光纖LED驅動電路的設計原理分析?

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為了減少資料傳輸時間在整個系統處理時間指標中所佔的比重,要求資料傳輸率應不小於E1(2.048Mb/s) 速率,同時要求通訊鏈路安全、可靠。我們通過對各種資料通訊技術的分析,最終選擇了光纖鍵路,取得了滿意的效果。

  1銅介質資料鏈路分析

  由於同時要求較高的資料傳輸率及較長的通訊距離,在銅介質鏈路中不進行編碼和調製很難滿足指標要求,但是高速調變解調器不僅價格昂貴,而且雙方握手過程費時,在要求隨機實時傳輸資料的場會顯然不適用。

  最重要的是,傳統的銅介質鏈路既產生電磁干擾訊號,又容易受電磁干擾的影響,而且不易滿足EMC(電磁相容)和EMI(電磁干擾)標準的要求。

  2光纖鏈路的分析

  在人們的傳統印象中,光纖應用於短距離通訊是不經濟的,但是它有著銅介質鍵路不可比擬的優點:①光纖鏈路既不發射電磁波,也不受其影響,光纖之間沒有幹 擾,誤位元速率大大降低。設計人員不用考慮可能耦合進來的環境噪聲;②光纖提供了通訊鏈路雙方之間的電氣隔離,消除了長距離裝置之間由於地電位不同引起的問 題。同時設計人員再也不用為阻抗匹配而頭疼了;③光纖發射器可採用數字調製驅動電路。數字基帶訊號只要經過簡單的線路編碼,即可直接驅動光纖發射器。

  現在,光纖器件價格與以前相比已經大幅下降,而今後隨著鋼纜價格的上升及光纖器件價格的進一步下降,人 們選擇光纖時將不再首先考慮價格因素。因此,我們綜合考慮速率與距離指標,選擇合適型別的光纖、收發器及其驅動電路,可以獲得高效能價格比的光纖通訊鍵 路,這正是本文要討論的重點。

  3光纖通訊器件的選擇

  一個基本的光纖通訊系統非常簡單:一個led發射器將電訊號轉變成光訊號,並將之耦會進入傳輸光纖中,光訊號通過光纖到達光接收器,它把接收到的光訊號恢復成原來的電訊號輸出。

  ?光纜的選擇:一般,石英玻璃光纖由於其低損耗、高頻寬而用於長距離通訊鏈路,例如,乙太網和FDDI標準指定採用多模 62.5/125μm石英玻璃光纖。這些細纖芯的光纖需要高精度聯結器以減少耦合損耗,對於工業應用,需要低成本的光纜和聯結器。因此,1mm的 POF(Plymer Optical Fibers)和200μm的HCS(Hard Clad Silica)光纖是最好選擇,它們均屬於階躍折射率的多模光纖。

  1mm POF的典型損耗值在650nm波長時為0.2dB/m,而200μm HCS光纖在650mm波長典型損耗值僅為8dB/km,在820nm波長時更少。HCS光纖的核心是石英玻璃,包層是專利的高強度聚合物,不僅增加了光 纖的強度,而且防潮防汙染,外護套則是2.2mm的聚氯乙烯。HCS光纖可工作於一40℃~+85℃的溫度範圍內,架設溫度範圍為一20℃一+85℃,在 效能與價格上均滿足系統要求。

  ?工作波長的選擇:光纖通訊系統的設計必須考慮光纖損耗與色散對系統帶來的影響,由於損耗和色散都與系統的工作波長有關,因此工作波長的選擇成為系統設計的一個主要問題。

  綜合考慮系統的指標要求與選定的光纖,選擇820nm波長可使HCS光纖損耗低至6dB/km,同時色散也達到最小。

  ?光源的選擇:在820m波長下,LED是可以選用的最佳光源,與半導體鐳射器相比,LED的驅動電路簡單,且成本低。

  綜上所述,光纜選用200μm HCS光纖,光收發器件選用 HP公司820nm波長的HFBR-0400系列。該系列中的HFBR-14X2/HFBR- 24X2可在1500m距離內達到5MBd的速率,工作溫度範圍為一40℃~+85℃,有ST、SMA、SC和 FC多種埠型號可供選擇。HFBR-14XZ採用820nm波長的AlGaAs型LED,HFBR-24XZ內部集成了包括PIN光電檢測器、直流放大 器及集電極開路輸出Schottky型電晶體的一個IC晶片,其輸出可直接與流行的TTL及CMOS積體電路相連。

  4一種實用的光纖LED驅動電路

  光纖雙工通訊系統其中驅動電路的作用是將電功率轉換成光功率,並將要傳輸的電訊號調製到光源的輸出上,它對光源同時提供偏置電流和隨數字信而變化的調製電流。

  設計LED驅動電路必須首先考慮驅動LED的電流峰值,如果超過了峰值驅動電流光訊號將會產的過沖現象。而由此在接收器引起的電訊號的下衝,加上來自放大 器噪聲的影響,結果可能會越過比較器的檢測門限,造成誤碼。同時LED有一個熄滅比點亮困難的特點,它會產生拖尾現象,當採用序列驅動電路時這種現象尤其 明顯。而並聯驅動方式可以為LED中的載流子提供一條低阻通道,從而減少脈寬失真和慢拖尾現象。

驅動電路中的電阻RSI用於調節光纖輸出功率,注意不能超過LED的峰值驅動電流,否則光訊號會產生過沖現象。另外電路中的SN75451具有低阻抗、高電流速率的特點,避免產生長的拖尾現象。

  脈衝寬度失真(PWD)是限制光纖鏈路速率的一個主要因素,它是由於輸入與輸出間傳輸延遲不相等引起的。注意到PWD總是正值,因此我們可以利用RC電路來遲LED的點亮。

  光纖接收電路是光纖通訊系統的重要組成部分,它的效能好壞是整個光纖通訊系統效能的綜合反映。它的作用是將光纖傳輸過來的光訊號轉變為電訊號,再經過放大、均衡、判決電路,恢復出發射端的原始訊號。

  在光纖傳輸線路上,常用光訊號的有無來表示“1”碼和“0”碼,為避免碼流中的長連“ 0”或長連“1”,有利於時鐘的提取,需要有編碼電路。同時陣列訊號處理器送來的是並行資料,需要有率並轉換電路。

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