我們在研制一(yi)個陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)信(xin)(xin)號處(chu)理系統中(zhong)，由于(yu)(yu)陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)天線必須(xu)放置于(yu)(yu)四(si)周(zhou)開闊地帶(dai)，而陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)信(xin)(xin)號處(chu)理單元位于(yu)(yu)圓形陳列(lie)天線中(zhong)央位置，這就需(xu)要在陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)信(xin)(xin)號處(chu)理單元與位于(yu)(yu)1~2km以外的微(wei)機之間進行雙工(gong)通(tong)信(xin)(xin)。為了(le)減少數(shu)據傳輸(shu)時(shi)(shi)間在整個系統處(chu)理時(shi)(shi)間指標中(zhong)所占的比重(zhong)，要求數(shu)據傳輸(shu)率(lv)應不小于(yu)(yu)E1（2.048Mb/s）速率(lv)，同時(shi)(shi)要求通(tong)信(xin)(xin)鏈路(lu)安全、可靠(kao)。我們通(tong)過對各種(zhong)數(shu)據通(tong)信(xin)(xin)技術的冷庫安裝(zhuang) 分析，最終選(xuan)擇了(le)光纖鍵(jian)路(lu)，取(qu)得了(le)滿意的效果。

1、銅介質數(shu)據鏈路分析

由(you)于同時要(yao)(yao)求(qiu)較高的(de)(de)數(shu)據傳(chuan)輸(shu)率及較長的(de)(de)通信距離，在銅介質鏈路中不進行編碼和調制很(hen)難滿(man)足(zu)指標(biao)要(yao)(yao)求(qiu)，但(dan)是高速調制解(jie)調器不僅價格(ge)昂(ang)貴(gui)，而且(qie)雙方握手過程(cheng)費時，在要(yao)(yao)求(qiu)隨機實時傳(chuan)輸(shu)數(shu)據的(de)(de)場會顯然(ran)不適用。最重要(yao)(yao)的(de)(de)是，傳(chuan)統的(de)(de)銅介質鏈路既產生電磁(ci)(ci)干(gan)(gan)擾(rao)信號，又(you)容(rong)易受電磁(ci)(ci)干(gan)(gan)擾(rao)的(de)(de)影響，而且(qie)不易滿(man)足(zu)EMC（電磁(ci)(ci)兼容(rong)）和EMI（電磁(ci)(ci)干(gan)(gan)擾(rao)）標(biao)準的(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu)。

2、光纖鏈路的分(fen)析

在(zai)人們的(de)(de)(de)傳統印象中，光(guang)(guang)纖應用(yong)于(yu)短距離(li)通信是(shi)不(bu)經濟(ji)的(de)(de)(de)，但(dan)是(shi)它有著銅介質鍵(jian)路不(bu)可(ke)(ke)比擬的(de)(de)(de)優點：①光(guang)(guang)纖鏈路既不(bu)發射電(dian)磁波，也不(bu)受其(qi)影(ying)響，光(guang)(guang)纖之(zhi)間沒(mei)有干擾，誤(wu)碼(ma)率大大降低。設計(ji)人員不(bu)用(yong)考慮可(ke)(ke)能耦合(he)進來的(de)(de)(de)環境噪(zao)聲(sheng)；②光(guang)(guang)纖提供了通信鏈路雙(shuang)方之(zhi)間的(de)(de)(de)電(dian)氣隔離(li)，網店 消除了長距離(li)設備之(zhi)間由于(yu)地電(dian)位不(bu)同引起的(de)(de)(de)問題。同時(shi)設計(ji)人員再也不(bu)用(yong)為阻(zu)抗匹配而頭疼了；③光(guang)(guang)纖發射器可(ke)(ke)采用(yong)數(shu)字調(diao)制驅動電(dian)路。數(shu)字基帶(dai)信號只要經過簡單的(de)(de)(de)線路編碼(ma)，即可(ke)(ke)直(zhi)接(jie)驅動光(guang)(guang)纖發射器。

