Оптоволоконные линии и связь. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Телефония

 Комментарии к статье

В связи с этим стремительно развивается инфраструктура коммуникаций, по которым передаются данные. В подтверждение этим словам можно привести следующие цифры - за период с 1993 по 1998 год число страниц в Интернете увеличилось с 50 штук до 50 миллионов. За три года, с 1998 по 2001 год, число пользователей, подключенных к Сети, увеличилось со 143 до 700 миллионов человек. Рост компьютерного парка и увеличение мощности процессоров персональных компьютеров создало спрос на большие объемы передачи данных как по Интернету, так и по традиционным линиям связи: видеофон, телефон, услуги факса. Набор микросхем, выпускаемый фирмой MAXIM для приемника/передатчика, поддерживающих вышесказанные требования, позволяет проводить оптические / электрические преобразования в SDH / SONET оптических системах передачи. SDH - европейский стандарт на волоконно-оптические средства для скоростной передачи данных. SONET - стандарт, определяющий скорости, сигналы и интерфейсы для синхронной передачи данных при скорости более одного гигабита / сек. по волоконно-оптической сети.

Фирмы производители сетевого оборудования поставляют на рынок новые, с улучшенными параметрами изделия. Но потребность в приборах с большей производительностью передачи данных все возрастает. Скорость передачи данных по медным проводам подошла к своему пределу, и дальнейшее увеличение происходит за счет оптоволоконных кабелей. Физическая природа оптоволоконных кабелей позволяет существенно расширить диапазон скорости передачи данных. Возможности оптоволоконных линий используются как в локальных сетях, так и в обширных сетях передачи данных между странами. Ожидается дальнейшее расширение этих сетей для удовлетворения потребительских запросов в высокоскоростной и высококачественной передаче информации.

Чтобы передать данные через оптические каналы, сигналы должны быть преобразованы из электрического вида в оптический, переданы по линии связи и, затем в приемнике преобразованы обратно в электрический вид. Эти преобразования происходят в устройстве приемопередатчика, который содержат электронные блоки наряду с оптическими компонентами.

Волоконно-оптические приемопередатчики

Широко используемый в технике передач мультиплексор с разделением времени (TDM) (устройство, разделяющее время доступа к скоростному каналу между подключенными к мультиплексору низкоскоростными линиями), позволяет увеличить скорость передачи до 10 Гб/сек. Современные быстродействующие волоконно-оптические системы предлагают следующие стандарты скорости передач.

Стандарт SONET	Стандарт SDH	Скорость передачи байт/сек
OC 1	-	51,84 Мб/сек
OC 3	STM 1	155,52 Мб/сек
OC 12	STM 4	622,08 Мб/сек
OC 48	STM 16	2,4883 Гб/сек
OC 192	STM 64	9,9533 Гб/сек

Новые методы мультиплексного разделения длины волны (WDM) или спектральное уплотнение дают возможность увеличить плотность передачи данных. Для этого многочисленные мультиплексные потоки информации посылаются по одному оптоволоконному каналу с использованием передачи каждого потока на разных длинах волны. Электронные компоненты в WDM-приемнике и передатчике отличаются по сравнению с теми, которые используются в системе с временным разделением.

Рассмотрим работу приемопередатчиков в оптической системе передач с разделением времени TDM.

Оптические приемники

Оптические приемники обнаруживают сигналы, передаваемые по волоконно-оптическому кабелю и преобразовывают его в электрические сигналы, которые затем усиливают и далее восстанавливают их форму, а также синхросигналы. В зависимости от скорости передачи и системной специфики устройства, поток данных может быть преобразован из последовательного вида в параллельный. На рис. 1 представлено преобразование, передача и прием сигнала приемопередатчиком в последовательном или параллельном виде, а также формирование синхросигнала.

