光接收机(二)概述课件.pptVIP

§5.3光接收机5.3.1光接收机基本组成强度调制、直接检测方式的数字光接收机方框图示于下图。主要包括：光检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、时钟提取电路、取样判决器以及自动增益控制(AGC)电路。

前置放大器主放大器光信号再生码流光检测器偏压控制均衡器判决器AGC电路时钟提取前端线性通道时钟提取与数据再生（CDR）数字光接收机方框图性能指标:接收灵敏度、误码率或信噪比

一、前端1、作用：将耦合入光电检测器的光信号转换为时变电流，然后进行预放大（电流－电压转换），以便后级作进一步处理。光接收机前端一般由光检测器和前置放大器组成。2、要求：低噪声高灵敏度足够的带宽3、分类：低阻型前端高阻型前端跨（互）阻型前端

(一)光检测器光检测器是光接收机实现光/电转换的关键器件，其性能特别是响应度和噪声直接影响光接收机的灵敏度。对光检测器的要求如下：(1)波长响应要和光纤低损耗窗口(0.85μm、1.31μm和1.55μm)兼容；(2)响应度要高，在一定的接收光功率下，能产生最大的光电流；(3)噪声要尽可能低，能接收极微弱的光信号；(4)性能稳定，可靠性高，寿命长，功耗和体积小。目前，适合于光纤通信系统应用的光检测器有PIN光电二极管和崩光电二极管(APD)，其性能的优劣直接影响整个光接收机的性能。

(二)前置放大器从光检测器输出的电流信号十分微弱，必须经过前置放大器放大，前置放大器在光接收机中起关键作用，要求它有足够小的噪声、适当的带宽和一定的增益。前置放大器的噪声对光接收机的灵敏度影响很大。前放的噪声取决于放大器的类型，目前有三种类型的前放可供选择：低阻型前置放大器、高阻型前置放大器、跨阻型（转移阻抗型）前置放大器。

1、低阻型前置放大器：技术要求：系统对带宽的要求较高，对噪声特性要求较低。设计思路：从频带要求出发选择偏置电阻设前放输入回路的总并联电阻为R，总并联电容为C，则应使输入回路tt的RC时间常数（τ=RC）尽量小以满足带宽的要求，即有ttR≤1/2πBCtwt式中，B率所要求的放大器的最小。当光接收机接收流的w率f(bit/s)，放大器的BB≥f/2wB电路特点：频带宽，电路简单，接收机不需要或只需要很少的均衡，动态范围较大；由于前放输入回路的电阻值较小，噪声较大。适用对象：高速数字光纤通信系统的光接收机中

2、高阻型前置放大器：技术要求：系统对噪声特性要求较高，对带宽的要求较低。设计思路：尽量加大偏置电阻，以便把前置放大电路的噪声减小至尽可能小的值电路特点：噪声较小，但频带较窄，前置级的动态范围也较小，对应的接收机的均衡电路复杂。适用对象：码率较低的数字光纤通信系统的光接收机中3、跨阻型前置放大器：技术要求：系统对带宽和噪声特性都有较高的要求设计思路：引入电压并联负反馈，一方面偏置电阻和反馈电阻的值可以取的很大，从而使电路的噪声大为减小，另一方面等效输入电阻较小，增加了带宽。电路特点：由于引入了电压并联负反馈环节，使得跨阻型前置放大器既有较宽的频带，又有较低的噪声，同时动态范围（较高阻型前置放大器）也有了较大的改善。适用对象：被广泛采用。

光接收机前置放大器等效电路RLGGRL前放前放CTCTIDID高阻（低阻）型跨阻型跨阻型前置放大器的工作原理：负载电阻跨接到反相放大器的输入和输出端，尽管R仍然很大，L但负反馈使输入阻抗减小了G倍，因此带宽也比高阻抗放大器的扩大了G倍。它的灵敏度高、频带宽。动态范围也比高阻抗前置放大器的大，因此光接收机常使用这种结构的前放。

二、线性通道1、主放：具有AGC功能，可根据输入信号（平均值）大小自动调整放大器增益，使输出信号保持恒定。用以扩大接收机的动态范围。有时用限幅放大器（LA）替代AGC。主放大器和AGC决定着光接收机的动态范围。2、均衡滤波器：接收机噪声正比于接收带宽，因此，采用低通滤波来减低噪声。通常滤波器带宽?f比特率B（常取为0.6~0.8B)，这将引起脉冲展宽，而导致码间干扰。因此，对滤波器提出要求，使展宽的脉冲无（或小的）码间干扰，满足这一要求的滤波器成为均衡滤波器（或匹配滤波器）。

3、无码间干扰条件：判决时刻，被判码元的瞬时值最大，而相邻码元在此时刻的瞬时值为零。

三、时钟提取与数据再生（CDR）1、功能：将均衡器输出的升余弦信号恢复成数字信号，包括：时钟提取电路、判决电路2、时钟提取：将f=B的谱分量与接收信号分离的过程，向判决电路提供码间隔T=1/B的信息，使判决过程同步。在RZ码中，B信号本身含有f=B的谱分量，使用窄带滤波器（如声表面波滤波器），即可提取出时钟；而在NRZ码中，信号缺乏f=B的谱分量，首先要对信号进行非线性预处理（微分、整流电路或延迟原理）窄化脉冲，再经锁相环路提取出时钟。

在数字光