現在，光(guang)纖(xian)器(qi)件價(jia)(jia)格(ge)(ge)(ge)與以前相比(bi)已經大幅下降，而今后隨著鋼纜價(jia)(jia)格(ge)(ge)(ge)的(de)上(shang)升及(ji)光(guang)纖(xian)器(qi)件價(jia)(jia)格(ge)(ge)(ge)的(de)進(jin)一步下降，人們選(xuan)擇光(guang)纖(xian)時將不再首先考慮(lv)價(jia)(jia)格(ge)(ge)(ge)因素(su)。因此，我們綜合考慮(lv)速率與距離指標，選(xuan)擇合適(shi)類型的(de)光(guang)纖(xian)、收發器(qi)及(ji)其驅(qu)動電路，可以獲得高性能(neng)價(jia)(jia)格(ge)(ge)(ge)比(bi)的(de)光(guang)纖(xian)通信鍵路，這(zhe)正是(shi)本(ben)文要討論的(de)重點。

3、光(guang)纖通信器件的選擇

一個基本的光(guang)(guang)纖通信系統非常簡單(dan)：一個LED發(fa)射器將(jiang)電信號(hao)轉變成(cheng)(cheng)光(guang)(guang)信號(hao)，并將(jiang)之耦會進入(ru)傳(chuan)輸光(guang)(guang)纖中，光(guang)(guang)信號(hao)通過光(guang)(guang)纖到達光(guang)(guang)接收(shou)(shou)器，它(ta)把接收(shou)(shou)到的光(guang)(guang)信號(hao)恢(hui)復成(cheng)(cheng)原(yuan)來(lai)的電信號(hao)輸出。

光(guang)(guang)纜的(de)選擇：一般(ban)，石英玻(bo)璃(li)光(guang)(guang)纖(xian)由(you)于其低損(sun)耗(hao)、高帶寬而用于長距離通信鏈路，例如，以(yi)太(tai)網和(he)FDDI標準指定采(cai)用多(duo)模(mo)62.5/125μm石英玻(bo)璃(li)光(guang)(guang)纖(xian)。這些細(xi)纖(xian)芯的(de)光(guang)(guang)纖(xian)需(xu)要高精度連接器以(yi)減少(shao)耦合損(sun)耗(hao)，對于工(gong)業應(ying)用，需(xu)要低成本(ben)的(de)光(guang)(guang)纜和(he)連接器。因此，1mm的(de)POF（PlymerOptical Fibers）和(he)200μm的(de)HCS（Hard Clad Silica）光(guang)(guang)纖(xian)是最好選擇，它們均屬于階躍折射率的(de)多(duo)模(mo)光(guang)(guang)纖(xian)。

1mm POF的(de)典型(xing)(xing)損耗值在650nm波(bo)長時(shi)為(wei)(wei)0.2dB/m,而(er)(er)200μm HCS光纖在650mm波(bo)長典型(xing)(xing)損耗值僅為(wei)(wei)8dB/km,在820nm波(bo)長時(shi)更少(shao)。HCS光纖的(de)核心是sky石英(ying)玻璃，包(bao)層是專利的(de)高強度(du)聚合物，不(bu)僅增加了光纖的(de)強度(du)，而(er)(er)且防(fang)(fang)潮(chao)防(fang)(fang)污染，外護(hu)套則(ze)是2.2mm的(de)聚氯乙烯。HCS光纖可工作于(yu)一40℃~+85℃的(de)溫度(du)范圍(wei)內，架設溫度(du)范圍(wei)為(wei)(wei)一20℃一+85℃，在性能與價(jia)格上均滿足系統要(yao)求。

工(gong)作波(bo)長(chang)的(de)選擇(ze)(ze)：光(guang)纖(xian)通信系(xi)統(tong)(tong)的(de)設計必須考(kao)慮光(guang)纖(xian)損耗(hao)與(yu)色散(san)對系(xi)統(tong)(tong)帶來的(de)影響(xiang)，由于損耗(hao)和色散(san)都(dou)與(yu)系(xi)統(tong)(tong)的(de)工(gong)作波(bo)長(chang)有關，因此工(gong)作波(bo)長(chang)的(de)選擇(ze)(ze)成為系(xi)統(tong)(tong)設計的(de)一個主要(yao)問題。綜合考(kao)慮系(xi)統(tong)(tong)的(de)指標要(yao)求與(yu)選定(ding)的(de)光(guang)纖(xian)，選擇(ze)(ze)820nm波(bo)長(chang)可使HCS光(guang)纖(xian)損耗(hao)低至6dB/km,同時色散(san)也達到最小。

