|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Оптоволоконні лінії та зв'язок. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / телефонія У зв'язку з цим стрімко розвивається інфраструктура комунікацій, якими передаються дані. На підтвердження цим словам можна навести такі цифри - за період із 1993 по 1998 рік кількість сторінок в Інтернеті збільшилася з 50 штук до 50 мільйонів. За три роки, з 1998 по 2001 рік, кількість користувачів, підключених до Мережі, зросла з 143 до 700 мільйонів людей. Зростання комп'ютерного парку та збільшення потужності процесорів персональних комп'ютерів створило попит на великі обсяги передачі даних як по Інтернету, так і традиційним лініям зв'язку: відеофон, телефон, послуги факсу. Набір мікросхем, що випускається фірмою MAXIM для приймача/передавача, що підтримують вищезазначені вимоги, дозволяє проводити оптичні/електричні перетворення в оптичних системах передачі SDH/SONET. SDH – європейський стандарт на волоконно-оптичні засоби для швидкісної передачі даних. SONET - стандарт, що визначає швидкості, сигнали та інтерфейси для синхронної передачі даних при швидкості більше одного гігабіту/сек. по волоконно-оптичній мережі. Фірми виробники мережевого обладнання поставляють ринку нові, з поліпшеними параметрами вироби. Але потреба у приладах з більшою продуктивністю передачі все зростає. Швидкість передачі даних по мідним проводам підійшла до своєї межі, і подальше збільшення відбувається за рахунок оптоволоконних кабелів. Фізична природа оптоволоконних кабелів дозволяє значно розширити діапазон швидкості передачі. Можливості оптоволоконних ліній використовують як у локальних мережах, і у великих мережах передачі між країнами. Очікується подальше розширення цих мереж для задоволення споживчих запитів у високошвидкісній та високоякісній передачі інформації. Щоб передати дані через оптичні канали, сигнали повинні бути перетворені з електричного вигляду на оптичний, передані по лінії зв'язку і, потім у приймачі перетворені назад в електричний вигляд. Ці перетворення відбуваються у пристрої приймача, який містять електронні блоки поряд з оптичними компонентами. Волоконно-оптичні приймачі Широко використовуваний у техніці передач мультиплексор з розділенням часу (TDM) (пристрій, що розділяє час доступу до швидкісного каналу між підключеними до мультиплексора низькошвидкісними лініями), дозволяє збільшити швидкість передачі до 10 Гб/сек. Сучасні швидкодіючі волоконно-оптичні системи пропонують такі стандарти швидкості передачі.
Нові методи мультиплексного поділу довжини хвилі (WDM) або спектральне ущільнення дають змогу збільшити густину передачі даних. Для цього численні мультиплексні потоки інформації надсилаються по одному оптоволоконному каналу з використанням передачі кожного потоку на різних довжинах хвилі. Електронні компоненти у WDM-приймачі та передавачі відрізняються в порівнянні з тими, що використовуються в системі з тимчасовим поділом. Розглянемо роботу приймачів в оптичній системі передач з поділом часу TDM. Оптичні приймачі Оптичні приймачі виявляють сигнали, що передаються по волоконно-оптичному кабелю і перетворюють його в електричні сигнали, які потім підсилюють і відновлюють їх форму, а також синхросигнали. Залежно від швидкості передачі та системної специфіки пристрою, потік даних може бути перетворений з послідовного вигляду в паралельний. На рис. 1 представлено перетворення, передача і прийом сигналу приймачем в послідовному або паралельному вигляді, а також формування синхросигналу.
