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　　我們都知道,信息的處理都是在電的領(lǐng)域內(nèi)完成的,在光纖通信中,我們必須把電信號轉(zhuǎn)變成光信號,這樣才能在光纖上傳播。在光纖通信系統(tǒng)中,信息由LED或LD發(fā)出的光波所攜帶,光波就是載波,把信息加載到光波上的過程就是調(diào)制。光調(diào)制器就是實現(xiàn)從電信號到光信號的轉(zhuǎn)換的器件。
　　調(diào)制方式通常分為兩大類,即模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。
　　模擬調(diào)制又有兩類,一類是用模擬基帶信號直接對光源進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制（D－IM）；另一采用連續(xù)或脈沖的射頻（RF）波作為副載波,模擬基帶信號先對它的幅度、頻率或相位等進(jìn)行調(diào)制,再用該受調(diào)制的副載波去強(qiáng)度調(diào)制光源。模擬調(diào)制的優(yōu)點是設(shè)備簡單,占有帶寬較窄,但它的抗干擾性能差,中繼時噪聲累積。
　　數(shù)字調(diào)制是光纖通信的主要調(diào)制方式,將模擬信號抽樣量化后,以二進(jìn)制數(shù)字信號“1”或“0”對光載波進(jìn)行通斷調(diào)制,并進(jìn)行脈沖編碼（PCM）。數(shù)字調(diào)制的優(yōu)點是抗干擾能力強(qiáng),中繼時噪聲及色散的影響不積累,因此可實現(xiàn)長距離傳輸,它的缺點是需要較寬的頻帶,設(shè)備也復(fù)雜。
　　按調(diào)制方式與光源的關(guān)系來分,有直接調(diào)制和外調(diào)制兩種。前者指直接用電調(diào)制信號來控制半導(dǎo)體光源的振蕩參數(shù)（光強(qiáng)、頻率等）,得到光頻的調(diào)幅波或調(diào)頻波,這種調(diào)制又稱內(nèi)調(diào)制；后者是讓光源輸出的幅度與頻率等恒定的光載波通過光調(diào)制器,光信號通過調(diào)制器實現(xiàn)對光載波的幅度、頻率及相位等進(jìn)行調(diào)制,光源直接調(diào)制的優(yōu)點是簡單,但調(diào)制速率受到載流子壽命及高速率下的性能退化的限制（如頻率啁啾等）。外調(diào)制方式需要調(diào)制器,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,但可獲得優(yōu)良的調(diào)制性能,尤其適合于高速率下運用。
　　按被調(diào)制光波的參數(shù)分：強(qiáng)度調(diào)制、相位調(diào)制、偏振調(diào)制等。
　　目前光纖通信中應(yīng)用最多的是光源的基帶直接強(qiáng)度調(diào)制、副載波強(qiáng)度調(diào)制及數(shù)字調(diào)制,高速率時采用外調(diào)制。

　　光發(fā)射機(jī)由輸入接口、光源、驅(qū)動電路、監(jiān)控電路、控制電路等構(gòu)成,其核心是光源及驅(qū)動電路。在數(shù)字通信中,輸入電路將輸入的信號（如PCM脈沖）進(jìn)行整形,變換成適于線路傳送的碼型后通過驅(qū)動電路光源,或者送到光調(diào)制器調(diào)制光源輸出的連續(xù)光波。為了穩(wěn)定輸出的平均光功率和工作溫度,通常要設(shè)置一個自動的溫度控制及功率控制電路。

　　模擬光發(fā)射機(jī)按光波長分為兩大類： 1310nm 光發(fā)和 1550nm 光發(fā)。由于 1310nm 光發(fā)是把射頻電視信號直接加在激光二極管上進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制的,稱為內(nèi)調(diào)制光發(fā)： 1550nm 波長光發(fā)是把射頻電信號加在外調(diào)制器上進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制,所以稱為外調(diào)制光發(fā)。兩種光發(fā)射機(jī)除調(diào)制方式不同外,在電路結(jié)構(gòu)和工作原理上基本相同,以光發(fā)射模塊為核心,配上外圍電路,構(gòu)成了光發(fā)射機(jī)。下面就以直調(diào)式光發(fā)射機(jī)為例,對電路的基本原理作一個簡單的介紹。
　　一、基本原理