Рис. 1. .Электронно-оптический приемопередатчик

P-I-N - фотодиод (PIN) или лавинный фотодиод (APD) получают световой поток сигнала и путем модуляции удельной электропроводности или изменением потенциала дают возможность конвертировать полученный световой сигнал в электрический. PIN фотодиод относительно дешевый прибор и работает с тем же самым напряжением питания, что и все электронное устройство. Однако его чувствительность намного меньше, чем у лавинного фотодиода. Поэтому расстояние между передатчиком и приемником на основе APD может быть увеличено. Конечно, все это не бесплатно - APD фотодиоды требуют (в зависимости от типа) питающее напряжение от 30 до 100 Вольт. К тому же APD создает большие шумы, стоит дороже, чем PIN - фотодиод и требует охлаждения.

Сигнал с фотодетектора поступает на усилитель напряжения, управляемый током (transimpedance amplifier - TIA). Асимметричное напряжение, полученное в TIA, усиливается и преобразовывается в дифференциальный сигнал, необходимый для работы последующих каскадов. TIA должен обеспечивать как высокую перегрузочную способность, так и высокую входную чувствительность (большой динамический диапазон). Оптические сигналы могут быть ослаблены из - за старения передатчика или длинного канала связи. Поэтому для увеличения чувствительности TIA до минимума должен быть уменьшен собственный шум. С другой стороны, высокая перегрузочная способность требуется, чтобы избежать разрядных ошибок, связанных с искажениями от сильных оптических сигналов.

Максимально достижимая крутизна усилителя TIA зависит от рабочей частоты. Чтобы гарантировать устойчивость и требуемую полосу пропускания коэффициент усиления может быть оптимизирован только в пределах узкого диапазона. При маломощном оптическом сигнале это ограничение может сделать выходной сигнал усилителя недостаточным для дальнейшей обработки. Чтобы усиливать небольшие напряжения в диапазоне 1 ч 2 mV, после усилителя TIA ставят еще один усилитель, который в большинстве случаев является усилителем-ограничителем (LA). В этот усилитель также включен индикатор малого сигнала, который предупреждает, когда поступающий сигнал падает ниже определенного пользователем порога, устанавливаемого извне. Чтобы при сигнале близком к порогу флаг индикатора не менял свое значение, компаратор выполняется с гистерезисом.

Ключевой компонент, который следует за усилителем-ограничителем в приемном устройстве - это схема восстановления синхронизации и данных (CDR). CDR выполняет тактирование, принимает решение об уровне амплитуды поступающего сигнала и выдает время - и амплитуду- восстановленного потока данных. Есть несколько способов поддержания функции восстановления синхронизации (внешний ПАВ - фильтр, внешний контрольный синхросигнал и т.д.), но только комплексный подход может снизить и стоимость и объем работ.

Международный союз Телесвязи - сектор стандартов Телесвязи (ITU - T) определяет ограничения на допуск, передачу и генерирование колебания. Качество сигнала на выходе усилителя ограничителя обычно низкое, главным образом из-за не идеальных компонентов в оптической системе передачи. Поскольку схема CDR для достижения нормальной, свободной от ошибок работы, должна принять некоторое количество колебаний входных данных, все устройства приемника должны исполнять рекомендации ITU-T по допуску на неустойчивую синхронизацию.

Помимо эффектов колебания (jitter) шум и искажение импульса также уменьшают фазу запаса регулирования. Это усложняет синхронизацию полученной информации и считывание логического уровня каждого бита. Использование системы фазовой автоподстройки частоты (PLL) - неотъемлемая часть в синхронизации генератора тактовых импульсов с потоком данных, чтобы гарантировать выравнивание синхросигнала с серединой информационного слова. Для последующей оптимизации частоты передачи бита ошибки (BER) при асимметричном повышении и падении переходов сигнала полученных данных, система должна включить выбор регулирования фазы зависимости синхроимпульсов и данных. Последовательный поток восстановленных данных и синхроимпульсов от CDR поступает, обычно, в блок преобразования последовательного кода в параллельный (deserializer). Скорость преобразования его зависит от скорости передачи битов и совместимости (по скорости) с КМОП - компонентами системы.

Оптический передатчик

Оптический передатчик в волоконно-оптической системе преобразовывает электрическую последовательность данных, поставляемых КМОП компонентами системы, в оптический поток данных. Как показано на рис. 1, передатчик состоит из параллельно - последовательного преобразователя с синтезатором синхроимпульсов (который зависит от системной установки и скорости передачи информации в битах), драйвера и источника оптического сигнала.

