(qiáng)(功率)調(diào)制根據(jù)激光器(LD)和發(fā)光二極管(LED)直接光強(qiáng)數(shù)字調(diào)制原理，對(duì)LD施加了偏置電流Ib。由圖1可見(jiàn)，當(dāng)激光器的驅(qū)動(dòng)電流大于閾值電流Ith時(shí)，輸出光功率P和驅(qū)動(dòng)電流I基本上是線性關(guān)系，輸出光功率和輸入電流成正比，所以輸出光信號(hào)反映輸入電信號(hào)。

圖1直接光強(qiáng)數(shù)字調(diào)制原理

(a)LED數(shù)字調(diào)制原理；(b)LD的數(shù)字調(diào)制原理光發(fā)射機(jī)的組成數(shù)字光發(fā)射機(jī)的方框圖如圖2所示，主要有光源和電路兩部分。光源是實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件，在很大程度上決定著光發(fā)射機(jī)的性能。電路的設(shè)計(jì)應(yīng)以光源為依據(jù)，使輸出光信號(hào)準(zhǔn)確反映輸入電信號(hào)。數(shù)字發(fā)射機(jī)的方框圖光端機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)是適合光纜傳輸?shù)碾p極性碼，而光源不能發(fā)射負(fù)脈沖，所以要變換為適合于光纖傳輸?shù)膯螛O性碼。光源的驅(qū)動(dòng)電路光源的模擬驅(qū)動(dòng)電路光源的數(shù)字驅(qū)動(dòng)電路（1）LED的數(shù)字驅(qū)動(dòng)電路（2）LD的數(shù)字驅(qū)動(dòng)電路

調(diào)制電路和自動(dòng)功率控制數(shù)字信號(hào)調(diào)制電路應(yīng)采用電流開(kāi)關(guān)電路，最常見(jiàn)的是差分電流開(kāi)關(guān)電路。共發(fā)射極驅(qū)動(dòng)電路射極耦合驅(qū)動(dòng)電路自動(dòng)功率控制電路共發(fā)射級(jí)驅(qū)動(dòng)電路

R1

C1

Uin

Uc

v

LED(a)共發(fā)射極驅(qū)動(dòng)電路

R2

R3R1為基極電阻

Uin與R1為基極提供合適的靜態(tài)電流Ib。R3為集電極電阻

Uc與R3為集電極提供合適的靜態(tài)電壓Uce，且還將集電極變化的電流Ic轉(zhuǎn)化為集電極電壓。R2為發(fā)射級(jí)電阻提高輸入電阻NPN型三極管，共發(fā)射級(jí)驅(qū)動(dòng)電路的原理這種簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路主要用于以發(fā)光二極管LED作為光源的光發(fā)射機(jī)。數(shù)字信號(hào)為“0”碼

三極管截止，燈滅。數(shù)字信號(hào)為“1”碼

三極管導(dǎo)通，燈亮。。

R1

C1

Uin

Uc

v

LED(a)共發(fā)射極驅(qū)動(dòng)電路

R2

R3共發(fā)射級(jí)驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)數(shù)字信號(hào)“0”碼和“1”碼對(duì)應(yīng)于V的截止和飽和狀態(tài)，電流的大小根據(jù)對(duì)輸出光信號(hào)幅度的要求確定。這種驅(qū)動(dòng)電路適用于10Mb/s以下的低速率系統(tǒng)，更高速率系統(tǒng)應(yīng)采用差分電流開(kāi)關(guān)電路。

R1

C1

Uin

Uc

v

LED(a)共發(fā)射極驅(qū)動(dòng)電路

R2

R3射級(jí)耦合驅(qū)動(dòng)電路電流源I0

v1

LD-Ue

Uin(b)射極耦合LD驅(qū)動(dòng)電路IbUbLD是激光器，只有在工作電流超過(guò)閥值電流的情況下才會(huì)輸出激光（相干光），半導(dǎo)體激光器是一閥值器件當(dāng)注入電流較小時(shí)，激光器發(fā)射普通的熒光，隨著注入的電流量的增加，激光器發(fā)射較強(qiáng)的熒光當(dāng)電流大于閥值電流時(shí)，才能產(chǎn)生功率較強(qiáng)的激光射級(jí)耦合驅(qū)動(dòng)電路的原理電流源為由V1和V2組成的差分開(kāi)關(guān)電路，它提供了恒定的偏置電流Ib，V1的基極輸入的數(shù)字信號(hào)Uin。V2的基極是直流參考電壓Ub。(b)射極耦合LD驅(qū)動(dòng)電路電流源I0

v1

LDIb-Ue

UinUb射級(jí)耦合驅(qū)動(dòng)電路的原理數(shù)字信號(hào)Uin為“0”碼時(shí)