PIN - фотодіод (PIN) або лавинний фотодіод (APD) отримують світловий потік сигналу і шляхом модуляції питомої електропровідності або зміною потенціалу дають можливість конвертувати отриманий світловий сигнал електричний. PIN фотодіод відносно дешевий прилад і працює з тією ж напругою живлення, що і весь електронний пристрій. Однак його чутливість набагато менша, ніж у лавинного фотодіода. Тому відстань між передавачем та приймачем на основі APD може бути збільшена. Звичайно, все це не безкоштовно - APD фотодіоди вимагають (залежно від типу) напругу живлення від 30 до 100 Вольт. До того ж APD створює більші шуми, коштує дорожче, ніж PIN – фотодіод та потребує охолодження. Сигнал з фотодетектора надходить на підсилювач напруги, керований струмом (transimpedance amplifier – TIA). Асиметрична напруга, отримана TIA, посилюється і перетворюється в диференціальний сигнал, необхідний для роботи наступних каскадів. TIA повинен забезпечувати як високу перевантажувальну здатність, так і високу вхідну чутливість (великий динамічний діапазон). Оптичні сигнали можуть бути ослаблені через старіння передавача або довгого каналу зв'язку. Тому для збільшення чутливості TIA до мінімуму має бути зменшений власний шум. З іншого боку, висока перевантажувальна здатність потрібна, щоб уникнути розрядних помилок, пов'язаних зі спотвореннями від сильних оптичних сигналів. Максимально досяжна крутість підсилювача TIA залежить від робочої частоти. Щоб гарантувати стійкість та необхідну смугу пропускання, коефіцієнт посилення може бути оптимізований тільки в межах вузького діапазону. При малопотужному оптичному сигналі це обмеження може зробити вихідний сигнал підсилювача недостатнім подальшої обробки. Щоб підсилювати невелику напругу в діапазоні 1 год 2 mV, після підсилювача TIA ставлять ще один підсилювач, який у більшості випадків є підсилювачем-обмежувачем (LA). У цей підсилювач також включений індикатор малого сигналу, який попереджає, коли сигнал, що надходить, падає нижче визначеного користувачем порога, що встановлюється ззовні. Щоб при сигналі близькому до порога прапор індикатора не змінював значення, компаратор виконується з гістерезисом. Ключовий компонент, який слідує за підсилювачем-обмежувачем у приймальному пристрої - це схема відновлення синхронізації та даних (CDR). CDR виконує тактування, приймає рішення про рівень амплітуди сигналу, що надходить і видає час - і амплітуду- відновленого потоку даних. Є кілька способів підтримки функції відновлення синхронізації (зовнішній ПАР - фільтр, зовнішній контрольний синхросигнал і т.д.), але тільки комплексний підхід може знизити вартість і обсяг робіт. Міжнародний союз Телезв'язку – сектор стандартів Телезв'язку (ITU – T) визначає обмеження на допуск, передачу та генерування коливання. Якість сигналу на виході підсилювача обмежувача зазвичай низька, головним чином через не ідеальні компоненти в оптичній системі передачі. Оскільки схема CDR для досягнення нормальної, вільної від помилок роботи повинна прийняти деяку кількість коливань вхідних даних, всі пристрої приймача повинні виконувати рекомендації ITU-T щодо допуску на нестійку синхронізацію. Крім ефектів коливання (jitter) шум та спотворення імпульсу також зменшують фазу запасу регулювання. Це ускладнює синхронізацію отриманої інформації та зчитування логічного рівня кожного біта. Використання системи фазового автопідстроювання частоти (PLL) - невід'ємна частина в синхронізації генератора тактових імпульсів з потоком даних, щоб гарантувати вирівнювання синхросигналу з серединою інформаційного слова. Для подальшої оптимізації частоти передачі біта помилки (BER) при асиметричному підвищенні та падінні переходів сигналу отриманих даних, система повинна включити вибір регулювання фази залежності синхроімпульсів та даних. Послідовний потік відновлених даних і синхроімпульсів від CDR надходить, зазвичай, блок перетворення послідовного коду в паралельний (deserializer). Швидкість перетворення залежить від швидкості передачі бітів і сумісності (за швидкістю) з КМОП - компонентами системи. Оптичний передавач Оптичний передавач у волоконно-оптичній системі перетворює електричну послідовність даних, що поставляються КМОП компонентами системи, оптичний потік даних. Як показано на рис. 1, передавач складається з паралельно - послідовного перетворювача з синтезатором синхроімпульсів (що залежить від системної установки та швидкості передачі інформації в бітах), драйвера та джерела оптичного сигналу. Для передачі інформації по волоконно-оптичному каналу використовують два важливі діапазони хвиль: 1000 год 1300 нм, званий другим оптичним вікном, і 1500 1800 нм, відомий як третє оптичне