Для передачи информации по волоконно-оптическому каналу используют два важных диапазона волн: 1000 ч 1300 нм, называемый вторым оптическим окном, и 1500 ч 1800 нм, известный как третье оптическое окно. На этих диапазонах - наименьшие потери сигнала в линии на единицу длины кабеля (dB / км).

Для оптических систем передачи могут быть использованы различные оптические источники. Например, светоизлучающие диоды (LED) часто используются в дешевых локальных сетях для связи на малое расстояние. Однако, широкая спектральная полоса пропускания и невозможность работы в длинах волны второй и третьей оптических окон, не позволяет использовать светодиод в системах телесвязи!

В отличие от светодиода, оптически - модулируемый лазерный передатчик с высокой спектральной чистотой может работать в третьем оптическом окне. Поэтому для ультра дальних и WDM систем передачи, где стоимость - не главное соображение, а высокая эффективность обязательна, используют лазерный оптический источник. Для оптических каналов связи различные типы прямо - моделируемых полупроводниковых лазерных диодов имеют оптимальное отношение стоимость / эффективность для коротких, средних и длинных передач. Приборы могут работать и во втором и в третьем оптических окнах.

Все полупроводниковые лазерные диоды, используемые для прямой модуляции, обычно имеют потребность в постоянном токе смещения, чтобы установить рабочую точку и ток модуляции для передачи сигнала. Величина тока смещения и тока модуляции зависит от характеристики лазерного диода и может отличаться от типа к типу и друг от друга у одного типа. Диапазон изменения этих характеристик со временем и температурой должен учитываться при проектировании блока передатчика. Особенно это касается экономически более выгодных неохлаждаемых типов полупроводниковых лазеров. Отсюда следует, что драйвер лазера должен выдавать ток смещения и ток модуляции в диапазоне достаточном, чтобы разные оптические передатчики с широким выбором лазерных диодов могли работать в течение длительного времени и при разной температуре.

Для компенсации ухудшающихся характеристик лазерного диода используют устройство автоматического управления энергией (APC). Здесь используется фотодиод, который преобразовывает световую энергию лазера в пропорциональный ток и подает его в драйвер лазера. Исходя из этого сигнала, драйвер выдает ток смещения в лазерный диод, чтобы световая мощность оставалась постоянной и соответствовала первоначально установленной. Так поддерживается "амплитуда" оптического сигнала. Фотодиод, который находится в схеме APC, также может использоваться при автоматическом управлении модуляцией (АМС).

Дополнительно к указанным функциям система должна быть способной останавливать лазерные передачи, блокируя драйвер, но прием данных на входе при этом не должен прерываться.

Добавив триггер или защелку (как часть лазерного драйвера или параллельно - последовательного преобразователя), эффективность колебания может быть улучшена восстановлением синхронизации этого потока данных прежде, чем он достигнет выхода драйвера лазерного диода. Восстановление синхронизации и преобразование в последовательную форму требуют синхроимпульсы, которые должны синтезироваться. Этот синтезатор также может быть интегрирован в параллельно - последовательный преобразователь и, обычно, включает схему фазовой автоподстройки частоты. Синтезатор должен гарантировать передачу данных при возможно низком колебании. В результате, синтезатор играет ключевую роль в передатчике оптической системы связи.

На рис. 2 и 3 представлены синхронные транспортные модули (STM4), соответственно, приемника и передатчика.

Рис. 2. Оптоэлектронный приемник данных.

Рис. 3. Оптоэлектронный передатчик данных.

Как указывалось выше, все компоненты оптической системы для телесвязи должны выполнять рекомендации ITU - T. Выпускаемый MAXIMом набор микросхем позволяет проектировщикам разработать конкурентно способные приемопередающие устройства. Все изделия основаны на быстродействующей биполярной технологии, когда частота передачи для р-n-р транзистора составляет 6,4 ГГц, а для n-р-n - 8,7 ГГц. Для субмикронного биполярного процесса частота передачи n-р-n транзистора составляет 27 ГГц. Выпускаемые микросхемы для STM 4 используют источники питания + 3,3В.

