解析光纤LED驱动电路设计原理

出处:bear118 发布于:2011-08-27 22:51:34

  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。数据传输(data transmission)就是依照适当的规程,经过一条或多条链路,在数据源和数据宿之间传送数据的过程。也表示借助信道上的信号将数据从一处送往另一处的操作。我们通过对各种数据通信技术的分析,终选择了光纤键路,取得了满意的效果。数据通信技术:数据通信是以“数据”为业务的通信系统,数据是预先约定好的具有某种含义的数字、字母或符号以及它们的组合。数据通信是20世纪50年代随着计算机技术和通信技术的迅速发展,以及两者之间的相互渗透与结合而兴起的一种新的通信方式,它是计算机和通信相结合的产物。随着计算机技术的广泛普及与计算机远程信息处理应用的发展,数据通信应运而生,它实现了计算机与计算机之间,计算机与终端之间的传递。由于不同业务需求的变化及通信技术的发展使得数据通信经过了不同的发展历程。

  1铜介质数据链路分析

  由于同时要求较高的数据传输率及较长的通信距离,在铜介质链路中不进行编码和调制很难满足指标要求,但是高速调制解调器不仅价格昂贵,而且双方握手过程费时,在要求随机实时传输数据的场会显然不适用。

  传统的铜介质链路既产生电磁干扰信号,又容易受电磁干扰的影响,而且不易满足EMC(电磁兼容)和EMI(电磁干扰)标准的要求。电磁兼容性EMC(Electro Magnetic Compatibility),是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此,EMC包括两个方面的要求:一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值;另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度,即电磁敏感性。

  2光纤链路的分析

  近两年,随着光纤成本下降,以及1000Base和10G以太网的广泛应用和升级,光纤通信已经逐渐成为局域网布线、以及FTTx网络建设的重要组成部分。由于光纤对于电磁干扰免疫的特性,使得我们可以不用再特别考虑类似电源箱、UPS等电磁辐射设备的位置设计,从而大大提高综合布线的灵活性和效率。然而也正因如此,往往下意识地认为光纤布线非常简单安全,而忽视了光纤链路故障可能引发的重大网络问题。

  在人们的传统印象中,光纤应用于短距离通信是不经济的,但是它有着铜介质键路不可比拟的优点:①光纤链路既不发射电磁波,也不受其影响,光纤之间没有干 扰,误码率大大降低。设计人员不用考虑可能耦合进来的环境噪声;②光纤提供了通信链路双方之间的电气隔离,消除了长距离设备之间由于地电位不同引起的问 题。同时设计人员再也不用为阻抗匹配而头疼了;③光纤发射器可采用数字调制驱动电路。数字基带信号只要经过简单的线路编码,即可直接驱动光纤发射器。

  现在,光纤器件价格与以前相比已经大幅下降,而今后随着钢缆价格的上升及光纤器件价格的进一步下降,人 们选择光纤时将不再首先考虑价格因素。

  3光纤通信器件的选择

  一个基本的光纤通信系统非常简单:一个LED发射器将电信号转变成光信号,并将之耦会进入传输光纤中,光信号通过光纤到达光接收器,它把接收到的光信号恢复成原来的电信号输出。光纤通信技术(optical fiber communications)从光通信中脱颖而出,已成为现代通信的主要支柱之一,在现代电信网中起着举足轻重的作用。光纤通信作为一门新兴技术,其近年来发展速度之快、应用面之广是通信史上罕见的,也是世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具。

  光缆的选择:一般,石英玻璃光纤由于其低损耗、高带宽而用于长距离通信链路,例如,以太网和FDDI标准指定采用多模 62.5/125μm石英玻璃光纤。这些细纤芯的光纤需要高连接器以减少耦合损耗,对于工业应用,需要低成本的光缆和连接器。因此,1mm的 POF(Plymer OpTIcal Fibers)和200μm的HCS(Hard Clad Silica)光纤是选择,它们均属于阶跃折射率的多模光纤。

  1mm POF的典型损耗值在650nm波长时为0.2dB/m,而200μm HCS光纤在650mm波长典型损耗值仅为8dB/km,在820nm波长时更少。HCS光纤的是石英玻璃,包层是的高强度聚合物,不仅增加了光 纤的强度,而且防潮防污染,外护套则是2.2mm的聚氯乙烯。HCS光纤可工作于一40℃~+85℃的温度范围内,架设温度范围为一20℃一+85℃,在 性能与价格上均满足系统要求。

  工作波长的选择:光纤通信系统的设计必须考虑光纤损耗与色散对系统带来的影响,由于损耗和色散都与系统的工作波长有关,因此工作波长的选择成为系统设计的一个主要问题。

  综合考虑系统的指标要求与选定的光纤,选择820nm波长可使HCS光纤损耗低至6dB/km,同时色散也达到。

  光源的选择:在820m波长下,LED是可以选用的光源,与半导体激光器相比,LED的驱动电路简单,且成本低。

  综上所述,光缆选用200μm HCS光纤,光收发器件选用 HP公司820nm波长的HFBR-0400系列。该系列中的HFBR-14X2/HFBR- 24X2可在1500m距离内达到5MBd的速率,工作温度范围为一40℃~+85℃,有ST、SMA、SC和 FC多种端口型号可供选择。HFBR-14XZ采用820nm波长的AlGaAs型LED,HFBR-24XZ内部集成了包括PIN光电检测器、直流放大 器及集电极开路输出Schottky型晶体管的一个IC芯片,其输出可直接与流行的TTL及CMOS集成电路相连。

  4一种实用的光纤LED驱动电路

  光纤双工通信系统其中驱动电路的作用是将电功率转换成光功率,并将要传输的电信号调制到光源的输出上,它对光源同时提供偏置电流和随数字信号而变化的调制电流。

  设计LED驱动电路必须首先考虑驱动LED的电流峰值,如果超过了峰值驱动电流光信号将会产的过冲现象。而由此在接收器引起的电信号的下冲,加上来自放大 器噪声的影响,结果可能会越过比较器的检测门限,造成误码。同时LED有一个熄灭比点亮困难的特点,它会产生拖尾现象,当采用串行驱动电路时这种现象尤其 明显。



  

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