　　從前端輸入的 RF 電視信號經(jīng)過兩級放大、一級電調(diào)衰減器和自動增益控制、一級預(yù)失真補償電路對激光器的偏流進(jìn)行控制。從末級放大器輸出端還分出一部分信號,經(jīng)過峰值檢波、直流放大去控制由 PIN 二極管組成的電調(diào)衰減器和自動增益控制 (AGC) , AGC 電路受微處理器控制,其功能是保持每個頻道的 RF 信號輸入電平為一個固定電平。以達(dá)到最佳工作效果。 RF 激勵電平檢測信號 (-20 dB) 用于對通道的高頻監(jiān)測。為了減少光發(fā)射機(jī)輸出的非線性失真,這里讓 RF 電視信號在進(jìn)入激光器之前,先經(jīng)過一個寬帶驅(qū)動和預(yù)失真補償電路。使其預(yù)先形成一個失真,來抵消激光器的失真．從而提高 CTB CSO 值。經(jīng)過這樣一系列的處理以后,將射頻信號加入激光器激勵口,來控制半導(dǎo)體激光器的偏流,進(jìn)而控制激光器的輸出光強(qiáng)度,一般采用 DFB 激光器作為光源。
　　二、常見故障分析及檢修
　　下面筆者就近幾年調(diào)試和維修光發(fā)射機(jī)過程中遇到的問題和解決的方法作一個簡單的介紹。
　　1、TV 口輸出后電視畫面質(zhì)量不佳．包括畫面噪波點大或有斜紋橫紋等。
　　在修理過程中經(jīng)常遇到這種情況。首先要準(zhǔn)確判斷故障產(chǎn)生的部位,先將光發(fā)射機(jī)測試口的 RF 信號引入 TV 口中,如果電視畫面出現(xiàn)上述所說的現(xiàn)象,可以大致判斷放大模塊有問題,但還不可以做最后的定論,進(jìn)一步的做法是：將射頻放大電路與光發(fā)射機(jī)其他電路隔離開來,將放大信號經(jīng)適當(dāng)?shù)乃�減處理后引入電視,這時如果電視畫面依然沒有大的改觀,那么就可以判斷是放大模塊出了問題,當(dāng)然還有個前提條件,那就是放大模塊 +24V 供電必須正常。
　　還有一種情況判斷起來就比較棘手,那就是激光器出了問題。因為激光器成本占整個光發(fā)射機(jī)成本的 60 ％以上,所以對這個問題的判斷一定要謹(jǐn)慎和準(zhǔn)確。筆者在維修過程中一般的做法是：將激光器的射頻激勵口斷開,將射頻信號直接引入電視機(jī),如果這時電視畫面沒有問題,也不能下定論就是激光器壞了,還要對激光器周圍的匹配電路做進(jìn)一步的分析和判斷,主要是激光器偏流電路和恒溫電路,如果電路沒有問題．那么基本上可以斷定是激光器壞了,這種情況下光發(fā)機(jī)整機(jī)也就失去了修理的價值。
　　2、光功率下降
　　這種情況在維修光發(fā)射機(jī)的過程中也經(jīng)常出現(xiàn),具體的原因無外乎兩種情況：
　　(1) 激光器本身老化；
　　(2) 激光器偏流電路出了問題。對于這兩種情況解決問題的方式只有一種：在保證偏流電路正常工作的情況下,適當(dāng)?shù)靥岣呒す馄髌�流。�?dāng)然有時還要對激光器射頻激勵口的電平作適當(dāng)?shù)卣{(diào)整,以保證光調(diào)制度在一個正常的范圍之內(nèi)。
　　3 、AGC 電路失去控制．產(chǎn)生報警
　　為了穩(wěn)定光發(fā)射機(jī)的光調(diào)制度,現(xiàn)在的光發(fā)射機(jī)都有 AGC 控制電路,一般是從末級放大器的輸出端取出一部分信號經(jīng)過峰值檢波．直流放大去控制由 PIN 二極管組成的電調(diào)諧器．來實現(xiàn)。 AGC 自動增益控制。 AGC 增益失去控制,一般有幾種情況：
　　(1)PIN 電調(diào)諧二極管壞了； (2)PIN 二極管上的控制電壓沒有被加上； (3) 末級取樣電路出了問題； (4) 通往前面板的控制線斷了,或者前面板的控制開關(guān)出了問題。
　　4、電源問題
　　一般情況是加不上電,或者部分供電不正常。此時分兩種情況： (1) 開關(guān)電源問題； (2) 光發(fā)射機(jī)其他線路問題。一般的處理方法是：斷開一切負(fù)載,用萬用表測量開關(guān)電源本身的供電電壓,如果不正常,那就是開關(guān)電源本身有問題,還有一種情況是開關(guān)電源帶載能力不行,此時也容易造成光發(fā)射機(jī)其他故障現(xiàn)象,這要根據(jù)實際情況而定,還有就是光發(fā)射機(jī)其他電路引起的供電不正常,這里就不作過多的討論了。
　　5、其他原因
　　造成光發(fā)射機(jī)工作不正常的原因很多,以上就其主要原因作了一般的闡述。還有一些原因可能造成光發(fā)射機(jī)工作不正常,比如筆者有一次在修理過程中,發(fā)現(xiàn)電視畫面噪波點嚴(yán)重．開始懷疑放大模塊有問題,但后來發(fā)現(xiàn)是激光器射頻激勵口的一個耦合電容出現(xiàn)了問題。換一個新的電容以后,畫面變得清晰了。所以在修理過程中,有些故障現(xiàn)象不能一概而論,必須具體問題區(qū)別對待。

　　由于高檔光發(fā)射機(jī)電路相當(dāng)復(fù)雜,難于在帖子里作全面詳盡介紹,因此只介紹一款最簡單的“普通型光發(fā)射機(jī)”的基本電路圖,并簡要分析其工作原理。為了便于繪圖和分析,還將其分成若干個單元,逐一繪圖和講解。
　　1、光發(fā)射機(jī)激光器射頻驅(qū)動電路
　　光發(fā)射機(jī)激光器射頻驅(qū)動電路見圖1.
