实验二激光接收机原理实验
一、实验目的
1.熟悉「光纤通信系统中激光接收模块电路」的原理与量测工作。
2.熟悉「光纤通信系统中激光接收模块电路」中激光探测器的构造、特性、偏压工作架构
以及应用。
3.熟悉「光纤通信系统中激光发射模块电路」中输入光功率灵敏度监测电路的工作原理与
量测调校。
二、实验仪器
DYT3000-GT系列实验平台
1.数字信号源模块（D I G I T A L S O U R C E）D Y T3000-011块
2.激光发射模块（L A S E R D R I V E R）D Y T3000-551块
3.激光接收模块（L A S E R R E C E V E R）D Y T3000-551块
4.万用表1块
5.电流表（选配）1块
6.光功率表(Optical Power Meter) 1块
7.可调式光衰减器(Variable Optical Attenuator) 1个
8.光谱分析仪(Optical Spectrum Analyzer)（选配） 1块
9.20M H z通用双踪示波器1台
三、实验内容
1、了解光接收电路工作原理
2、了解无光告警电路工作原理
3、测量各报警电路工作状态及关键点电压
4、观察各报警输出状态
四、工作原理与电路解析
1、原理分析：
光纤通信系统功能特性的优劣与否，光发射/接收机的设计占了极重的影响比例。
光发射机中由于受到激光二极体(Laser diode)光源组件本身的非线性(Nonlinearity)特性影响，易造成系统「载波三次合成拍差比(Composite Triple Beat，CTB)」参数劣化，故必需在其设计中，加入「预失真处理(Predistortion process)」功能，藉以修正CTB 参数。
光接收机的设计上必需具备信号放大功能，而放大器本身存在一定程度的非线性效应(Nonlinear effect)，对导致系统「载波二次合成拍差比(Composite Second Order，CSO)」参数劣化亦有一定程度上的影响。
事实上，在光接收机的设计上又无可避免地，必需使用「高增益多级放大(High gain & multistage amplification)电路」来将微弱检光信号加以放大，故非常有必要在光接收机的设计上，考虑如何有效优化CSO参数，图1为光接收模块电路之基本架构。
图1 光接收模块电路基本架构
本系统中采用的是「单端输出(Single-ended output)」光接收模块电路架构，如图1所示：监测(Monitoring)电阻Rm仅通过直流，可作为监测光接收机输入光功率大小用，一
般入射光功率值如为0dBm时，监测电路输出端的直流压降应为1Vdc，故可决定其值，约为1K Ω左右；R1为信号的输出负载，调整范围约为1.5KΩ〜5KΩ，即可控制经PIN diode检光后的输出信号值高低；匹配网络(Matched network)主要负责检光(Photo detected)回路和放大电路间阻抗匹配(Impedance match)用；现行光接收机设计制作规范上，均要求其输出信号值至少要能达30dBmV 以上，若以光电转换后最高值(+2dBmV)计算，放大器电路的典型增益值至少必需大于28dB。
欲符合如此高增益要求，大都需以多级串接组态放大(Multistage cascade configuration amplification)的设计以达到要求。
本实验单元的所应用的电路原理图如图2所示。
图2 光接收电路原理图
2、光接收模块「输入光功率值监测与显示电路」之工作原理与调校说明
一般光接收机性能中均会要求具有输入光功率值监测与显示功能，现行实际作法上，「户外搭挂式」光接收机内部具有两个外接端子，其功用为检测光接收机的输入光功率的值是否正常？方法是用万用电表的DCV 檔，量取这两个外接端子之直流电压值是否为1V(通常这代表光接收机输入光功率值为0dBm)。
至于「室内机架式」光接收机则是以液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)配合“单芯片处理技术”来检测并显示光接收机输入光功率值值大小。
本单元实验在光接收机输入光功率值监测与显示功能的设计上采「户外搭挂式」与「室内机架式」两种之间的折衷方式。
应用运算放大器所组成的「差值放大电路」、「比较电路」及「LED 显示驱动电路」组成输入光功率值监测与显示功能，可参考图3电路。
图3 光功率值监测与显示电路
输入光功率值监测与显示电路工作原理说明如下：
在设计生产中，已经将本电路的工作点设定在光功率为XXX dBm，当输入光功率值≧XXX dBm，差值放大的输出恒保持≧2.00V，经U2 (U1-2)比较后，其输出保持为正饱和值，此时D1（绿色LED）被激发导通，代表输入光功率合格；反之，当输入光功率值< XXX dBm，差值放大的输出恒保持<2.00V，经U2（U1-2）比较后，其输出保持为负饱和值，此时D2（红色LED）被激发导通，代表输入光功率不合格。
本文中LED限流电阻会用不同规格电阻值，主要原因是为保持红绿LED之亮度一致。
各电位器的作用如下：
电位器R20：调整差值放大的增益
电位器R27：基准电压调节
电位器R28：分压调节
电位器R9：调整二级放大电路的增益
电位器R10：调整直流偏置电压
3、光接收模块电路性能特性参数的测量
(1)光功率计(Optical Power Meter)
图4 光接收模块特性测量框图
光接收机输入光功率值的调整，借助可调式光衰减器(Variable Optical Attenuator)来实现，并利用光功率表(Optical Power Meter)监测调整其值是否为恰当。
本文实际量测时，光接收机的输入光功率值调整范围为-0.25dBm〜+0.25dBm。
四、实验步骤
本实验相关测试点及输入输出点说明：
数字信号源模块（DIGITAL SOURCE）（DYT3000-01）
●CLK-OUT 时钟信号测试点，输出信号频率为256KHz
●BS-OUT 信源位同步信号输出点/测试点，频率为8KHz
●FS 信源帧同步信号输出点/测试点,频率为333Hz
●RZ-OUT NRZ信号输出点/测试点，码元速率8KHz
●2048K 2.048MHz时钟信号输出点
●1024K 1.024MHz时钟信号输出点
●512K 512KHz时钟信号输出点
●256K 256KHz时钟信号输出点
●128K 512KHz时钟信号输出点
●64K 64KHz时钟信号输出点
●32K 32KHz时钟信号输出点
●16K 16KHz时钟信号输出点
●8K 8KHz时钟信号输出点
激光发射模块（LASER DRIVER）DYT3000-55
●IN 信号输入端口（模拟或数字信号）
激光接收模块（LASER RECEVER）DYT3000-55
●AOUT 模拟信号输出端口
●DOUT 数字信号输出端口
按下述方法进行操作：
1、接上交流电源线；
2、将各实验模块按位插入主板的槽位中，用实验导线连接数字信号源模块的512K输出
点与激光发射模块的IN端口；
3、将电流表挂接在“电流测量”挂钩上，正表笔接正级，负表笔接负级；
4、用光纤将光发输出端口与光功率计连接，打开光功率表(Optical Power Meter)电源，
设置好光功率表(Optical Power Meter)各项参数；
5、打开电源开关，观察各模块电源指示灯是否点亮；
6、用示波器测量激光发射模块的IN端口的波形，是否为正确的512KHz的时钟信号；
7、观察光发模块各状态指示灯的状态是否全为绿色；若不正常,进行调节电位器；
8、调节光发送模拟的“电流调节”电位器，使光功率表(Optical Power Meter)读数
为-8（±1）dBm，电压表的读数为：180mV（±10mV），拆下与光功率计连接的光纤跳线，并接入到激光接收模块（LASER RECEVER）端；
9、观察激光接收模块各状态指示灯的状态是否全为绿色。