CN116112078A - 基于光纤的信号传输系统 - Google Patents

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CN116112078A CN202310124975.4A CN202310124975A CN116112078A CN 116112078 A CN116112078 A CN 116112078A CN 202310124975 A CN202310124975 A CN 202310124975A CN 116112078 A CN116112078 A CN 116112078A
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Abstract

本发明公开一种基于光纤的信号传输系统，包括高频直通通道、低频闭环模块、信号复合模块、压流转换模块、激光发射模块、光功率检测器以及光功率反馈放大模块；本技术方案通过高频直通通道将输入信号分为高频电压信号和低频电压信号，因为高频电压信号的频率比较高，所以不存在激光二级管光功率直流温度漂移，同时也没有非线性问题，通过低频闭环模块将输入信号的低频电压信号与表征光功率的低频反馈电压信号进行误差放大并输出低频误差信号，从而使整个系统实现低频段光功率闭环，以稳定所述激光发射模块的光功率，大大改善宽带模拟信号传输系统传输信号低频段的非线性误差和温度漂移现象。

Description

基于光纤的信号传输系统
技术领域
本发明涉及光纤信号传输技术领域，尤其涉及一种基于光纤的信号传输系统。
背景技术
现有技术中通过光纤传输信号时，通常采用对激光二极管LD或发光二极管LED直接进行电流调制，通过光纤把光信号传输到接收端，再把光信号转换成电信号。该传输方法可以实现2GHZ以上的信号传输带宽，但是在恒定电流下，激光器的输出光功率的温度漂移很大，导致接收端输出的直流电压的漂移很大。现有技术在解决温度漂移问题时通常减小了频率的带宽，无法实现消除温度漂移问题的同时保持较大的信号传输带宽。
发明内容
本发明实施例提供一种信号传输系统，以解决现有技术中通过光纤传输信号时无法实现消除温度漂移问题的同时保持较大的信号传输带宽的问题。
本发明实施例第一方面提供一种基于光纤的信号传输系统，所述信号传输系统包括：
高频直通通道，用于对输入信号进行过滤得到高频电压信号；
低频闭环模块，用于将所述输入信号的低频电压信号与表征光功率的低频反馈电压信号进行比较并输出低频误差信号；
信号复合模块，用于将所述高频电压信号和所述低频误差信号进行复合得到复合电压信号；
压流转换模块，用于将所述复合电压信号转换成复合电流信号；
激光发射模块，用于将所述复合电流信号转换成光信号，并将所述光信号通过接收光纤进行传输；
光功率检测器，用于检测激光发射模块的光功率并输出低频电流信号；
光功率反馈放大模块，用于将所述低频电流信号放大并形成低频反馈电压信号反馈至所述低频闭环模块；
所述光功率检测器和所述光功率反馈放大模块构成低频光功率反馈支路，用于对输入信号的低频电压信号形成闭环负反馈，以稳定所述激光发射模块的光功率。
本发明实施例的技术效果为：输入信号同时送至高频直通通道和低频闭环模块，高频直通通道将高频电压信号直接输出至信号复合模块。因为高频电压信号的频率比较高，所以不存在激光二级管光功率直流温度漂移，同时也没有非线性问题。通过低频闭环模块将输入信号的低频电压信号与表征光功率的低频反馈电压信号进行误差放大并输出低频误差信号，该低频误差信号与高频电压信号复合。放大并驱动所述激光发射模块输出光功率，这就形成了针对光功率的低频闭环控制负反馈，以稳定所述激光发射模块的光功率，大大改善宽带模拟信号传输系统传输信号低频段的非线性误差和温度漂移现象。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种基于光纤的信号传输系统的结构示意图；
图2是本发明实施例二提供的一种基于光纤的信号传输系统的结构示意图；