　　這是一款最簡單的“普通型光發(fā)射機(jī)”,其中只配置一塊功率倍增型放大模塊BGD714（或BGD704）,其增益G=20.5dB,CTB104=66.6dB,在光發(fā)射機(jī)中它的凈增益約18dB。由于它的電路原理和普通放大器基本相同,就不做詳細(xì)說明了。
　　由于激光器的偏置電流為離散參數(shù),即使同一批次生產(chǎn)出廠的激光器,其偏置電流往往也不相同,通常分布在0至100mA之間,以50至90mA者居多。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)推算,當(dāng)激光器的偏置電流在50至90mA時,要使激光器滿載是的總調(diào)制度達(dá)到最佳值0.25時,放大器模塊凈增益為18dB時,光發(fā)射機(jī)的輸入電平為80至87dB（如表1序號5欄）。因此,此類光發(fā)射機(jī)的出廠說明書上通常標(biāo)示光發(fā)射機(jī)的輸入電平為80至87（或85）dB。顯然,這并不是說每臺光發(fā)射機(jī)可以任意選擇其中的某一個電平數(shù)值,而是某一臺光發(fā)射機(jī)只能選擇其中的某一個數(shù)值（否則可能造成輸入電平過高而引起失真,或輸入不足而劣化載噪比、并使光接收機(jī)的輸出電平達(dá)不到額定值）,此時,激光器的光調(diào)制度才能達(dá)到額定最佳值、光接收機(jī)的輸出電平也可以達(dá)到額定值。因此我們可以根據(jù)光接收機(jī)的輸出電平是否能達(dá)到額定值,來判斷光發(fā)射機(jī)選定的的輸入電平是否合適。
　　顯然,更換光發(fā)射機(jī)以后,這類光發(fā)射機(jī)的輸入電平需要重新選定。
　　光發(fā)射機(jī)的輸入電平選定合適后,如果再提高（或降低）輸入電平1dB,激光器的調(diào)制度會提高（或降低）,光接收機(jī)的輸出電平會相應(yīng)提高1dB,光鏈路的C/N比指標(biāo)提高（或降低）1dB,CTB指標(biāo)降低（或提高）2dB。
　　另一種高檔一些的“普通型光接收機(jī)”,采用雙模塊驅(qū)動放大器（如BGY787+BGD714或BGD704）,兩模塊之間設(shè)置可調(diào)衰減器,廠家根據(jù)激光器偏置電流的不同數(shù)值調(diào)節(jié)衰減量、并固定之,以改變雙模塊放大器的凈增益（圖2）,使任何一臺光發(fā)射機(jī)的輸入電平都設(shè)定在75dB（見表1序號3欄）。顯然,對于這種光發(fā)射機(jī),提高（或降低）輸入電平1dB,激光器的調(diào)制度會提高（或降低）,光接收機(jī)的輸出電平會相應(yīng)提高1dB,光鏈路的C/N比指標(biāo)提高（或降低）1dB,CTB指標(biāo)降低（或提高）2dB。
　　早年,由于系統(tǒng)的頻道數(shù)較少,這種光發(fā)射機(jī)的出廠說明書可能還會提供非滿載時光發(fā)射機(jī)輸入電平的計算公式：
　　So=75+10lg（N滿/N實際）
　　現(xiàn)在系統(tǒng)的頻道數(shù)通常都接近或達(dá)到滿載狀態(tài),這個算式已經(jīng)用不上了。
　　更高檔的光發(fā)射機(jī)是采用雙模塊放大器的“AGC型光發(fā)射機(jī)”和“調(diào)制度恒定型光發(fā)射機(jī)”。這兩類光發(fā)射機(jī)在兩只放大模塊中間設(shè)置了“電控衰減器”,使光發(fā)射機(jī)的性能達(dá)到很高的水平。
