光纤数字传输调制解调电路设计

光纤数字传输调制解调电路的设计

浙江科技学院信息与电子工程学院2012届本科
设计论文

浙江科技学院
本科毕业设计论文

2012
2012
22001122届
题目光纤数字传输调制解调电路的设计
学院信息与电子工程学院
专业通信工程
班级081班

学号108022012
学生姓名王剑平
指导教师陶红卫

20125 20
20125 20
完成日期22001122年55月2200日
浙江科技学院信息与电子工程学院2012届本科设计论文

摘要

摘要

摘摘要要
光纤通信技术从光通信中脱颖而出已成为现代通信的主要支柱之一在现

代电信网中起着举足轻重的作用光纤通信作为一门新兴技术其近年来发展速度之快应用面之广是通信史上罕见的也是世界新技术的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具
本论文主要介绍数字光纤通信系统基本组成各个模块芯片的结构和原理在整个系统中在发射端设计LD调制电路在传输模块则简要介绍了光纤的一些基本特性在接收端设计APD解调电路最终利用LD调制电路光纤APD解调电路完成数字传输
关键字光纤通信数字传输光纤光电转换

I
浙江科技学院信息与电子工程学院2012届本科设计论

文

ABATRACT
ABATRACT
AABBAATTRRAACCTT
Opticalfiber communication technology stand out from a communication it hasbecome one of the main pillars of modern communications plays animportant role in the modern telecommunications network Opticalcommunication as a new technology and its application developed fastand broad is rare in the history
ofcommunication in
recentyears it is also important symbols of the new technologicalrevolution and the future of the world main shipping information inthe information society
Thispaper introduces the basic component of a digital optical fibercommunication system And introduce the structure and the principle ofthe various modules of the chip

Inthe entire system I designed the LD modulation circuit on thetransmitting terminal the transmission module is a brief introductionof some basic characteristics of the fiber
Idesigned the APD demodulation circuit on the receiver Finally withthe LD modulation circuit fiber APD demodulation circuit to
completedigital fiber
transmission
Keywords
Keywords
KKeeyywwoorrddssFiber-optic Communication Digital Transmission Fiber
PhotoElectricity
Conversion
II
浙江科技学院信息与电子工程学院2012届本科
设计论文
目录

摘要I
ABATRACTII
第1章引言1
11背景1
12研究内容2
第2章光发射机4

21光源4
22LD 的结构和工作原理4

23LD 光发射机6
231LD 数字驱动电路6
232LD 自动温度控制电路ATC7
233LD 自动光功率控制电路8
234数字光发射机的调制8

第3章光接收机10
31APD 的结构和工作原理10
32光接收机的技术要求11

33光接收前置放大器11
第4章数字光纤传输系统设计15
41数字基带信号发生电路设计15
411伪随机序列15
412m 序列的产生16
413寄存器及其反馈18
414九进制加法计数器19
415计数器原理图20
42数字光纤传输系统概述21
43数字光发射端电路原理22
44数字信号的检测24
45数字接收端电路原理25
总结27

III
浙江科技学院信息与电子工程学院2012届本科设
计论文

致谢28

参考文献29
IV
浙江科技学院信息与电子工程学院2012届本科设计论文

第1章引言
第1章引言
第第11章章引引言言
11背景
11背景
1111背背景景
光纤通信Fiber-opticCommunication是指一种利用光与光纤Optical

Fiber
传递信息的一种方式属于有线通信的一种光经过调制Modulation后便能携带信息自1980年起光纤通信系统对于电信工业产生了性的作用同时也在数字时代里扮演着非常重要的角色光纤通信具有传输容量大保密性好等许多优点光纤通信现已成为当今最主要的有线通信方式将需传送的信息在发送端输入到光发射机中将信息叠加或调制到作为信息信号载体的载波上然后将已调制的载波通过传输媒质传送到远处的接收端由接收机解调出原来的信

息
光纤通信的发展正进入一个快速发展的历史性时期这一时期的主要技术特点是高速化联网化长波化和集成化从网络运用看则正从长途网中继网和馈线网向分配网推进进入1993年以后我国光纤通信已处于持续大发展时期其特征是大量新技术特别是网络技术光孤子SOLITON掺铒光纤放大器EDFA和波分复用接入WDMA高速介质接入网HMAVSDH产

品光时分复用接入OTMMA等开始实用化并开展大量深入的研究工作
同时各种专用光纤通信系统开始进入国民经济各领域特别是现在在以中国电信和中国联通为主导的光进铜退工程正在一些大城市如火如荼地进行FTTB光纤到楼FTTH光纤到户等一些新的概念正充斥着人们的视眼
光纤通信的应用已经进入寻常百姓家这同时也为我国的光纤通信发展提供了良好的发展机会根据信号调制方式的不同光纤通信可以分为数字光纤通信模

[1]
拟光纤通信
以光波为载波光纤为传输媒介的数字通信系统称为数字光纤通信系统由于对传送的信号进行了抽样量化编码系统传送的是一些有限的离散值在系统中传送的是01脉冲在光路上用无光有光表示上述这些
特性决定了数字系统具有模拟系统无法比拟的优点总体来说数字通信有以下的优点
1抗干扰能力强传输质量好由于传输的是有和无当有噪声

1
浙江科技学院信息与电子工程学院2012届本科设计论文
寄生在波形上时只需要经过采样在一定的噪声阈值内就可以再生出纯净

的信号
2可以再生传输距离远数字通信系统可以用不同的方式再生信号
消除噪声和各种干扰延长中继距离
3数字系统采用大量的数字电路容易集成采用大规模的集成电路芯片使数字设备体积小功耗低
从其发展过程看存在过PDHPlesiochronousDigital Hierarchy和SDHSynchronous Digital Hierarchy 两种传输现在的光纤通信系统中SDH