光源(yuan)的選擇：在820m波長(chang)下，LED是(shi)可以選用的最佳(jia)光源(yuan)，與(yu)半導體激光器相比，LED的驅動(dong)電路簡單，且(qie)成本低。

綜上所述(shu)，光纜選(xuan)用200μm HCS光纖，光收發器件選(xuan)用 HP公司(si)820nm波(bo)長(chang)的(de)(de)HFBR-0400系列。該系列中的(de)(de)HFBR-14X2/HFBR- 24X2可(ke)在1500m距離內達到5MBd的(de)(de)速率，工作溫度范圍(wei)為一40℃~+85℃，有ST、SMA、SC和 FC多(duo)種端(duan)口型號可(ke)供(gong)選(xuan)擇。HFBR-14XZ采用820nm波(bo)長(chang)的(de)(de)AlGaAs型LED,HFBR-24XZ內部集(ji)成(cheng)(cheng)了(le)包括PIN光電檢測器、直(zhi)流放大器及集(ji)電極開(kai)路輸(shu)出Schottky型晶(jing)體管的(de)(de)一個IC芯(xin)片，其(qi)輸(shu)出可(ke)直(zhi)接(jie)與流行(xing)的(de)(de)TTL及CMOS集(ji)成(cheng)(cheng)電路相連(lian)。

4、一種(zhong)實用的光(guang)纖(xian)LED驅動電路

光纖雙工通(tong)信(xin)系統其(qi)中驅動電路的(de)作用是(shi)將電功(gong)率(lv)轉換成光功(gong)率(lv)，并將要傳(chuan)輸(shu)的(de)電信(xin)號調制到光源(yuan)的(de)輸(shu)出上，它對光源(yuan)同時提(ti)供偏置電流(liu)和隨數字信(xin)號而變化的(de)調制電流(liu)。

設(she)計LED驅動(dong)電(dian)路(lu)必須(xu)首先考慮驅動(dong)LED的電(dian)流(liu)(liu)峰(feng)(feng)值(zhi)，如果超過了峰(feng)(feng)值(zhi)驅動(dong)電(dian)流(liu)(liu)光信號將會產的過沖現(xian)(xian)(xian)象(xiang)(xiang)。而由(you)此在(zai)接收器(qi)引起的電(dian)信號的下沖，加上來sky8888 自放大器(qi)噪聲的影響(xiang)，結果可能會越(yue)過比(bi)較器(qi)的檢測門限，造成誤碼。同(tong)時LED有一個熄滅(mie)比(bi)點亮(liang)困難的特點，它會產生(sheng)拖尾現(xian)(xian)(xian)象(xiang)(xiang)，當采用(yong)串(chuan)行驅動(dong)電(dian)路(lu)時這種現(xian)(xian)(xian)象(xiang)(xiang)尤(you)其(qi)明顯。而并(bing)聯驅動(dong)方式(shi)可以為LED中的載流(liu)(liu)子提供一條低阻(zu)通道，從(cong)而減少(shao)脈(mo)寬失真(zhen)和慢拖尾現(xian)(xian)(xian)象(xiang)(xiang)。

驅動(dong)電路中的(de)電阻(zu)RSI用于調節光(guang)纖輸出(chu)功率，注意不能(neng)超過(guo)LED的(de)峰值驅動(dong)電流，否則光(guang)信號會(hui)產生(sheng)過(guo)沖現象(xiang)。另外(wai)電路中的(de)SN75451具(ju)有低阻(zu)抗(kang)、高電流速(su)率的(de)特點，避免產生(sheng)長的(de)拖(tuo)尾現象(xiang)。

