FTTH 网络中楼栋光接收机

FTTH网络中楼栋光接收机 原理及设计 输出电平95dBuV 参考资料1 宽带城域光纤网络技术 科学出版社 编者 周承刚朱百生周铀周彤参考资料2 FTTxPON技术与应用 人民邮电出版社编者 张鹏阎阔 FTTH概念 光纤接入技术实际就是在接入网中全部或部分采用光纤 构成光纤用户环路 或称光纤接入网 实现宽带接入的一种方案 根据ONU OpticalNetworkUnit 的位置 光纤接入网分为光纤到桌面 FTTD 光纤到户 FTTH 光纤到路边 FTTC 光纤到大楼 FTTB 光纤到办公室 FTTO 光纤到楼层 FTTF 光纤到小区 FTTZ 等几种类型 其中FTTH将是未来宽带接入网发展的最终形式 FTTH是指将光网络单元 ONU 安装在住宅用户或企业用户处 是FTTx系列中除FTTD外最靠近用户的光接入网类型 FTTH的两种组网方式 PON和MC LAN GPON和EPON将成为FTTH的主流技术 PON技术具有以下优势 ODN 光分配网 由无源光器件组成 OLT和ONU ONT之间没有昂贵的有源电子设备 降低了设备受雷电损坏和辐射干扰的可能性 可以灵活地组成树形 星形 总线形等拓扑结构 典型拓扑结构为树形 各ONU ONT可共享OLT和光分路器之间的光纤 节省了光纤铺设量 业务透明性较好 原则上可适用于任何制式和速率的信号 网络易于扩展 运营管理维护简单 光接收机的原理与结构 在光纤通信系统中 光接收机的任务是以最小的附加噪声及失真 恢复出光纤传输后由光载波所携带的信息 因此光接收机的输出特性综合反映了整个光纤通信系统的性能 光接收机原理框图 光输入输出框图说明 一 光电变换部分光电探测器它的主要作用是利用光电效应把光信号转变为电信号 应用在CATV系统中的光探测器的波长一般要求为1100 1600nm 大多采用InGaAs化合物 光电变换 阻抗匹配 前置放大IC1 主放大器IC3 均衡滤波 数字衰减器ATT 前置放大IC2 主放大器IC4 作为一个性能优良的光探测器 要求其具有 量子效率高 噪声低 光电转换线性好 温度特性稳定 具有足够的带宽 可靠性高 体积小等一系列优点 在调制系数 光探测器的平均接收光功率 温度相同的情况下 暗电流 结电容 量子效率对光探测器的载噪比影响较大 由于PIN管无增益 灵敏度稍低 要求偏压小 暗电流小 动态范围大 适用于模拟电视传输 在CATV应用中以PIN光探测器居多 主要指标 1 光电转换效率 衡量光电转换效率的特性参数有量子效率和响应度 量子效率n定义为光电子产生率RE与光子入射率RP之比 即每1秒钟内 光电二极管的电极所收集到的电子数与入射到光电二极管的光子数之比 商用的PIN光电二极管的量子效率为70 90 甚至有接近100 的产品 响应度表示单位入射光功率所产生的光电流 目前商用的PIN光电二极管的响应度为0 8 0 9A W 响应度同样是波长的函数 随着波长的增加 响应度会变大 因此 同一只光电二极管在接收不同波长的信号时响应度不一样 接收1550nm信号时的响应度就比接收1310nm信号的响应度高 2 结电容 可以看作为一个平板电容 其与耗尽层宽度W和结区面积A有关 目前实用化的PIN光电二极管的结电容一般都能做到小于1PF 结电容越小 其截止频率就越宽 高频特性就越好 3 击穿电压与暗电流 无光照时 PIN作为一种PN结器件 在反向偏压下也有反向电流流过 这一电流称为PIN光电二极管的暗电流 它主要由PN结内热效应产生的电子空穴对形成 当偏压增大时 暗电流增大 当反偏压增大到一定值时 暗电流激增 发生了反向击穿 即为非破坏性的雪崩击穿 如果此时不能尽快散热 就会变为破坏性的齐纳击穿 发生反向击穿的电压值称为反向击穿电压 Si PIN的典型击穿电压值为100多伏 PIN工作时的反向偏置电压一般都远离击穿电压 一般为10 30V 实际光接收机中的实用化应用典型值一般为15V 暗电流的大小与光电二极管的结面积成正比 故常用单位面积上的暗电流 暗电流密度 来衡量 一般取偏压为0 9VB时 对应的电流值为器件的电流值 现在商用的短波长Si材料PIN光电二极管的暗电流一般小于5nA 而长波长的Ge材料PIN光电二极管的暗电流小到0 2 0 5 A 应用上总是希望暗电流越小越好 4 响应速度 作为光检测器 在光纤通信中要能够检测高频调制的光信号 因此响应速度是光电二极管的一个重要参数 响应速度通常用响应时间来表示 响应时间的长短 反映光电转换的速度 它对系统的传输速率有极大的影响 是反映调制速率的主要指标 二 阻抗变换器实现光探测器与RF前置放大电路的阻抗匹配连接 探测器的阻抗很高 须经一宽带阻抗匹配电路与前置放大器级联 才能获得好的噪声性能 除了实现阻抗匹配 该匹配电路还能降低杂散电容和前置放大器输入电容的影响 一般都采用铁氧体磁环制作宽带变压器进行精确阻抗匹配 选用MABAES0034 三 前置放大IC1 IC2IC1 IC2 要求NF低 增益在15 20dB 非线性指标好 IC1 IC2选择MAAMSS009633 三 数字衰减ATT选择MAAD 008866 光检波管光信号变化导致取样电路的电压变化 该变化信号送给带有模数变换功能的MCU MCU控制MAAD 008866衰减量 四 主放大IC3 IC4选择CGA7718Z五 链路总增益估算 1 输入端信号 光输入 7 2dBmPIN管输出 44dBuV 62dBuV 2 链路总差损 17 35dB 通过ATT控制 3 总增益 68dB 4 输出电平 100dBuV 光接收机主要技术指标 1 频率 40 1000MHz2 Pin光输入功率 5mW3 平