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收發(fā)器設(shè)計(jì)之前確定電路功率預(yù)算
光纖電路的收發(fā)器設(shè)計(jì)是復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)，需要選擇收發(fā)器組件以適應(yīng)損耗以及激光二極管和光電二極管的動(dòng)態(tài)范圍。可以根據(jù)它們的相對(duì)輸出功率和靈敏度簡(jiǎn)單地選擇這些組件，但是光纖電路損耗也會(huì)加劇這些組件的局限性。確定光纖電路中的插入損耗預(yù)算后，即可確定相關(guān)組件的電路功率預(yù)算。
“電路功率預(yù)算”與“插入損耗預(yù)算”可以互換使用，并且這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)肯定是相關(guān)的。確定插入損耗預(yù)算后，就可以選擇合適的Tx激光二極管來(lái)沿光纖發(fā)送數(shù)據(jù)脈沖，并且可以確定激光二極管的輸出功率范圍。在收發(fā)器設(shè)計(jì)中，需要仔細(xì)將其與接收光電二極管配對(duì)。
光纖電路的功率和損耗
盡管光纖電纜中的電磁和光學(xué)行為可能會(huì)變得非常復(fù)雜，但是光纖電路的設(shè)計(jì)卻非常簡(jiǎn)單。從光學(xué)的角度來(lái)看，只有三個(gè)關(guān)鍵組件：
激光二極管：這會(huì)沿光纖發(fā)送光數(shù)據(jù)脈沖。
光纖：光纖的幾何形狀將決定波長(zhǎng)（最小頻率）和通道數(shù)（以MMF為單位）。
光電二極管：接收光電數(shù)據(jù)脈沖并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
顯然，構(gòu)建收發(fā)器模塊還需要其他光學(xué)和電子組件。諸如透鏡和耦合器之類的光學(xué)組件對(duì)于發(fā)送和檢測(cè)數(shù)據(jù)脈沖很重要，而在MMF中進(jìn)行多路復(fù)用/多路分解則需要衍射光柵。這些都會(huì)給光學(xué)系統(tǒng)增加一些損耗，在配對(duì)發(fā)射器和接收器組件時(shí)需要考慮這些損耗。
在設(shè)計(jì)光纖電路時(shí)，通常首先選擇光纖的類型，因?yàn)檫@受電路長(zhǎng)度和電路將在其中運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)類型的限制。因此，您需要首先確定插入損耗預(yù)算，然后才能專注于配對(duì)激光二極管，光電二極管和其他光學(xué)組件。這是確定插入損耗預(yù)算作為整體電路功率預(yù)算一部分的方法。
插入損耗和電路功率預(yù)算計(jì)算
您要使用的光纖類型（或電纜類型，例如，用于銅纜以太網(wǎng)）將確定電路中的極大插入損耗。此外，標(biāo)準(zhǔn)化光纖具有額定衰減系數(shù)，該衰減系數(shù)需要包含在電路功率預(yù)算計(jì)算中。不同光纖波長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)衰減系數(shù)如下所示。
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850納米 |
1330納米 |
1550納米 |
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MMF |
3至3.5 dB / km |
1至1.5 dB / km |
不適用 |
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SMF |
不適用 |
0.4分貝/公里 |
0.3分貝/公里 |
要考慮的下一點(diǎn)是光纖中的損耗。任何光纖中都有許多損耗源。對(duì)于傳播模式，光纜中的所有損耗都由反射和散射控制，它們共同決定了插入損耗。耦合器，接頭，散射以及具有折射率對(duì)比的任何界面都會(huì)產(chǎn)生反射和/或散射。單個(gè)接頭可能只會(huì)產(chǎn)生約0.3 dB的損耗，但是多個(gè)接頭會(huì)導(dǎo)致光纖迅速達(dá)到其插入損耗預(yù)算。
要確定光纖電路上的總損耗，請(qǐng)將沿光纖電路的每個(gè)源的損耗加起來(lái)。如果使用以太網(wǎng)光纖，則可以在IEEE 802.3xx標(biāo)準(zhǔn)中找到指定的插入損耗預(yù)算，該標(biāo)準(zhǔn)指定了給定以太網(wǎng)數(shù)據(jù)速率/指定的極大允許插入損耗。一旦知道總損耗或插入損耗預(yù)算，就可以確定收發(fā)器電路所需的光電二極管和激光二極管對(duì)。
要確定是否可以同時(shí)使用激光二極管和光電二極管，只需使用下面顯示的公式進(jìn)行比較。首先，發(fā)射功率Ptx（以dBm為單位）需要在接收器靈敏度Pmin和線性范圍的高端之間變化，線性范圍是根據(jù)動(dòng)態(tài)范圍DR定義的：
允許的Tx功率輸出可確保光纖電路中接收器的線性度而不會(huì)造成損失。
如果存在損耗，只需將插入損耗預(yù)算（ILB）添加到上式的LHS中，即可確定所需的輸出功率范圍：
允許的Tx功率輸出可確保光纖電路中接收器的線性度而不會(huì)造成損失。
該方程式告訴您電路功率預(yù)算的影響：Tx功率需要克服插入損耗預(yù)算，但不能超過(guò)接收器的動(dòng)態(tài)范圍。從上面的等式可以明顯看出，ILB <DR是為了使任何光傳播到電路并在接收器的線性范圍內(nèi)被檢測(cè)到。
收發(fā)器電路設(shè)計(jì)
確定收發(fā)器所需的Tx和Rx組件后，就需要設(shè)計(jì)和仿真驅(qū)動(dòng)器和接收器電路。接收器電路非常簡(jiǎn)單，基本上是帶有低噪聲放大器的雪崩光電二極管電路。放大器的線性范圍和光電二極管的負(fù)載線將定義收發(fā)器的動(dòng)態(tài)范圍。發(fā)送器側(cè)的驅(qū)動(dòng)電路需要具有低相位噪聲，以確保數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)具有低抖動(dòng)。