图3是本发明实施例二提供的一种基于光纤的信号传输系统的另一结构示意图；
图4是本发明实施例二提供的一种基于光纤的信号传输系统的另一结构示意图；
图5是本发明实施例三提供的一种基于光纤的信号传输系统中的压流转换模块的电路图；
图6是本发明实施例四提供的一种基于光纤的信号传输系统中的比例调节模块的电路图；
图7是本发明实施例五提供的一种基于光纤的信号传输系统中的激光发射模块的结构示意图；
图8是本发明实施例六提供的一种基于光纤的信号传输系统中的激光发射模块的结构示意图；
图9是本发明实施例七提供的一种基于光纤的信号传输系统的电路图；
图10是本发明实施例九提供的一种基于光纤的信号传输系统的电路图；
图11是本发明实施例十提供的一种基于光纤的信号传输系统的电路图；
图中：101、高频直通通道；102、低频闭环模块；103、信号复合模块；104、压流转换模块；105、激光发射模块；106、光功率反馈放大模块；107、接收光纤；108、光功率检测器；110、光电转换模块；131、信号跟随器；132、运算器；121、误差放大模块；122、相位补偿模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在…上”、“与…相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在…上”、“与…直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在…下”、“在…下面”、“下面的”、“在…之下”、“在…之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在…下面”和“在…下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构及步骤，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
实施例一
本发明实施例一提供一种基于光纤的信号传输系统，解决现有技术中通过光纤传输信号时无法实现消除温度漂移问题的同时保持较大的信号传输带宽的问题。
本发明实施例一提供的技术方案，如图1所示，信号传输系统包括：
高频直通通道101，用于对输入信号进行过滤得到高频电压信号；
低频闭环模块102，用于将所述输入信号的低频电压信号与表征光功率的低频反馈电压信号进行比较并输出低频误差信号；
信号复合模块103，用于将高频电压信号和低频误差信号进行合并得到复合电压信号；
压流转换模块104，用于将复合电压信号转换成复合电流信号；
激光发射模块105，用于将复合电流信号转换成光信号，并将光信号通过光纤107进行传输；
光功率检测器108，用于检测激光发射模块105的光功率并输出低频电流信号；
光功率反馈放大模块106，用于将低频电流信号放大并形成低频反馈电压信号并发送至低频闭环模块102。
其中，高频电压信号是指输入信号中频率值大于预设频率的信号，低频电压信号是指输入信号中频率值不大于预设频率的信号。
其中，高频直通通道101用于对输入信号进行过滤提取高频电压信号，进而将输入信号分成高频电压信号和低频电压信号，高频直通通道101可以采用滤波器，滤波器可以为电容或者电容、电感、电阻的组合。
其中，低频闭环模块102用于对输入信号中的低频电压信号进行处理，处理方式为将输入信号中的低频电压信号与表征光功率的低频反馈电压信号进行比较，光功率是指将输入信号通过本信号传输系统转换成光信号的功率，表征光功率的低频反馈电压信号是指重新将输出的光信号转换成电信号在反馈至输入端所得到的信号，通过进行信号反馈，进而调整输出的低频电压信号，为实现该功能可以在设置负反馈闭环电路。
其中，信号复合模块103用于接收高频电压信号和低频误差信号，通过复合模块进行复合，在复合信号前还可以对高频电压信号和低频误差电压进行平滑处理，以更好的对输入信号进行还原。
其中，压流转换模块104可以为电流源电路，实现将复合电压信号转换成复合电流信号。
