學院：電子與控制工程學院學號：2012132029姓名：尹其暢內容：自動功率控制光發射機數字光發射機的功能是把電端機輸出的數字基帶電信號轉換為光信號，并用耦合技術有效注入光纖線路，電/光轉換是用承載信息的數字電信號對光源進行調制來實現的。調制分為直接調制和外調制兩種方式。受調制的光源特性參數有功率、幅度、頻率和相位。目前技術上成熟并在實際光纖通信系統得到廣泛應用的是直接光強(功率)調制根據激光器(LD)和發光二極管(LED)直接光強數字調制原理，對LD施加了偏置電流Ib。由圖1可見，當激光器的驅動電流大于閾值電流Ith時，輸出光功率P和驅動電流I基本上是線性關系，輸出光功率和輸入電流成正比，所以輸出光信號反映輸入電信號。

圖1直接光強數字調制原理

(a)LED數字調制原理；(b)LD的數字調制原理光發射機的組成數字光發射機的方框圖如圖2所示，主要有光源和電路兩部分。光源是實現電/光轉換的關鍵器件，在很大程度上決定著光發射機的性能。電路的設計應以光源為依據，使輸出光信號準確反映輸入電信號。數字發射機的方框圖光端機輸出的數字信號是適合光纜傳輸的雙極性碼，而光源不能發射負脈沖，所以要變換為適合于光纖傳輸的單極性碼。光源的驅動電路光源的模擬驅動電路光源的數字驅動電路（1）LED的數字驅動電路（2）LD的數字驅動電路

調制電路和自動功率控制數字信號調制電路應采用電流開關電路，最常見的是差分電流開關電路。共發射極驅動電路射極耦合驅動電路自動功率控制電路共發射級驅動電路

R1

C1

Uin

Uc

v

LED(a)共發射極驅動電路

R2

R3R1為基極電阻

Uin與R1為基極提供合適的靜態電流Ib。R3為集電極電阻

Uc與R3為集電極提供合適的靜態電壓Uce，且還將集電極變化的電流Ic轉化為集電極電壓。R2為發射級電阻提高輸入電阻NPN型三極管，共發射級驅動電路的原理這種簡單的驅動電路主要用于以發光二極管LED作為光源的光發射機。數字信號為“0”碼

三極管截止，燈滅。數字信號為“1”碼

三極管導通，燈亮。。

R1

C1

Uin

Uc

v

LED(a)共發射極驅動電路

R2

R3共發射級驅動電路的特點數字信號“0”碼和“1”碼對應于V的截止和飽和狀態，電流的大小根據對輸出光信號幅度的要求確定。這種驅動電路適用于10Mb/s以下的低速率系統，更高速率系統應采用差分電流開關電路。

R1

C1

Uin

Uc

v

LED(a)共發射極驅動電路

R2

R3射級耦合驅動電路電流源I0

v1

LD-Ue

Uin(b)射極耦合LD驅動電路IbUbLD是激光器，只有在工作電流超過閥值電流的情況下才會輸出激光（相干光），半導體激光器是一閥值器件當注入電流較小時，激光器發射普通的熒光，隨著注入的電流量的增加，激光器發射較強的熒光當電流大于閥值電流時，才能產生功率較強的激光射級耦合驅動電路的原理電流源為由V1和V2組成的差分開關電路，它提供了恒定的偏置電流Ib，V1的基極輸入的數字信號Uin。V2的基極是直流參考電壓Ub。(b)射極耦合LD驅動電路電流源I0

v1

LDIb-Ue

UinUb射級耦合驅動電路的原理數字信號Uin為“0”碼時

V1基極>V2基極，

V1導通，V2截止，則LD不發光。數字信號Uin為“1”碼時V1基極<V2基極，V1截止，V2導通，則LD發光。

電流源I0

v1

LD-Ue

Uin(b)射極耦合LD驅動電路ImUbIb共發射級驅動電路的具體PLD輸入緩沖器Ib每個緩沖器產生該輸入變量的原變量和反變量偏置電流Ib調制電流Im驅動LD光源器件必須是直流偏移電流Ib和調制電流Im共同的結果。旁路電容減噪交流通路UinUinV1V2LD10導通截止無激光01截止導通有激光圖中，半導體三極管V1、V2通過射極電阻Re耦合形成電流開關。V1、V2輪流工作在導通-截止的開關狀態。當Uin為“0”碼時，則V1導通、V2截止，LD上只有電流IB流過，故LD不發出激光；當Vin為“1”碼時，則V1截止、V2導通，LD上有電流IM+IB流過，故LD發出激光。射極耦合電流開關驅動電路適用于中速率和高速率光纖通信系統。

射級耦合驅動電路的特點V1和V2處于輪流的截止和非飽和導通狀態，有利于提高調制速率，當三極管截止頻率fr>4.5G/Hz時，調制速率可達300Mb/S.缺點：動態范圍小，功耗較大，由于溫度的變化和工作時間加長，LD所輸出的光功率會發生變化的。為了保證輸出光功率的穩定，必須改進電路的設計。主要功能：自動補償LD由于環境溫度變化和老化效應而引起的輸出光功率的變化，保持其輸出光功率不變。自動控制光發送機的輸入信號碼流中長連“0”序列或無信號輸入時使LD不發光。控制另一個重要的參數：LD的微分量子效率?d。自動功率控制（APC）(b)射極耦合LD驅動電路電流源I0

v1

LDIb-Ue

UinUb主要功能：自動補償LD由于環境溫度變化和老化效應而引起的輸出光功率的變化，保持其輸出光功率不變。自動控制光發送機的輸入信號碼流中長連“0”序列或無信號輸入時使LD不發光。控制另一個重要的參數：LD的微分量子效率?d。自動功率控制（APC）APC的調節方式一是自動跟蹤Ith的變化，是LD處于最佳偏置狀態.Ith是半導體激光器的閥值電流。Ith=I0eT/T0I0

為常數T0是特征溫度。二是控制調制脈沖電流幅度Im

，跟蹤?d的變化，一般?d

的變化不是非常大，所以最簡單的辦法是通過檢測直流光功率來控制偏置電流。比較放大器A2可調直流參考電壓設計框圖比較放大器A3電流源PIN檢測調制LD發光數字信號A1放大器比較放大器A2可調直流參考電壓設計框圖比較放大器A3電流源PIN檢測調制LD發光數字信號A1放大器P