Предусилитель

Усилитель TIA (MAX 3664) преобразовывает асимметричный ток от фотодиодного датчика в асимметричное напряжение, которое усиливается и преобразуется в дифференциальный сигнал. При входном токе 100 А (двойная амплитуда) на выходе имеет дифференциальные колебания до 900 мB (двойная амплитуда).

Низкий входной шум достигнут тщательным проектированием интегральной микросхемы и ограничением полосы пропускания частотой 590 МГц при входной емкости 1,1 pF. При использовании одного p-i-n диода с малым шумом типовая входная чувствительность соответствует -32 dBm оптической мощности. При питании 3,3 В потребляемая мощность всего лишь 85 мBт.

Синхронизация и восстановление данных (CDR)

Микросхема MAX 3675 должна восстанавливать синхросигналы от полученного потока данных и их тактирование. Две микросхемы MAX 3664 и MAX 3675 служат основой оптоэлектронного модуля приемника, при этом потребляемая мощность составляет менее 300 мBт при питании 3,3В.

Чувствительность по входу для аналогового сигнала составляет 3 мВ (двойная амплитуда). Сигнальная функция потери блокировки и датчик мощности входного сигнала совмещены с усилителем - ограничителем. Датчик мощности на выводе RSSI - индикатор силы полученного сигнала - выдает напряжение пропорционально входной мощности.

Схема фазовой автоподстройки частоты, необходимая для восстановления синхроимпульсов, также полностью интегрирована в MAX 3675 и не требует внешних контрольных синхроимпульсов.

Блок преобразования последовательного кода в параллельный (DEMUX)

Для работы с различными схемами системного интерфейса MAXIM предлагает MAX 3680 и MAX 3681 - преобразователи последовательного кода в параллельный. MAX 3680 преобразовывает последовательный поток данных, поступающий со скоростью 622 Mbps в поток 78 Mbps восьмиразрядных слов. Выход данных и синхроимпульсов совместим с ТТЛ - уровнями. Потребляемая мощность - 165 мВт при питании 3,3В. MAX 3681 преобразовывает последовательный поток данных (622 Mbps ) в 155 Mbps поток четырехразрядных слов. Его дифференциальные данные и синхроимпульсы поддерживают имеют низковольтный дифференциальный сигнал (LVDS). Потребляемая мощность - 265 мBт при питании 3,3В. Управляя через вывод SINC, можно немного перестраивать выход данных относительно синхросигнала.

Параллельно - последовательный преобразователь (MUX)

Микросхема MAX3691 преобразовывает четыре LVDS потока данных передаваемых со скоростью 155 Mbps в последовательный поток в 622 Mbps. Необходимые синхроимпульсы передачи синтезируются с помощью встроенного контура фазовой автоподстройки частоты, включающего в себя генератор, управляемый напряжением, усилителя петлевого фильтра и фазочастотного детектора, который требует только внешних опорных синхроимпульсов. При питании 3,3В потребляемая мощность - 215 мBт. Последовательный выход данных выдается дифференциальным уровнем положительной эмиттерно - связанной логики (PECL) сигналами.

Лазерный формирователь (LD)

Основной задачей LD (MAX 3667) является подача тока смещения и модулирующего тока для прямого модулирования лазерного диода. Для гибкости дифференциальные входы принимают потоки данных PEСL, а также дифференциальное колебание напряжения уровнем до 320 мB (двойная амплитуда) при уровне питающего напряжения Vcc = 0,75B. Изменяя внешний резистор между выводом BIASSET с землей, можно регулировать ток смещения от 5 до 90 mA, а резистором между выводом MODSET и землей можно регулировать ток модуляции от 5 до 60 mA.

Внутреннее, температурно - стабилизированное опорное напряжение гарантирует стабильные токи смещения и модуляции.