其中，激光发射模块105中包括将复合电流信号转换成光信号的器件，例如，激光二极管；激光发射模块105中还包括光耦合器，实现将光信号通过光纤进行传输；激光发射模块105中还包括将光信号转换成低频电流信号的器件，例如光功率检测器。
其中，光功率检测器108为了实现负反馈，重新将输出的光信号转换成电信号，光功率检测器108可以为光功率检测二极管。
其中，光功率反馈放大模块106对低频电流信号进行放大转换成低频反馈电压信号，放大是因为激光发射模块105将电信号转换成光信号时进行了比例调节，再将光信号转换成电信号时再调节回原比例信号。
其中，光功率检测器108和光功率反馈放大模块106构成低频光功率反馈支路，用于对输入信号的低频电压信号形成闭环负反馈，形成闭环负反馈回路包括光功率检测器108、光功率反馈放大模块106、低频闭环模块102、信号复合模块103、压流转换模块104、激光发射模块105，该闭环负反馈回路仅对输入信号中的低频电压信号进行处理，高频电压信号由于频率太高不参与该负反馈处理过程。
作为一种示例，高频直通通道101为电容，对输入信号进行过滤得到高频电压信号，低频闭环模块102为误差放大器，将输入信号的低频电压信号与输出低频反馈电压信号进行比较并输出低频误差信号，信号复合模块103为加法器，对高频电压信号和低频误差信号进行叠加，压流转换模块104为电流源模块，将复合电压信号转换成复合电流信号，激光发射模块105包括激光二极管和光耦合器分别实现将复合电流信号转换成光信号和将光信号通过光纤进行传输，光功率检测器108为光功率检测二极管，将光信号转换成低频电流信号，光功率反馈放大模块106为放大器，将低频电流信号转换成输出低频反馈电压信号并发送至低频闭环模块102。采用本技术方案，将输入信号分离高频电压信号和低频反馈电压信号分别进行处理，高频电压信号直接转换成流经激光二极管的电流信号。因为高频电压信号的频率比较高。例如，频率大于1MHZ，所以不存在激光二级管光功率直流温度漂移，同时也没有非线性问题，而低频反馈电压信号的频率不大于1MHZ，直接转换成光功率信号，会使激光二级管光功率的非线性和直流温度漂移比较大，导致光纤模拟信号传输系统的性能较差，本示例通过将低频反馈电压信号进行负反馈，大大改善宽带模拟信号传输系统的低频段的非线性和温度漂移。
本发明实施例一的技术效果在于：通过高频直通通道将输入信号分离为高频电压信号和低频反馈电压信号，通过低频闭环模块将输入信号的低频反馈电压信号与输出低频反馈电压信号进行比较并输出低频误差信号，改善了宽带模拟信号传输系统的低频段信号的非线性和温度漂移，对输入信号的低频反馈电压信号进行调整后再与高频电压信号合并，因为高频电压信号的频率比较高，所以不存在激光二级管光功率直流温度漂移，同时也没有非线性问题，因此将合并后的复合电压信号进行转换和传输，大大改善宽带模拟信号传输系统传输信号的非线性和温度漂移。
实施例二
本发明实施例二提供一种信号传输系统，解决实施例一中如何实现高频电压信号和低频误差信号合并后频率响应衔接更好的问题。
本发明实施例二提供的第一个技术方案，如图2所示，基于实施例一提供的技术方案，信号复合模块103包括：
信号跟随器131，用于对高频电压信号进行信号跟随；
运算器132，用于将经过信号跟随的高频电压信号与低频误差信号进行加法或者减法运算。
其中，信号复合模块103内部设有两个独立的低频和高频传输路径，其中高频电压信号通过信号跟随器131进行信号跟随，经过信号跟随的高频电压信号与低频误差信号通过加法器进行合并，可以合成平坦的频率响应更好的输出信号。
本技术方案的技术效果在于：在信号复合模块103中设置信号跟随器131对高频电压信号进行信号跟随，对复合前后的信号进行隔离，避免对复合后的信号产生不良影响，实现了合成平坦的频率响应更好的输出信号。
本发明实施例二提供的第二个技术方案，如图3所示，基于实施例一提供的技术方案，低频闭环模块102包括误差放大模块121和相位补偿模块122，误差放大模块121将输入信号的低频电压信号与低频反馈电压信号进行比较并输出低频误差信号，相位补偿模块122用于对低频误差信号进行相位补偿后输出给信号复合模块103。
