收发器设计之前确定電(diàn)路功率预算

2020-05-08

光纤電(diàn)路的收发器设计是复杂的電(diàn)路设计，需要选择收发器组件以适应损耗以及激光二极管和光電(diàn)二极管的动态范围。可(kě)以根据它们的相对输出功率和灵敏度简单地选择这些组件，但是光纤電(diàn)路损耗也会加剧这些组件的局限性。确定光纤電(diàn)路中的插入损耗预算后，即可(kě)确定相关组件的電(diàn)路功率预算。

“電(diàn)路功率预算”与“插入损耗预算”可(kě)以互换使用(yòng)，并且这两个术语肯定是相关的。确定插入损耗预算后，就可(kě)以选择合适的Tx激光二极管来沿光纤发送数据脉冲，并且可(kě)以确定激光二极管的输出功率范围。在收发器设计中，需要仔细将其与接收光電(diàn)二极管配对。

光纤電(diàn)路的功率和损耗

尽管光纤電(diàn)缆中的電(diàn)磁和光學(xué)行為(wèi)可(kě)能(néng)会变得非常复杂，但是光纤電(diàn)路的设计却非常简单。从光學(xué)的角度来看，只有(yǒu)三个关键组件：

激光二极管：这会沿光纤发送光数据脉冲。

光纤：光纤的几何形状将决定波長(cháng)（最小(xiǎo)频率）和通道数（以MMF為(wèi)单位）。

光電(diàn)二极管：接收光電(diàn)数据脉冲并将其转换為(wèi)電(diàn)信号。

显然，构建收发器模块还需要其他(tā)光學(xué)和電(diàn)子组件。诸如透镜和耦合器之类的光學(xué)组件对于发送和检测数据脉冲很(hěn)重要，而在MMF中进行多(duō)路复用(yòng)/多(duō)路分(fēn)解则需要衍射光栅。这些都会给光學(xué)系统增加一些损耗，在配对发射器和接收器组件时需要考虑这些损耗。

在设计光纤電(diàn)路时，通常首先选择光纤的类型，因為(wèi)这受電(diàn)路長(cháng)度和電(diàn)路将在其中运行的网络类型的限制。因此，您需要首先确定插入损耗预算，然后才能(néng)专注于配对激光二极管，光電(diàn)二极管和其他(tā)光學(xué)组件。这是确定插入损耗预算作為(wèi)整體(tǐ)電(diàn)路功率预算一部分(fēn)的方法。

插入损耗和電(diàn)路功率预算计算

您要使用(yòng)的光纤类型（或電(diàn)缆类型，例如，用(yòng)于铜缆以太网）将确定電(diàn)路中的极大插入损耗。此外，标准化光纤具有(yǒu)额定衰减系数，该衰减系数需要包含在電(diàn)路功率预算计算中。不同光纤波長(cháng)的标准衰减系数如下所示。

 

要考虑的下一点是光纤中的损耗。任何光纤中都有(yǒu)许多(duō)损耗源。对于传播模式，光缆中的所有(yǒu)损耗都由反射和散射控制，它们共同决定了插入损耗。耦合器，接头，散射以及具有(yǒu)折射率对比的任何界面都会产生反射和/或散射。单个接头可(kě)能(néng)只会产生约0.3 dB的损耗，但是多(duō)个接头会导致光纤迅速达到其插入损耗预算。

要确定光纤電(diàn)路上的总损耗，请将沿光纤電(diàn)路的每个源的损耗加起来。如果使用(yòng)以太网光纤，则可(kě)以在IEEE 802.3xx标准中找到指定的插入损耗预算，该标准指定了给定以太网数据速率/指定的极大允许插入损耗。一旦知道总损耗或插入损耗预算，就可(kě)以确定收发器電(diàn)路所需的光電(diàn)二极管和激光二极管对。

要确定是否可(kě)以同时使用(yòng)激光二极管和光電(diàn)二极管，只需使用(yòng)下面显示的公式进行比较。首先，发射功率Ptx（以dBm為(wèi)单位）需要在接收器灵敏度Pmin和線(xiàn)性范围的高端之间变化，線(xiàn)性范围是根据动态范围DR定义的：

允许的Tx功率输出可(kě)确保光纤電(diàn)路中接收器的線(xiàn)性度而不会造成损失。

如果存在损耗，只需将插入损耗预算（ILB）添加到上式的LHS中，即可(kě)确定所需的输出功率范围：

允许的Tx功率输出可(kě)确保光纤電(diàn)路中接收器的線(xiàn)性度而不会造成损失。

该方程式告诉您電(diàn)路功率预算的影响：Tx功率需要克服插入损耗预算，但不能(néng)超过接收器的动态范围。从上面的等式可(kě)以明显看出，ILB <DR是為(wèi)了使任何光传播到電(diàn)路并在接收器的線(xiàn)性范围内被检测到。

收发器電(diàn)路设计

确定收发器所需的Tx和Rx组件后，就需要设计和仿真驱动器和接收器電(diàn)路。接收器電(diàn)路非常简单，基本上是带有(yǒu)低噪声放大器的雪(xuě)崩光電(diàn)二极管電(diàn)路。放大器的線(xiàn)性范围和光電(diàn)二极管的负载線(xiàn)将定义收发器的动态范围。发送器侧的驱动電(diàn)路需要具有(yǒu)低相位噪声，以确保数字数据具有(yǒu)低抖动。