Чтобы не повредить MAX 3667, выводы BIASSET, MODSET и APCSET не надо заземлять. Внутренняя цепь защиты ограничивает суммарный выходной ток примерно 150 мA. Для работы MAX 3667 достаточно одного источника питания 3,3В. Как альтернатива MAX 3667, выпускается пятивольтовый драйвер лазера MAX 3766 со скоростью передачи данных от 155 Мб/сек до 1,25 Гб/сек. MAX 3766 включает все атрибуты, упомянутые для MAX 3667, но в более широкой полосе частоты пропускания. Эта микросхема имеет расширенные безопасные условия для лазера, а также с единственным внешним резистором поддерживается "оптическая амплитуда" при изменении температуры и крутизны характеристики лазерной кривой.

В данной статье представлено комплексное решение фирмой MAXIM оптического приемо-передатчика. Посмотреть номенклатуру выпускаемых приборов для оптико/электрических узлов и их характеристики можно на maxim-ic.com.

Там же можно познакомится с техническими параметрами 98 базовых приборов, используемых в электронных блоках оптоволоконной связи. Достаточно подробную подборку материалов на русском языке о производимой MAXIMом продукции можно найти на сайте rtcs.ru, компании Rainbow Technologies, официального дистрибутора MAXIM в странах СНГ.

Автор: А. Шитиков, ashitikov@rainbow.msk.ru; Публикация: radioradar.net

Смотрите другие статьи раздела Телефония.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Власть является ключевым фактором счастья в отношениях 11.03.2026

Исследования семейных и романтических отношений показывают, что длительное счастье пары зависит не только от привычных факторов, таких как доверие, уважение и преданность, но и от более тонких психологических аспектов. Современные ученые ищут закономерности, которые отличают действительно счастливые пары от остальных, чтобы понять, какие механизмы поддерживают гармонию в отношениях. Группа исследователей из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге и Бамбергского университета провела опрос среди 181 пары, которые состояли в совместных отношениях более восьми лет и прожили вместе хотя бы месяц. Участники заполняли анкету, описывая различные аспекты своих отношений, включая распределение обязанностей, эмоциональную поддержку и степень вовлеченности в совместные решения. Анализ данных показал интересный паттерн: пары, где оба партнера ощущали высокий уровень личной власти, оказывались наиболее счастливыми и удовлетворенными. В данном контексте под властью понимается способност ...>>

Защищенная колонка-повербанк Anker Soundcore Boom Go 3i 11.03.2026

Компания Anker представила новую модель линейки Soundcore - колонку Soundcore Boom Go 3i, ориентированную на активное использование на улице. Новинка отличается высокой степенью защиты: корпус соответствует стандарту IP68, что обеспечивает водо- и пыленепроницаемость, а ударопрочный дизайн выдерживает падение с высоты до одного метра. За качество звука отвечает 15-ваттный драйвер, обеспечивающий пик громкости до 92 дБ, а технология BassUp 2.0 усиливает низкие частоты, делая звучание более насыщенным. Колонка обладает автономностью до 24 часов, а LED-индикатор позволяет контролировать уровень заряда батареи. Кроме того, Soundcore Boom Go 3i может выполнять функцию павербанка: согласно внутренним тестам, устройство способно зарядить iPhone 17 с нуля до 40% за один час, что делает его полезным аксессуаром в походах и поездках. Среди функциональных особенностей модели стоит выделить технологию Auracast, которая улучшает подключение и позволяет создавать стереопару из двух колонок ...>>

Раннее воздержание от алкоголя перестраивает мозг и иммунитет 10.03.2026

Алкогольная зависимость - хроническое расстройство с компульсивным употреблением спиртного, которое влияет не только на поведение, но и на функционирование мозга и иммунной системы. Недавние исследования показали, что даже на ранних этапах воздержания организм начинает перестраиваться, открывая новые возможности для терапии зависимости. Ученые сосредоточились на пациентах, находящихся в первые недели абстиненции, и зафиксировали значительные изменения в мозговой активности. С помощью функциональной магнитно-резонансной томографии они выявили перестройку сетей нейронных связей, отвечающих за контроль импульсов и принятие решений. Эти изменения могут быть ключевыми для восстановления самоконтроля и снижения риска рецидива. Одновременно с нейронной перестройкой исследователи наблюдали колебания иммунной системы. В крови повышался уровень цитокинов - сигнальных белков, регулирующих воспалительные процессы. Эти данные свидетельствуют о существовании нейроиммунного взаимодействия, при ...>>