其中，相位补偿模块122用于对误差放大模块121输出的低频误差信号进行调整，减少误差放大模块121的输出误差，经过相位补偿后再进行合并，可以合成平坦的频率响应更好的输出信号。
本技术方案的技术效果在于：在低频闭环模块中设置相位补偿模块对低频误差信号进行调整，减少误差放大模块的输出误差，实现合成平坦的频率响应更好的输出信号。
本发明实施例二提供的第三个技术方案，如图4所示，基于实施例一提供的技术方案，低频闭环模块102包括误差放大模块和相位补偿模块，误差放大模块将输入信号的低频电压信号与输出低频反馈电压信号进行比较并输出低频误差信号，相位补偿模块用于对低频误差信号进行相位补偿后输出给信号复合模块103；信号复合模块103包括：
信号跟随器131，用于对高频电压信号进行信号跟随；
运算器132，用于将经过信号跟随的高频电压信号与经过相位补偿后的低频误差信号进行加法或者减法运算。
本技术方案结合了本实施例的第一个技术方案和第二个技术方案，即对高频电压信号进行信号跟随，又对输入信号的低频反馈电压信号进行相位补偿，可以合成平坦的频率响应更好的输出信号。
本技术方案的技术效果在于：在信号复合模块103中设置信号跟随器131对高频电压信号进行信号跟随，在低频闭环模块102中设置相位补偿模块对低频误差信号进行调整，对合并前后的信号进行隔离，减少误差放大模块的输出误差，实现合成平坦的频率响应更好的输出信号。
实施例三
本发明实施例三提供一种信号传输系统，解决实施例一中如何实现压流转换模块输出的电流在线性区间的问题。
本发明实施例三提供的技术方案，基于实施例一提供的技术方案，压流转换模块104用于调节流进激光发射模块105的静态工作电流，以使复合电流信号与复合电压信号成线性比例关系。
其中，本实施例三的实现方式是设置两个互补的电流源电路，通过调节电流源电路之间的阻抗进而调节流进激光发射模块105的静态工作电流。具体的，如图5所示，压流转换模块104包括三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、电阻R8、电阻R9以及可调电阻R10，三极管Q1、三极管Q3、电阻R8形成第一电流源支路，三极管Q2、三极管Q4、电阻R9形成第二电流源支路，三极管Q1的基极连接输入电压V2，可调电阻R10的一端连接在三极管Q1的发射极和三极管Q3的集电极之间，可调电阻R10的另一端连接在三极管Q2的发射极和三极管Q4的集电极之间，三极管Q3的基极和三极管Q4的基极共接第二参考电压VREF2，其中，可调电阻R10是电压转换成激光二极管电流的增益调节电阻。具体工作方式如下：
1、调节第二参考电压VREF2就可以调节流经激光发射模块105中的激光二极管的静态工作电流IS。静态工作电流IS是当输入电压V2为0时，激光二极管仍然有一个静态电流IS，激光二级管发出一个静态的光功率。设置R8＝R9，三极管的VBE＝0.7V，则流过三极管Q3和三极管Q4的电流为:
I1＝I2＝(VREF2-0.7V)/R8；
而激光二极管的电流ILD1＝I1-I3；
其中I3由输入电压V2决定的，静态V2＝0时I3为0，所以调节VREF2就可以调节激光二极管的静态电流IS。
2、输入电压V2变大时会导致电流I3线性增大。
三极管Q1连接一个射极跟随器，所以V6＝V2-0.7V，即V6跟随输入电压V2。而三极管Q2的基极是通过一个电阻接地的，所以V7在-0.7V左右不变。
流过R10的电流I3＝(V2-0.7V-(-0.7V))/R10＝V2/R10，所以I3是随着输入电压VIN变大而线性变大的，调节可变电阻R10，可以改变输入电压变化引起I3变化的增益系数。
3、I3的增大导致激光二极管的电流ILD1变小。
I1由VREF2决定，是一个恒定值，激光二极管的电流ILD1＝I1-I3；
所以I3的变大，直接导致ILD1变小。
综上，本实施例的压电转换模块的功能为：
1、调节VREF2可以调节激光二极管的静态工作电流：IS＝(VREF2-0.7V)/R8，一般选择20-30MA。
