Дипломная работа: Разработка блока управления фотоприёмником для волоконно-оптических систем передачи информации

При возбуждении одномодовым излучателем одномодового волокна, дополнительных нелинейных искажений при механических воздействиях на волокно не происходит (т. к. не происходит эффекта перемешивания мод) т.е. не появляются дополнительные ложные сигналы с частотами f =(mf ₁ ± nf ₂ ), а также не изменяется уровень принимаемого сигнала (это явление отсутствует и при возбуждении многомодовым излучателем многомодового волокна). Таким образом, для исключения влияния механических воздействий, необходимо построение аналоговой ВОСПИ по структуре: одномодовый излучатель – одномодовый ВОК.

Рекомендуемый вариант построения ВОСПИ имеет свои достоинства и недостатки: одномодовый излучатель – одномодовый кабель, малое затухание, но требуется высокая точность настройки разъемов.

В нашем случае не требуется частых разъединений, а необходимо только первоначальное подключение. Поэтому ограничения на монтировку нас особо не стесняют.

1.7 Излучатели

Выполнение требований технического задания по частотному диапазону (F _в ≤ 400 МГц) приводит к тому, что в качестве излучателя может быть использован излучатель ИЛПН – 206 с ОИ.

Источник оптического излучения должен излучать световой поток на длине волны, соответствующей одному из минимумов полных потерь в ОВ, обеспечивать эффективный ввод излучения в ОВ, иметь малые габариты, вес и потребляемую мощность, отличаться простотой, надежностью и долговечностью. Для возбуждения лазерного излучателя необходим усилитель – модулятор. К УМ предъявляются требования: отношение сигнал/шум на выходе, должно быть равным сигналу / шуму на его входе; динамический диапазон по оптическому, а тем более по электрическому сигналу должен быть D ≥ 60 дБ.

1.8 Фотоприемные устройства (ФПУ)

Одним из главных функциональных элементов схемы среди блоков волоконно-оптической системы передачи является фотоприемное устройство. Фотоприемник изготавливается из полупроводниковых материалов. Существуют определенные требования к его качеству и надежности, поскольку отказ любого элемента данного ФПУ приводит к нарушению правильной работы всего ствола линии.

Качество работы ФПУ характеризуется следующими основными параметрами: чувствительностью, динамическим диапазоном, коэффициентом ошибок.

Фотодетектор должен вносить минимальные шумы в приемную систему, отличаться стабильностью рабочих характеристик, иметь небольшие размеры, быть высоконадежным и недорогим.

Приемные оптические модули серии PD-155-ip и PROM-155 выпускаются на основе импортных InGaAs/InPPIN – фотодиодов, интегрированных с малошумящим трансимпедансным усилителем со встроенной системой АРУ и дифференциальным выходом. Модель PROM-155 дополнительно имеет встроенный усилитель-ограничитель и PECL – выход отсутствия сигнала в линии. Модули предназначены для работы в цифровых волоконно-оптических линиях связи со скоростью передачи информации 2..155 Мбит/c.

Технические характеристики оптических модулей приведены в табл. 1.3.

Таблица 1.3 – Технические характеристики оптических модулей (Т = 25 ⁰ С)

Параметр	PD-155-ip	PROM-155
Спектральный диапазон, нм	1100..1650	1100..1650
Скорость приема, Мбит/с	2..155	2..155
Мощность насыщения, дБм	+3	+3
Чувствительность, 155мБит/c	-36	-36
Тип оптического волокна	одномодовое	одномодовое
Тип разъема	FC/PC	FC/PC
Тип корпуса	4-pin, DIL-8	DIL-14
Напряжение питания, В	4,5.. 5,5	4,75.. 5,25

В связи с тем, что ВОСПИ должна функционировать постоянно, а на приемной стороне будет использован автономный источник питания, для увеличенного непрерывного времени работы линии необходимо иметь ФПУ с возможно меньшим уровнем потребления мощности.

Таким образом, целью настоящего дипломного проекта является разработка ФПУ для приема аналоговых оптических сигналов с длиной волны λ=1,3 мкм, удовлетворяющего всем вышеперечисленным требованиям, исходя из данных к дипломному проекту.

Как известно чувствительность любого усиливающего устройства потенциально ограничивается собственными шумами.

Усилитель разрабатываемого ФПУ не является исключением. Для того, чтобы была возможна устойчивая работа устройства, уровень сигнала должен превышать уровень шума в некоторое количество раз.

ФПУ должно обеспечивать заданное качество приема сигнала при минимально возможном уровне входной мощности. Удовлетворение этого требования позволит увеличить длину участка связи при фиксированной мощности передатчика или при той же длине снизить необходимую мощность передатчика. Уменьшение мощности передатчика в свою очередь создает предпосылку для увеличения срока службы лазера – самого надежного и дорогостоящего элемента ВОСПИ.

ФПУ должно сохранить требуемое качество приема при изменении уровня входного сигнала (ФПУ должно иметь необходимый динамический диапазон работы).

Динамический диапазон – отношение максимальной средней мощности оптического сигнала на входе приемного оптического модуля, при котором характеристики модуля не выходят за допустимые пределы.

В разрабатываемом фотоприемном устройстве задано значение динамического диапазона по электросигналу ≥ 50 дБ.

Таким образом, фотоприемное устройство характеризуется системой параметров, важнейшими из которых являются:

– рабочая длина волны, для которой нормированы параметры премного оптического модуля;

– полоса пропускания, то есть интервал частот, в котором модуль коэффициента передачи больше или равен половине его максимального значения;

– напряжение шума, то есть среднеквадратичного значения флуктуации выходного напряжения в заданной полосе частот в отсутствие оптического сигнала на его входном оптическом торце;

– отношение сигнал/шум – отношение амплитуды переменной составляющей выходного напряжения при заданных характеристиках принимаемого оптического сигнала к среднеквадратичному значению флуктуаций выходного напряжения при приеме немодулированного оптического излучения той же средней мощности;

– порог чувствительности – минимальная средняя мощность оптического сигнала на входе при заданных характеристиках этого сигнала, при котором обеспечивается заданное отношение сигнал/шум или заданный коэффициент ошибок. Усреднение обычно производится в течении интервала времени во много раз превышающего период модулирующей частоты или длительности светового импульса.

Фотоприемные устройства также должны позволять осуществлять стыковку с каналообразующей или другой оконечной аппаратурой.

Вместе с тем, в ВОСПИ возникают специфические помехи, связанные с распространением сигналов по световодам.