脈沖寬度失真（PWD）是(shi)限制光纖鏈路速(su)率(lv)的(de)一個主要(yao)因素，它(ta)是(shi)由于(yu)輸(shu)入(ru)與(yu)輸(shu)出間傳(chuan)輸(shu)延(yan)遲不(bu)相(xiang)等引起的(de)。注意(yi)到PWD總是(shi)正值，因此我們可以利用RC電路來延(yan)遲LED的(de)點(dian)亮。

光(guang)(guang)纖(xian)接收電(dian)路(lu)(lu)是(shi)光(guang)(guang)纖(xian)通(tong)信(xin)(xin)系統的重要組(zu)成部分，它(ta)的性能(neng)好壞是(shi)整個光(guang)(guang)纖(xian)通(tong)信(xin)(xin)系統性能(neng)的綜(zong)合反映。它(ta)的作用是(shi)將光(guang)(guang)纖(xian)傳輸(shu)過來的光(guang)(guang)信(xin)(xin)號(hao)轉(zhuan)變為電(dian)信(xin)(xin)號(hao)，再(zai)經過放大(da)、均衡(heng)、判(pan)決電(dian)路(lu)(lu)，恢復(fu)出(chu)發射端的原始信(xin)(xin)號(hao)。

在光纖傳輸線路(lu)上，常用(yong)光信(xin)(xin)號的有無來(lai)表示“1”碼和“0”碼，為避免碼流(liu)中的長(chang)連(lian)“0”或長(chang)連(lian)“1”,有利于時鐘的提取，需要有編碼電路(lu)。同時陣列信(xin)(xin)號處理器送來(lai)的是并行數據，需要有率并轉(zhuan)換電路(lu)。

5、PCB板設計技術(shu)

光(guang)纖收發器(qi)的性能部分地決定(ding)于PCB板的布局和布線技術(shu)，因(yin)此應該遵守(shou)下列的一些基(ji)本規則(ze)：

①設計PCB板時(shi)，推(tui)薦(jian)使用地(di)層(ceng)以(yi)減少電源公共地(di)線的電感。如有可能同時(shi)使用一個(ge)地(di)層(ceng)和一個(ge)電源層(ceng)，這將(jiang)同時(shi)減少地(di)和電源引(yin)腳上(shang)的電感。

②在(zai)地層和(he)電(dian)源層上的分(fen)割和(he)開口應最(zui)少(shao)，1314這將減少(shao)附加(jia)的電(dian)感(gan)并提高發射(she)和(he)接收電(dian)路的穩定性。

③在驅動電(dian)路和(he)LED之間的連線長度應盡量縮短，以減少導線電(dian)感。

④10μF的(de)鉭(tan)電(dian)解電(dian)容(rong)和0.1μF的(de)獨石(shi)陶瓷(ci)電(dian)容(rong)應放置于(yu)靠近驅動(dong)LED信號的(de)地(di)方，這將減少(shao)發(fa)射器輻射的(de)噪(zao)聲并(bing)提高(gao)LED的(de)光響應時間。

⑤0.1μF（或0.01μF）的旁路(lu)電容應付于接收器(qi)的管腳(jiao)2與7之間，它與接收器(qi)的距離(li)不能超過20mm.

⑥接(jie)(jie)收器(qi)(qi)是光纖(xian)連(lian)接(jie)(jie)線(xian)路(lu)中(zhong)最(zui)關鍵的(de)部分，電路(lu)中(zhong)過量的(de)附(fu)加(jia)電感和電容會降低光纖(xian)接(jie)(jie)收器(qi)(qi)的(de)帶寬和穩定(ding)性(xing)，減(jian)少接(jie)(jie)收器(qi)(qi)的(de)靈敏度。因(yin)此建議使用(yong)表(biao)面(mian)貼(tie)裝器(qi)(qi)件，并不要使用(yong)插座。

經過實(shi)際測(ce)試，證實(shi)此(ci)電路完全達到了實(shi)用要求，通過縮短(duan)通信時間提高了整個系(xi)統的性能(neng)指標。

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