自动功率控制 尹其畅课件

学院：电子与控制工程学院学号：2012132029姓名：尹其畅内容：自动功率控制光发射机数字光发射机的功能是把电端机输出的数字基带电信号转换为光信号，并用耦合技术有效注入光纤线路，电/光转换是用承载信息的数字电信号对光源进行调制来实现的。调制分为直接调制和外调制两种方式。受调制的光源特性参数有功率、幅度、频率和相位。目前技术上成熟并在实际光纤通信系统得到广泛应用的是直接光强(功率)调制根据激光器(LD)和发光二极管(LED)直接光强数字调制原理，对LD施加了偏置电流Ib。由图1可见，当激光器的驱动电流大于阈值电流Ith时，输出光功率P和驱动电流I基本上是线性关系，输出光功率和输入电流成正比，所以输出光信号反映输入电信号。

图1直接光强数字调制原理

(a)LED数字调制原理；(b)LD的数字调制原理光发射机的组成数字光发射机的方框图如图2所示，主要有光源和电路两部分。光源是实现电/光转换的关键器件，在很大程度上决定着光发射机的性能。电路的设计应以光源为依据，使输出光信号准确反映输入电信号。数字发射机的方框图光端机输出的数字信号是适合光缆传输的双极性码，而光源不能发射负脉冲，所以要变换为适合于光纤传输的单极性码。光源的驱动电路光源的模拟驱动电路光源的数字驱动电路（1）LED的数字驱动电路（2）LD的数字驱动电路

调制电路和自动功率控制数字信号调制电路应采用电流开关电路，最常见的是差分电流开关电路。共发射极驱动电路射极耦合驱动电路自动功率控制电路共发射级驱动电路

R1

C1

Uin

Uc

v

LED(a)共发射极驱动电路

R2

R3R1为基极电阻

Uin与R1为基极提供合适的静态电流Ib。R3为集电极电阻

Uc与R3为集电极提供合适的静态电压Uce，且还将集电极变化的电流Ic转化为集电极电压。R2为发射级电阻提高输入电阻NPN型三极管，共发射级驱动电路的原理这种简单的驱动电路主要用于以发光二极管LED作为光源的光发射机。数字信号为“0”码

三极管截止，灯灭。数字信号为“1”码

三极管导通，灯亮。。

R1

C1

Uin

Uc

v

LED(a)共发射极驱动电路

R2

R3共发射级驱动电路的特点数字信号“0”码和“1”码对应于V的截止和饱和状态，电流的大小根据对输出光信号幅度的要求确定。这种驱动电路适用于10Mb/s以下的低速率系统，更高速率系统应采用差分电流开关电路。

R1

C1

Uin

Uc

v

LED(a)共发射极驱动电路

R2

R3射级耦合驱动电路电流源I0

v1

LD-Ue

Uin(b)射极耦合LD驱动电路IbUbLD是激光器，只有在工作电流超过阀值电流的情况下才会输出激光（相干光），半导体激光器是一阀值器件当注入电流较小时，激光器发射普通的荧光，随着注入的电流量的增加，激光器发射较强的荧光当电流大于阀值电流时，才能产生功率较强的激光射级耦合驱动电路的原理电流源为由V1和V2组成的差分开关电路，它提供了恒定的偏置电流Ib，V1的基极输入的数字信号Uin。V2的基极是直流参考电压Ub。(b)射极耦合LD驱动电路电流源I0

v1

LDIb-Ue

UinUb射级耦合驱动电路的原理数字信号Uin为“0”码时

V1基极>V2基极，

V1导通，V2截止，则LD不发光。数字信号Uin为“1”码时V1基极<V2基极，V1截止，V2导通，则LD发光。

电流源I0

v1

LD-Ue

Uin(b)射极耦合LD驱动电路ImUbIb共发射级驱动电路的具体PLD输入缓冲器Ib每个缓冲器产生该输入变量的原变量和反变量偏置电流Ib调制电流Im驱动LD光源器件必须是直流偏移电流Ib和调制电流Im共同的结果。旁路电容减噪交流通路UinUinV1V2LD10导通截止无激光01截止导通有激光图中，半导体三极管V1、V2通过射极电阻Re耦合形成电流开关。V1、V2轮流工作在导通-截止的开关状态。当Uin为“0”码时，则V1导通、V2截止，LD上只有电流IB流过，故LD不发出激光；当Vin为“1”码时，则V1截止、V2导通，LD上有电流IM+IB流过，故LD发出激光。射极耦合电流开关驱动电路适用于中速率和高速率光纤通信系统。

射级耦合驱动电路的特点V1和V2处于轮流的截止和非饱和导通状态，有利于提高调制速率，当三极管截止频率fr>4.5G/Hz时，调制速率可达300Mb/S.缺点：动态范围小，功耗较大，由于温度的变化和工作时间加长，LD所输出的光功率会发生变化的。为了保证输出光功率的稳定，必须改进电路的设计。主要功能：自动补偿LD由于环境温度变化和老化效应而引起的输出光功率的变化，保持其输出光功率不变。自动控制光发送机的输入信号码流中长连“0”序列或无信号输入时使LD不发光。控制另一个重要的参数：LD的微分量子效率ŋd。自动功率控制（APC）(b)射极耦合LD驱动电路电流源I0

v1

LDIb-Ue

UinUb主要功能：自动补偿LD由于环境温度变化和老化效应而引起的输出光功率的变化，保持其输出光功率不变。自动控制光发送机的输入信号码流中长连“0”序列或无信号输入时使LD不发光。控制另一个重要的参数：LD的微分量子效率ŋd。自动功率控制（APC）APC的调节方式一是自动跟踪Ith的变化，是LD处于最佳偏置状态.Ith是半导体激光器的阀值电流。Ith=I0eT/T0I0

为常数T0是特征温度。二是控制调制脉冲电流幅度Im

，跟踪ŋd的变化，一般ŋd

的变化不是非常大，所以最简单的办法是通过检测直流光功率来控制偏置电流。比较放大器A2可调直流参考电压设计框图比较放大器A3电流源PIN检测调制LD发光数字信号A1放大器比较放大器A2可调直流参考电压设计框图比较放大器A3电流源PIN检测调制LD发光数字信号A1放大器P