2、激光二极管ILD1电流变化量和输入电压V2的关系是ΔILD1＝V2/R10。
当输入电压VIN变小时，过程也类似，最后导致ILD1变大。控制激光二极管的发光电流的线性功放的原理和技术效果为首先调节激光二极管的静态工作电流，使得其工作在一个远离阈值电流的线性区间。然后让激光二极管的电流变化量线性跟随输入电压V2的变化量，就完成了输入电压信号线性转换成激光光功率的过程。
实施例四
本发明实施例四提供一种信号传输系统，解决实施例一和二中如何实现调节低频电流信号的比例的问题。
本发明实施例四提供的技术方案，适用于实施例一至三至少一个提供的技术方案。以基于实施例三的技术方案为例，光功率反馈放大模块106包括并联的第一运算放大器和放大调节电阻，放大调节电阻用于调节第一运算放大器的放大比例，以通过第一运算放大器将低频电流信号按照预设比例转换成输出低频反馈电压信号并发送至所述低频闭环模块102。
其中，如图6所示，光功率反馈放大模块106包括运算放大器A2和可变电阻R6，运算放大器A2的同相输入端连接第一参考电压，激光二极管LD1发出的光功率有一部分照射到同一个封装上的光电二极管PD1上形成光电流IPD1，经过运算放大器A2放大输出电压为V3。因为光电二极管电流IPD1正比于激光LD1发出的光功率，所以输出电压V3就和激光二极管LD1的光功率形成线性度非常好的正比关系。其中，该光功率检测电路的带宽不高于1MHZ。
本发明实施例四的技术效果在于：本实施例四提供的技术方案将低频电流信号按照预设比例放大转换成输出低频反馈电压信号并发送至低频闭环模块，进而实现对光信号到电信号的准确恢复。
实施例五
本发明实施例五提供一种信号传输系统，解决实施例一至四中如何将复合电流信号转换成光信号进行后续处理的问题。
本发明实施例五提供的技术方案，基于实施例一至四至少一个提供一种信号传输系统。如图7所示，激光发射模块105包括：
激光二极管LD1，用于将复合电流信号转换成光信号；
光耦合器L1，用于将耦合后送入接收光纤进行传输。
进一步的，光功率检测器PD1集成在激光发射模块105内。光功率检测器PD1，用于将光信号转换成低频电流信号。
进一步的，信号传输系统还包括光电转换输出模块110，用于将所述接收光纤传输的光信号转换成电信号。
其中，光信号通过一个数米到几千米的光纤F1传递到光电转换输出模块，光电转换输出模块将光信号转换成电信号进行输出。光电转换输出模块包括运算放大器A4、运算放大器A5、电阻R11以及光功率检测二极管PD2，实现将光信号转换成电信号进行输出。
本发明实施例五的技术效果在于：本实施例五提供的技术方案在激光发射模块中设置激光二极管、光耦合器以及光功率检测器，实现了输出低频信号的反馈和光信号通过光纤进行传输，以及设置光电转换输出模块，实现将光信号再转换成电信号进行输出。
实施例六
本发明实施例六提供一种信号传输系统，解决实施例五中光信号在光纤传输中发生温度漂移的问题。
本发明实施例六提供的技术方案，如图8所示，激光发射模块105包括激光二极管LD1和光耦合器L1，激光二极管LD1将复合电流信号转换成光信号，光耦合器L1将光信号通过接收光纤107进行传输。
接收光纤107还包括第一光纤F1和第二光纤F2，第一光纤F1和第二光纤F2之间设有分光器M2，分光器M2还连接有检测光纤F3，第一光纤F1的输入端连接激光发射模块105的输入端，第一光纤F1的输出端连接分光器M2的输入端，分光器M2的第一输出端连接第二光纤F2的输入端，分光器M2的第二输出端连接检测光纤F3的输入端；
激光二极管LD1将复合电流信号转换成光信号，光耦合器L1将光信号通过第一光纤F1进行传输至分光器M2，分光器M2将光信号中的部分光信号传输至第二光纤F2，将另一部分光信号传输至检测光纤F3，第二光纤F2将部分光信号传输至光功率检测器PD1，光功率检测器PD1将光信号转换成低频电流信号，检测光纤F3将另一部分光信号传输至光电转换输出模块110，光电转换输出模块110将另一部分光信号转换成电信号进行输出。