V1基極>V2基極，

V1導(dǎo)通，V2截止，則LD不發(fā)光。數(shù)字信號(hào)Uin為“1”碼時(shí)V1基極<V2基極，V1截止，V2導(dǎo)通，則LD發(fā)光。

電流源I0

v1

LD-Ue

Uin(b)射極耦合LD驅(qū)動(dòng)電路ImUbIb共發(fā)射級(jí)驅(qū)動(dòng)電路的具體PLD輸入緩沖器Ib每個(gè)緩沖器產(chǎn)生該輸入變量的原變量和反變量偏置電流Ib調(diào)制電流Im驅(qū)動(dòng)LD光源器件必須是直流偏移電流Ib和調(diào)制電流Im共同的結(jié)果。旁路電容減噪交流通路UinUinV1V2LD10導(dǎo)通截止無(wú)激光01截止導(dǎo)通有激光圖中，半導(dǎo)體三極管V1、V2通過(guò)射極電阻Re耦合形成電流開(kāi)關(guān)。V1、V2輪流工作在導(dǎo)通-截止的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。當(dāng)Uin為“0”碼時(shí)，則V1導(dǎo)通、V2截止，LD上只有電流IB流過(guò)，故LD不發(fā)出激光；當(dāng)Vin為“1”碼時(shí)，則V1截止、V2導(dǎo)通，LD上有電流IM+IB流過(guò)，故LD發(fā)出激光。射極耦合電流開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路適用于中速率和高速率光纖通信系統(tǒng)。

射級(jí)耦合驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)V1和V2處于輪流的截止和非飽和導(dǎo)通狀態(tài)，有利于提高調(diào)制速率，當(dāng)三極管截止頻率fr>4.5G/Hz時(shí)，調(diào)制速率可達(dá)300Mb/S.缺點(diǎn)：動(dòng)態(tài)范圍小，功耗較大，由于溫度的變化和工作時(shí)間加長(zhǎng)，LD所輸出的光功率會(huì)發(fā)生變化的。為了保證輸出光功率的穩(wěn)定，必須改進(jìn)電路的設(shè)計(jì)。主要功能：自動(dòng)補(bǔ)償LD由于環(huán)境溫度變化和老化效應(yīng)而引起的輸出光功率的變化，保持其輸出光功率不變。自動(dòng)控制光發(fā)送機(jī)的輸入信號(hào)碼流中長(zhǎng)連“0”序列或無(wú)信號(hào)輸入時(shí)使LD不發(fā)光?？刂屏硪粋€(gè)重要的參數(shù)：LD的微分量子效率?d。自動(dòng)功率控制（APC）(b)射極耦合LD驅(qū)動(dòng)電路電流源I0

v1

LDIb-Ue

UinUb主要功能：自動(dòng)補(bǔ)償LD由于環(huán)境溫度變化和老化效應(yīng)而引起的輸出光功率的變化，保持其輸出光功率不變。自動(dòng)控制光發(fā)送機(jī)的輸入信號(hào)碼流中長(zhǎng)連“0”序列或無(wú)信號(hào)輸入時(shí)使LD不發(fā)光?？刂屏硪粋€(gè)重要的參數(shù)：LD的微分量子效率?d。自動(dòng)功率控制（APC）APC的調(diào)節(jié)方式一是自動(dòng)跟蹤Ith的變化，是LD處于最佳偏置狀態(tài).Ith是半導(dǎo)體激光器的閥值電流。Ith=I0eT/T0I0

為常數(shù)T0是特征溫度。二是控制調(diào)制脈沖電流幅度Im

，跟蹤?d的變化，一般?d

的變化不是非常大，所以最簡(jiǎn)單的辦法是通過(guò)檢測(cè)直流光功率來(lái)控制偏置電流。比較放大器A2可調(diào)直流參考電壓設(shè)計(jì)框圖比較放大器A3電流源PIN檢測(cè)調(diào)制LD發(fā)光數(shù)字信號(hào)A1放大器比較放大器A2可調(diào)直流參考電壓設(shè)計(jì)框圖比較放大器A3電流源PIN檢測(cè)調(diào)制LD發(fā)光數(shù)字信號(hào)A1放大器P