[2]
占据主流地位
从现在工程实际应用中看光纤的数字传输已经取代了大部分的模拟传输成为了主要的传输方式选择光纤数字传输调制解调电路的设计作为毕业设

计
符合实际的需要

12研究内容
12研究内容
1122研研究究内内容容
LDAPD
我的毕业设计为设计出光纤通信中的调制电路和
解调电路要求
掌握光纤通信的基本原理制作出数字信号信息源利用LD的调制电路光纤APD解调电路来完成电路对数字基带信号的传输由于本设计的传输系统中

要求

D
传输的是数字信号所以在信息源的设计上用4个触发器组成电路产生15位的伪随机序列和一个九进制计数器的脉冲信号
光纤传输系统主要由信息源光发射机光纤光接收机等部分组成

n
周期为2的次方的m序列在某个时间段可以认为是个非周期无规律的离散连续的数字信号m序列是最长线性反馈移位寄存器序列的简称它是由带线性反馈的移位寄存器产生的周期最长的序列m序列也称伪随机序列因此我在这个系统中将研究产生一个15位的m序列作为系统的数字信号源另外的一个信

息源使用74LS161组成的九进制计数器从其中的一个输出端引出脉冲信号光发射机的主要作用是完成电信号转换成光信号的过程可以分为数字和模拟两类具体的电光转换实现方式有直接调制和间接调制光发射机主要包括电信号接口电路驱动电路和半导体激光器等部分组成光发射机的结构如图1-1

所示
2
浙江科技学院信息与电子工程学院2012届本科设计论文
电信号输驱动电路

入
间接调制
直接调制
光信号输
光源调制器信道耦合出
图1-1光发射机结构
图1-1光发射机结构
图图11--11光光发发射射机机结结构构
光接收机的作用是在接收端对光信号进行接收放大和处理光接收机的设计与光发射机的信号的调制方式有关其中最为关键的是光电探测和前置放大器其中数字接收机的主要技术指标包括信号速率误码率和接收灵敏度等在光纤通信系统中常用半导体PIN光电二极管和雪崩光电二极管APD作为

[4]
光电检波器前者无增益后者有增益

光信号
电信号

耦合器光电二极管整形恢复电路
图1-2光接收机组成
图1-2光接收机组成
图图11--22光光接接收收机机组组成

成

LDAPD
在本设计中选用半导体激光器设计调制电路
雪崩光电设计解调
电路

3
浙江科技学院信息与电子工程学院2012届本科设计论文
第2章光发射机
第2章光发射机
第第22章章光光发发射射机机

21光源
21光源
2211光光源源
光源是光发射机的主要部件其功能是把电信号转换成光信号在目前的

光
纤通信系统中广泛使用的光源主要有半导体激光器LD和发光二极管LED有些特殊的场合则使用一些高功率窄线宽激光光源在本篇设计中选用输出功率高光束质量好相干性好调制带宽大的半导体激光器LD作为光源22LD 的结构和工作原理
22LD 的结构和工作原理

2222LLDD的的结结构构和和工工作作原原理理
1(LD的结构
LD由带隙能量较高的P型和N型半导体材料中间夹一层很薄约01μm的带隙能量较低的另外一种半导体材料组成其结构如图2-1所示图2-1LD的结构原理图
图2-1LD的结构原理图
图图22--11LLDD的的结结构构原原理理图图

2LD的工作原理
任何激光器为了实现光输出都要满足两个条件一是增益条件具有增益介质能够实现粒子数反转条件二是相位条件具有谐振腔实现相位匹配自洽放大正反馈

1光增益
在半导体激光器中对激活区两边的P型和N型半导体进行重掺杂p-n在
正向偏压下费米能级进入价带和导带当注入激活区的载流子浓度超过一定值后实现例子反转此时如果有光信号进入激活区则载流子通过受激辐射复合而对光信号提供光增益为

Gexp gL
2-1
4
浙江科技学院信息与电子工程学院2012届本科设计论文
式2-1中L为光信号激活区传播长度g称为增益系数
2光反馈和激光器阈值

LDF-P
在中自然解理面构成的腔来提供光反馈由激活区如图2-2所示

注入电流

激活区

L
解理面

R2
R1
激活区

z0 z L
反射镜
图2-2自然解理面构成的F-P腔
图2-2自然解理面构成的F-P腔
图图22--22自自然然解解理理面面构构成

成的的FF--PP腔腔
在自然解理面上由于空气折射率1与激活区折射率n不同而构成反射镜

2
n1
反射率R
2-2
n1
用于制作LD的半导体材料折射率的经典值为35所以LD端面的反射率

F-P
约为30尽管由此材料构成的腔具有较大的腔损耗但由于此材料的增益很高足以形成激光振荡
由于LD激活区存在吸收散射等各种损耗及F-P腔的输出损耗注入电

流

LD
必须大于一定值才能形成激光振荡该最小注入电流定义为的阈值电流此

F-P
时输出的激光必须满足由腔决定的相位条件阈值条件和相位条件可以通

过
考察一个光波在腔内往返传播一次并实现自再现而得到即

11
gα ln 2-3
int
2LRR
12
νν mc 2nL
2-4
m
5
浙江科技学院信息与电子工程学院2012届本科设计论文
式中m为整数ν为光频率RR 为两腔面的反射率α为激活区其他机制