其中，本实施例在接收端或发射端增加一个分光器M2，分光器M2的作用是取出光纤F1中间的一部分光功率，例如比如1％至99％之间，优选为50％，通过光纤F2送到光功率检测二极管PD1，余下的光功率通过光纤F3送到光电转换输出模块110。
本实施例六提供的技术方案的技术效果在于：相比于实施例五提供的技术方案只能对激光二极管的输出光功率进行负反馈，虽然激光二极管的输出光功率很稳定没有温度漂移，但光模块的机械结构和激光准直透镜的温漂都会导致耦合到接收光纤的光功率发生温漂。本实施例六提供的技术方案可以对接收光纤中的光功率进行负反馈，所以接收端的光功率更加稳定的，没有温度漂移。
实施例七
本发明实施例七提供一种基于光纤的信号传输系统的具体电路，解决现有技术中通过光纤传输信号时无法实现消除温度漂移问题的同时保持较大的信号传输带宽的问题。
本发明实施例七提供的技术方案，基于实施例一提供的技术方案，如图9所示，高频直通通道101的输入端连接低频闭环模块102的第一输入端，高频直通通道101的第一输出端连接信号复合模块103的第一输入端，高频直通通道101的第二输出端连接信号复合模块103的第二输入端，低频闭环模块102的输出端连接信号复合模块103的第三输入端，信号复合模块103的输出端连接压流转换模块104的输入端，压流转换模块104的第一输出端连接激光发射模块105的第一输入端，压流转换模块104的第二输出端连接激光发射模块105的第二输入端，激光发射模块105的输出端连接光功率反馈放大模块106的输入端，光功率反馈放大模块106的输出端连接低频闭环模块102的第二输入端。
具体的，高频直通通道101包括电容C1和电阻R5，低频闭环模块102包括误差放大器A3、电阻R1、电阻R2、电阻R3以及电阻R4，信号复合模块103包括信号跟随器131和运算器；压流转换模块104包括三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、电阻R8、电阻R9以及可调电阻R10，比例调节模块包括运算放大器A2和可变电阻R6，激光发射模块105包括激光二极管LD1、光耦合器L1以及光功率检测器PD1，光接受器包括运算放大器A4、运算放大器A5、电阻R11以及光功率检测二极管PD2。
本发明实施例七提供的技术方案的工作过程为：
本电路中输入信号的高频信号部分直接通过电容C1送到信号复合模块103，信号复合模块103包括一个JFET的高阻跟随器(1倍放大)，其中电阻R5是JFET的偏置电阻。基于JFET源跟随器的高频路径使网络传递函数具有宽大的信号带宽(高达2GHZ)。信号复合模块103的输出信号是复合电压信号V2。复合电压信号V2进入一个电压转电流的功率放大器，输出电流ILD1驱动一个激光发射模块105M1中的DFB激光二极管LD1发光。激光二极管LD1的光功率检测二极管PD1输出信号V3，激光二极管LD1发出的光功率有一部分照射到同一个封装上的光电二极管PD1上形成光电流IPD1，经过运算放大器A2放大输出电压为V3。因为光电二极管电流IPD1正比于激光LD1发出的光功率，所以V3就和激光二极管LD1的光功率是线性度非常好的正比关系。V3送到电阻R3/R4构成的分压器形成V5。其中，输入电压VIN通过电阻R1/R2构成的分压器得到V4电压,一般选择R1/R2＝R3/R4，因为V4＝V5，所以VIN＝V3，而如前V3又正比于激光二极管LD1的光功率，所以激光二极管LD1的光功率就正比于输入电压VIN，所以激光二极管LD1的输出光功率只和输入电压VIN有关，和激光二极管的温漂特性无关，就实现了激光二极管光功率的低频段闭环控制。运算放大器A3对V3，V4的误差电压进行放大后的输出电压，送到复合环路放大器A1的IN-AUX端的和高频段信号合成全频段的信号V2去控制激光二极管产生合适的激光光功率。就形成了低频段(DC-1MHZ)光功率的闭环。本发明实施例提供的电路中，当输入信号在DC和低频段时，误差放大器A3的输出信号正常反映输出光功率的误差，送到复合环路放大器后形成光功率闭环。C1耦合的高频信号部分不起作用。随着输入频率的升高，误差放大器A3的输出信号变小，复合环路放大器A1慢慢由C1耦合的高频信号和输出光功率的误差信号复合决定。复合环路放大器A1频率很高时完全由C1耦合的高频信号决定。本发明的信号复合模块103内部有两个独立的低频和高频放大路径，其中高频段输入到IN端直接跟随(R5是这个跟随器的IN-BIAS端的偏置电阻)，而低频段是输入IN-AUX端的。两路低频和高频信号分量在内部重新组合，并在OUT引脚上再现，合成平坦的频率响应。