Случайная новость из Архива Автомобили Google с автономным управлением вышли на дороги 15.05.2012 Невада стала первым штатом США, администрация которого выпустила автомобили Google с автономным управлением на дороги общего пользования. Автомобили Google с автономным управлением впервые пустили на дороги общего пользования. Первая лицензия подобного рода была выдана компании Департаментом транспортных средств американского штата Невада, сообщает Las Vegas Sun. Однако ездить таким автомобилям без участия человека будет нельзя. По правилам каждый автомобиль с автономным управлением должен быть в сопровождении как минимум двух техников. Первый должен сидеть на месте водителя и быть готовым перехватить управление у автоматики, а задача второго техника на пассажирском сидении - помогать контролировать ситуацию. Всем автомобилям Google с автономным управлением будет выдана карточка красного цвета с символом бесконечности - так будет выглядеть разрешение на проезд по дорогам общего пользования. "Я считаю, что знак бесконечности - это лучший способ обозначить "автомобиль будущего", - поделился Брюс Брислоу (Bruce Breslow), директор департамента, который выдал лицензию. Представители департамента совершили небольшой пробег на автомобилях в Лас-Вегасе в рамках церемонии выдачи лицензии. Google собирается пустить на дороги по крайней мере восемь таки автомобилей: шесть машин Toyota Prius, одну Audi TT и один Lexus RX450h. "Мы крайне рады получить первую лицензию на тестирование автономных транспортных средств в Неваде, - заявили в Google. - Мы уверены, что это позволит нам ускорить разработку технологии и в конечном счете сделать дороги более безопасными и приятными для вождения". В 2011 г. в Неваде был принят закон, который позволяет находиться на дорогах общего пользования транспортным средствам с автоматическим управлением в целях тестирования, отмечает CNet. Выпустить автономные автомобили на дороги общего пользования думают власти и других американских штатов, включая Калифорнию, Оклахому, Гавайи и Флориду. Дальше остальных в этом плане продвинулась Калифорния. Власти штата готовятся принять закон, который обяжет полицейских разработать правила и нормативы для выпуска автомобилей с автономным управлением. Сначала планируется разработать соответствующие правила и нормы для тестирования транспортных средств, а затем - для того, чтобы пользоваться ими смогли уже потребители, информирует The San Francisco Chronicle. По сообщению Las Vegas Sun, в конечном счете Google планирует вывести автономные автомобили в массы. Сделать это поисковый гигант планирует за счет продажи лицензии на производство таких машин автоконцернам. "Мы верим в то, что машины, которые смогут ездить по дорогам сами, без водителя за рулем, помогут сделать дорожное движение более безопасным, предоставить людям больше времени на их личные дела и сократить выбросы парниковых газов путем фундаментальных изменений". В качестве аргумента в компании приводят данные Всемирной организации здравоохранения, согласно которым в ДТП ежегодно погибает более 1,2 млн людей. C 2010 г. в ходе испытаний "автомобили будущего" Google проехали уже более 220 тыс. км. Система управления автомобилем состоит из видеокамер, радаров и лазерных дальномеров для наблюдения за другими машинами на дороге, а также включает данные, собранные при помощи автомобилей Google Maps. Перед началом экспериментов будущий маршрут исследовался, отмечались дорожные знаки, ширина дороги, высота пролетов и другие данные, включая погодные условия.

Другие интересные новости:

▪ Свиноферма Huawei

▪ Роботы смогут читать твои мысли

▪ Устройство Feelreal дополнит VR-шлемы генератором запаха

▪ Найдена причина колебания яркости Солнца

▪ Криопроцессор Horse Ridge

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Опыты по химии. Подборка статей

▪ статья Первый раз в первый класс. Крылатое выражение

▪ статья Что такое коллаж? Подробный ответ

▪ статья Можжевельник колючий. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Балансный модулятор. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Источник питания АОНа. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026