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光纤LED驱动电路设计原理分析
摘要: 为了减少数据传输时间在整个系统处理时间指标中所占的比重,要求数据传输率应不小于E1(2.048Mb/s) 速率,同时要求通信链路安全、可靠。我们通过对各种数据通信技术的分析,最终选择了光纤键路,取得了满意的效果。
Abstract:
Key words :

  為了減少數據傳輸時間在整個系統處理時間指標中所占的比重,要求數據傳輸率應不小于E1(2.048Mb/s) 速率,同時要求通信鏈路安全、可靠。我們通過對各種數據通信技術的分析,最終選擇了光纖鍵路,取得了滿意的效果。

  1銅介質數據鏈路分析

  由于同時要求較高的數據傳輸率及較長的通信距離,在銅介質鏈路中不進行編碼和調制很難滿足指標要求,但是高速調制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數據的場會顯然不適用。

  最重要的是,傳統的銅介質鏈路既產生電磁干擾信號,又容易受電磁干擾的影響,而且不易滿足EMC(電磁兼容)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,光纖應用于短距離通信是不經濟的,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,光纖之間沒有干 擾,誤碼率大大降低。設計人員不用考慮可能耦合進來的環境噪聲;②光纖提供了通信鏈路雙方之間的電氣隔離,消除了長距離設備之間由于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光纖發射器可采用數字調制驅動電路。數字基帶信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,而今后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,選擇合適類型的光纖、收發器及其驅動電路,可以獲得高性能價格比的光纖通信鍵 路,這正是本文要討論的重點。

  3光纖通信器件的選擇

  一個基本的光纖通信系統非常簡單:一個LED發射器將電信號轉變成光信號,并將之耦會進入傳輸光纖中,光信號通過光纖到達光接收器,它把接收到的光信號恢復成原來的電信號輸出。

  •光纜的選擇:一般,石英玻璃光纖由于其低損耗、高帶寬而用于長距離通信鏈路,例如,以太網和FDDI標準指定采用多模 62.5/125μm石英玻璃光纖。這些細纖芯的光纖需要高精度連接器以減少耦合損耗,對于工業應用,需要低成本的光纜和連接器。因此,1mm的 POF(Plymer OpTIcal Fibers)和200μm的HCS(Hard Clad Silica)光纖是最好選擇,它們均屬于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,而且防潮防污染,外護套則是2.2mm的聚氯乙烯。HCS光纖可工作于一40℃~+85℃的溫度范圍內,架設溫度范圍為一20℃一+85℃,在 性能與價格上均滿足系統要求。

  •工作波長的選擇:光纖通信系統的設計必須考慮光纖損耗與色散對系統帶來的影響,由于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,與半導體激光器相比,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,工作溫度范圍為一40℃~+85℃,有ST、SMA、SC和 FC多種端口型號可供選擇。HFBR-14XZ采用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型晶體管的一個IC芯片,其輸出可直接與流行的TTL及CMOS集成電路相連。

  4一種實用的光纖LED驅動電路

  光纖雙工通信系統其中驅動電路的作用是將電功率轉換成光功率,并將要傳輸的電信號調制到光源的輸出上,它對光源同時提供偏置電流和隨數字信號而變化的調制電流。

  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信號將會產的過沖現象。而由此在接收器引起的電信號的下沖,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,當采用串行驅動電路時這種現象尤其 明顯。而并聯驅動方式可以為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。

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