进一步的，为了使复合环路的高频段增益和低频段增益必须一致问题，本光纤宽带模拟信号传输系统的频率响应是平坦的才能正确传输电信号VIN到VOUT。具体方法为：调节R10得到一个合适的高频段交流增益，调节R6得到一个和高频段完全一致的低频段增益，本光纤宽带模拟信号传输系统的频率响应是平坦的，此时V3和V2的交流波形完全一致。
本发明实施例七的技术效果在于：通过高频直通通道101将输入信号分离为高频电压信号和低频反馈电压信号，通过低频闭环模块102将输入信号的低频反馈电压信号与输出低频反馈电压信号进行比较并输出低频误差信号，改善了宽带模拟信号传输系统的低频段信号的非线性和温度漂移，对输入信号的低频反馈电压信号进行调整后再与高频电压信号合并，因为高频电压信号的频率比较高，所以不存在激光二级管光功率直流温度漂移，同时也没有非线性问题，因此将合并后的复合电压信号进行转换和传输，大大改善宽带模拟信号传输系统的低频段的非线性和温度漂移。
实施例八
本发明实施例八提供一种基于光纤的信号传输系统的具体电路，解决实施例七中如何实现高频电压信号和低频误差信号合并后频率响应衔接更好的的问题。
本发明实施例八提供的技术方案，基于实施例七提供的技术方案，如图9所示，信号复合模块103优选为BUF802芯片，芯片BUF802的IN引脚为第一输入端，芯片BUF802的IN_BUS引脚为第二输入端，芯片BUF802的IN_AUX引脚为第三输入端。BUF802芯片的集成保护功能(如输入/输出钳位)有助于保护信号链中的后续级，减少过驱恢复时间和输入电容，并提高系统可靠性。采用BUF802可显著提高使用光纤传输信号的光功率精度，确保传输信号的带宽要求。
实施例九
本发明实施例九提供一种基于光纤的信号传输系统的具体电路，解决实施例七中如何实现高频电压信号和低频误差信号合并后频率响应衔接更好的的问题。
本发明实施例九提供的技术方案，基于实施例二提供的技术方案，如图10所示，高频直通通道101的第一输入端连接低频闭环模块102的第一输入端，高频直通通道101的第一输出端连接低频闭环模块102的输出端和信号复合模块103的输入端，信号复合模块103的输出端连接压流转换模块104的输入端，压流转换模块104的第一输出端连接激光发射模块105的第一输入端，压流转换模块104的第二输出端连接激光发射模块105的第二输入端，激光发射模块105的输出端连接光功率反馈放大模块106的输入端，光功率反馈放大模块106的输出端连接低频闭环模块102的第二输入端。
其中，本实施例八与实施例七的不同点在于：高频直通通道101为电容C1，低频闭环模块102包括误差放大器A3、电容C2、电阻R1、电阻R7、电阻R12以及电阻R13，电容C2、电阻R7、电阻R12形成相位补偿模块。
输入信号的高频信号部分通过电容C1到信号复合模块103A6的输入端。输入信号的低频部分通过电阻R1、R2分压送到运算放大器A3的同相端，运算放大器A3的反相端为V4。输出光功率检测电路的的输出电压V5和V4在运算放大器A3进行比较后，在运算放大器A6的输入端和C1耦合的高频信号相加。经过运算放大器A6放大后再驱动功率放大电路。运算放大器A6可以为跟随器，电容C2、电阻R7、电阻R12形成相位补偿模块，用来使得高频段和低频段的频率响应衔接得很好，在整个频率段DC--2GHZ有一个平坦的频率响应。
本发明实施例八的技术效果在于：在低频闭环模块102中设置相位补偿模块对低频误差信号进行调整，减少误差放大模块的输出误差，实现合成平坦的频率响应更好的输出信号。
实施例十