　　“AGC型光發(fā)射機(jī)”的輸入電平為一個較大范圍的數(shù)值,比如75至82dB,任何一臺光發(fā)射機(jī)輸入這個范圍的電平值,激光器的“單頻道調(diào)制度”都相同,光接收機(jī)的輸出電平也相同。在這個范圍內(nèi)改變光發(fā)射機(jī)實際輸入電平時,光接收機(jī)的輸出電平不變、光鏈路的質(zhì)量指標(biāo)不變。更換光發(fā)射機(jī)以后,光發(fā)射機(jī)的輸入電平不需要重新選定。這類光發(fā)射機(jī)在非滿載條件下,光鏈路的失真指標(biāo)會提高一些,頻道數(shù)量改變以后光接收機(jī)的輸出電平不變、C/N指標(biāo)不變,但失真指標(biāo)會隨著頻道數(shù)的增加而降低。
　　當(dāng)激光器輸出的光功率降低時,光檢測二極管輸出的信號電壓U5降低,經(jīng)“同相運算放大器”IC2-1放大輸出的電壓U6進(jìn)一步降低,經(jīng)IC2-3 “倒相放大”后的信號U7升高,促使三極管BG3進(jìn)一步導(dǎo)通、增加輸出激光器的偏置電流Ib,使激光器輸出光功率增加到原設(shè)計值。我們可以把這個過程寫成：
　　激光器光功率 ↓—U5 ↓—U6 ↓— U7 ↑—Ib ↑—激光器光功率 ↑
　　如果激光器的輸出光功率增加,電路的變化過程就成為：
　　激光器光功率 ↑—U5 ↑—U6 ↑— U7 ↓—Ib ↓—激光器光功率 ↓
　　顯然,電路的運作結(jié)果會使激光器的輸出光功率基本保持恒定。
　　二極管D3下面的延時電容器可以使激光器偏置電流的變化來得平緩,并避免瞬時高、低功率脈沖信號導(dǎo)致激光器偏置電流瞬息變化,防止出現(xiàn)電路振蕩。
　　運算放大器IC2-4和外圍元件組成“差動比例放大器”,完成“非零點參考電位”與“零點參考電位”之間的轉(zhuǎn)換,并放大、輸出由“偏流取樣電阻R21”得到的信號給微處理器。
　　當(dāng)激光器溫度恒定功能和光功率自動控制功能失效,使激光器出現(xiàn)過熱、超功率等故障時,微處理器會檢測到這種故障信號,并輸出信號使光功率切斷電路中的三極管BG4導(dǎo)通,繼電器CJ1吸合,常閉觸點斷開,三極管BG3失去控制信號而截止,激光器失去偏置電流而中止或大幅度降低光功率輸出,從而保護(hù)激光器免遭損壞。
　　4、微處理器控制電路
　　圖9是微處理器控制電路簡圖,采用的是Microchip公司的8位微處理器PIC16C74B,　它內(nèi)置了4K的程序存儲器和192×8位的數(shù)據(jù)存儲器,可滿足光發(fā)射機(jī)的編程需要。內(nèi)部還集成了A/D轉(zhuǎn)換器,有8個通道,可將模擬信號直接和其相連,簡化外圍控制電路。
　　當(dāng)光發(fā)射機(jī)正常接通電源時,微處理器使BG6、BG7導(dǎo)通,使繼電器CJ2、CJ3接通,5V電源和驅(qū)動放大器24V電源接通,光發(fā)射機(jī)投入運行,綠色Led指示燈亮；激光器功率檢測信號、偏置電流信號和溫度檢測信號分別通過4、5、9腳進(jìn)入微處理器,它們和5V電壓、24V電壓都可以在16位點陣式液晶顯示屏上顯示出具體數(shù)值,只要按撳顯示狀態(tài)按鈕Status即可選擇顯示那一項數(shù)值。當(dāng)微處理器檢測到激光器的溫度、功率異常時,即會從7腳輸出“功率切斷”信號,使BG4導(dǎo)通、繼電器CJ1導(dǎo)通、常閉觸電切斷,中斷激光器的偏置電流,停止或降低激光器的功率發(fā)射,紅色報警Led指示燈閃亮；情況嚴(yán)重時,BG6、BG7也會截止、CJ2和CJ3釋放、中斷5V和24V電源,使光發(fā)射機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)。