вікно. На цих діапазонах – найменші втрати сигналу в лінії на одиницю довжини кабелю (dB/км). Для оптичних систем передачі можна використовувати різні оптичні джерела. Наприклад, світловипромінюючі діоди (LED) часто використовуються в дешевих локальних мережах для зв'язку на малу відстань. Однак, широка спектральна смуга пропускання та неможливість роботи в довжинах хвилі другої та третьої оптичних вікон, не дозволяє використовувати світлодіод у системах телезв'язку! На відміну від світлодіода, оптично - модульований лазерний передавач з високою спектральною чистотою може працювати у третьому оптичному вікні. Тому для ультра далеких та WDM систем передачі, де вартість - не головне міркування, а висока ефективність обов'язкова, використовують лазерне оптичне джерело. Для оптичних каналів зв'язку різні типи прямо - напівпровідникових лазерних діодів, що моделюються, мають оптимальне відношення вартість / ефективність для коротких, середніх і довгих передач. Прилади можуть працювати і в другому і третьому оптичних вікнах. Всі напівпровідникові лазерні діоди, що використовуються для прямої модуляції, зазвичай потребують постійного струму зміщення, щоб встановити робочу точку і струм модуляції для передачі сигналу. Величина струму зміщення та струму модуляції залежить від характеристики лазерного діода і може відрізнятися від типу до типу один від одного в одного типу. Діапазон зміни цих характеристик з часом та температурою повинен враховуватися під час проектування блоку передавача. Особливо це стосується економічно більш вигідних типів напівпровідникових лазерів, що не охолоджуються. Звідси випливає, що драйвер лазера повинен видавати струм зміщення і струм модуляції в достатньому діапазоні, щоб різні оптичні передавачі з широким вибором лазерних діодів могли працювати протягом тривалого часу і при різній температурі. Для компенсації характеристик лазерного діода, що погіршуються, використовують пристрій автоматичного управління енергією (APC). Тут використовується фотодіод, який перетворює світлову енергію лазера на пропорційний струм і подає його в драйвер лазера. Виходячи з цього сигналу, драйвер видає струм зміщення лазерний діод, щоб світлова потужність залишалася постійною і відповідала спочатку встановленої. Так підтримується "амплітуда" оптичного сигналу. Фотодіод, який знаходиться у схемі APC, також може використовуватись при автоматичному керуванні модуляцією (АМС). Додатково до зазначених функцій система має бути здатною зупиняти лазерні передачі, блокуючи драйвер, але прийом даних на вході при цьому не повинен перериватися. Додавши тригер або клямку (як частина лазерного драйвера або паралельно - послідовного перетворювача), ефективність коливання може бути покращена відновленням синхронізації цього потоку даних перш, ніж він досягне виходу драйвера лазерного діода. Відновлення синхронізації та перетворення на послідовну форму вимагають синхроімпульси, які мають синтезуватися. Цей синтезатор також може бути інтегрований в паралельно - послідовний перетворювач і зазвичай включає схему фазової автопідстроювання частоти. Синтезатор повинен гарантувати передачу даних при можливому низькому коливанні. У результаті синтезатор відіграє ключову роль передавача оптичної системи зв'язку. На рис. 2 і 3 представлені синхронні транспортні модулі (STM4), відповідно, приймача та передавача.
Як зазначалося вище, всі компоненти оптичної системи для телезв'язку повинні виконувати рекомендації ITU - T. Набір мікросхем, що випускається MAXIMом, дозволяє проектувальникам розробити конкурентно здатні приймальні пристрої. Всі вироби засновані на швидкодіючій біполярній технології, коли частота передачі р-n-р транзистора становить 6,4 ГГц, а для n-р-n - 8,7 ГГц. Для біполярного субмікронного процесу частота передачі n-р-n транзистора становить 27 ГГц. Випускаються мікросхеми для STM 4 використовують джерела живлення + 3,3В. Підсилювач Підсилювач TIA (MAX 3664) перетворює асиметричний струм від фотодіодного датчика на асиметричну напругу, яка посилюється і перетворюється на диференціальний сигнал. При вхідному струмі 100 А (подвійна амплітуда) на виході має диференціальні коливання до 900 MB (подвійна амплітуда). Низький вхідний шум досягнуто ретельним проектуванням інтегральної мікросхеми та обмеженням смуги пропускання частотою 590 МГц при вхідній ємності 1,1 pF. При використанні одного pin діода з малим шумом типова вхідна чутливість відповідає -32 dBm оптичної потужності. При живленні 3,3 В споживана потужність лише 85 мВт. Синхронізація та відновлення даних (CDR) Мікросхема MAX 3675 повинна відновлювати синхросигнали від отриманого потоку даних та їх тактування. Дві мікросхеми MAX 3664 і MAX 3675 є основою оптоелектронного модуля приймача, при цьому споживана потужність становить менше 300 мBт при живленні 3,3В. Чутливість входу для аналогового сигналу становить 3 мВ (подвійна амплітуда). Сигнальна функція втрати блокування та датчик потужності вхідного сигналу поєднані з підсилювачем-обмежувачем. Датчик потужності на виведенні RSSI – індикатор сили отриманого сигналу – видає напругу пропорційно до вхідної потужності. Схема фазового автопідстроювання частоти, необхідна для відновлення синхроімпульсів, також повністю інтегрована в MAX 3675 і не вимагає зовнішніх контрольних синхроімпульсів. Блок перетворення послідовного коду на паралельний (DEMUX) Для роботи з різними схемами системного інтерфейсу MAXIM пропонує MAX 3680 та MAX 3681 – перетворювачі послідовного коду на паралельний. MAX 3680 перетворює послідовний потік даних, що надходить зі швидкістю 622 Mbps на потік 78 Mbps восьмирозрядних слів. Вихід даних та синхроімпульсів сумісний з ТТЛ – рівнями. Потужність - 165 мВт при живленні 3,3В. MAX 3681 перетворює послідовний потік даних (622 Mbps) на 155 Mbps потік чотирирозрядних слів. Його диференціальні дані та синхроімпульси підтримують мають низьковольтний диференціальний сигнал (LVDS). Потужність - 265 мBт при живленні 3,3В. Керуючи через висновок SINC, можна трохи перебудовувати вихід даних щодо синхросигналу. Паралельно – послідовний перетворювач (MUX) Мікросхема MAX3691 перетворює чотири LVDS потоку даних, що передаються зі швидкістю 155 Mbps в послідовний потік в 622 Mbps. Необхідні синхроімпульси передачі синтезуються за допомогою вбудованого контуру фазової автопідстроювання частоти, що включає генератор, керований напругою, підсилювача петлевого фільтра і фазочастотного детектора, який вимагає тільки зовнішніх опорних синхроімпульсів. При живленні 3,3В споживана потужність - 215 мВт. Послідовний вихід даних видається диференціальним рівнем позитивної емітерно-пов'язаної логіки (PECL) сигналами. Лазерний формувач (LD) Основним завданням LD (MAX 3667) є подача струму зміщення та модулюючого струму для прямого модулювання лазерного діода. Для гнучкості диференціальні входи приймають потоки даних PEСL, а також диференціальне коливання напруги рівнем до 320 мВ (подвійна амплітуда) при рівні напруги живлення Vcc = 0,75B. Змінюючи зовнішній резистор між виведенням BIASSET із землею, можна регулювати струм зміщення від 5 до 90 mA, а резистором між виводом MODSET та землею можна регулювати струм модуляції від 5 до 60 mA. Внутрішня, температурно - стабілізована опорна напруга гарантує стабільні струми зміщення та модуляції. Щоб не пошкодити MAX 3667, висновки BIASSET, MODSET та APCSET не треба заземлювати. Внутрішній ланцюг захисту обмежує сумарний вихідний струм приблизно 150 мA. Для роботи MAX 3667 достатньо одного джерела живлення 3,3В. Як альтернатива MAX 3667 випускається п'ятивольтовий драйвер лазера MAX 3766 зі швидкістю передачі даних від 155 Мб/сек до 1,25 Гб/сек. MAX 3766 включає всі атрибути, згадані для MAX 3667, але у ширшій смузі частоти пропускання. Ця мікросхема має розширені безпечні умови для лазера, а також із єдиним зовнішнім резистором підтримується "оптична амплітуда" при зміні температури та крутості характеристики лазерної кривої. У цій статті представлено комплексне рішення фірмою MAXIM оптичного приймач-передавача. Подивитися номенклатуру приладів для оптико/електричних вузлів та їх характеристики можна на maxim-ic.com. Там же можна познайомитись з технічними параметрами 98 базових приладів, які використовуються в електронних блоках оптоволоконного зв'язку. Досить докладну добірку матеріалів російською мовою про вироблену MAXIM продукції можна знайти на сайті rtcs.ru, компанії Rainbow Technologies, офіційного дистриб'ютора MAXIM в країнах СНД. Автор: А. Шитиков, ashitikov@rainbow.msk.ru; Публікація: radioradar.net
Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами
05.05.2024 Приміальна клавіатура Seneca
05.05.2024 Запрацювала найвища у світі астрономічна обсерваторія
04.05.2024
▪ Флуоресцентне світіння для пошуку позаземного життя ▪ 3,2 гігапіксельна фотокамера для астрономів ▪ Друк їжі з цвіркунів та моркви ▪ NFC-модуль для роботи з динамічною міткою ST25DV04 ▪ Плутон випромінює рентгенівське випромінювання
▪ Розділ сайту Особистий транспорт: наземний, водний, повітряний. Добірка статей ▪ стаття Переоцінка цінностей. Крилатий вислів ▪ стаття Червоний перець. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Доопрацювання автосторожу. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Рамка та хустка. Секрет фокусу
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page