本发明实施例十提供一种基于光纤的信号传输系统，解决实施例七中光信号在光纤传输中发生温度漂移的问题。
如图11所示，在接收端或发射端增加一个分光器M2，分光器M2的作用是取出第一光纤F1中间的一部分光功率，例如比如1％至99％之间，优选为50％，通过第二光纤F2送到光功率检测二极管PD1，余下的光功率通过检测光纤F3送到光电转换输出模块110。
本实施例十提供的技术方案的技术效果在于：可以对光纤中的光功率进行负反馈，所以光电转换输出模块接收的光功率更加稳定的，没有温度漂移。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种基于光纤的信号传输系统，其特征在于，所述信号传输系统包括：
高频直通通道，用于对输入信号进行过滤得到高频电压信号；
低频闭环模块，用于将所述输入信号的低频电压信号与表征光功率的低频反馈电压信号进行比较并输出低频误差信号；
信号复合模块，用于将所述高频电压信号和所述低频误差信号进行复合得到复合电压信号；
压流转换模块，用于将所述复合电压信号转换成复合电流信号；
激光发射模块，用于将所述复合电流信号转换成光信号，并将所述光信号通过接收光纤进行传输；
光功率检测器，用于检测所述激光发射模块的光功率并输出低频电流信号；
光功率反馈放大模块，用于将所述低频电流信号放大并形成低频反馈电压信号反馈至所述低频闭环模块；
所述光功率检测器和所述光功率反馈放大模块构成低频光功率反馈支路，用于对输入信号的低频电压信号形成闭环负反馈，以稳定所述激光发射模块的光功率。
2.如权利要求1所述的信号传输系统，其特征在于，所述信号复合模块包括：
信号跟随器，用于对所述高频电压信号进行信号跟随；
运算器，用于将经过信号跟随的所述高频电压信号与所述低频误差信号进行加法或者减法运算。
3.如权利要求1或2所述的信号传输系统，其特征在于，所述低频闭环模块包括误差放大模块和相位补偿模块，所述误差放大模块将所述输入信号的低频电压信号与低频反馈电压信号进行比较并输出低频误差信号，所述相位补偿模块用于对所述低频误差信号进行相位补偿后输出给所述信号复合模块。
4.如权利要求1所述的信号传输系统，其特征在于，所述压流转换模块用于调节流进激光发射模块的静态工作电流，以使所述复合电流信号与所述复合电压信号成线性比例关系。
5.如权利要求4所述的信号传输系统，其特征在于，所述光功率反馈放大模块包括并联的第一运算放大器和放大调节电阻；所述放大调节电阻用于调节所述第一运算放大器的放大比例，以通过所述第一运算放大器将所述低频电流信号按照预设比例转换成输出低频反馈电压信号并发送至所述低频闭环模块。
6.如权利要求5所述的信号传输系统，其特征在于，所述激光发射模块包括：
激光二极管，用于将所述复合电流信号转换成光信号；
光耦合器，用于将所述光信号耦合后送入所述接收光纤进行传输。
7.如权利要求6所述的信号传输系统，其特征在于，其中，所述光功率检测器集成在所述激光发射模块内。
8.如权利要求1所述的的信号传输系统，其特征在于，还包括光电转换输出模块，用于将所述接收光纤传输的光信号转换成电信号。
9.权利要求8所述的信号传输系统，其特征在于，所述激光发射模块包括激光二极管和光耦合器；所述激光二极管将所述复合电流信号转换成光信号，所述光耦合器将所述光信号通过所述接收光纤进行传输；
所述接收光纤包括第一光纤和第二光纤；所述第一光纤和所述第二光纤之间设有分光器；
所述分光器还连接有检测光纤；所述第一光纤的输入端连接所述激光发射模块的输入端，所述第一光纤的输出端连接所述分光器的输入端，所述分光器的第一输出端连接第二光纤的输入端，所述分光器的第二输出端连接所述检测光纤的输入端，所述检测光纤的输出端连接所述光电转换输出模块的输入端；
所述激光二极管将所述复合电流信号转换成光信号，所述光耦合器将所述光信号通过所述第一光纤进行传输至所述分光器，所述分光器将所述光信号中的部分光信号传输至第二光纤，将另一部分光信号传输至检测光纤，所述第二光纤将所述部分光信号传输至所述光功率检测器，所述光功率检测器将所述光信号转换成低频电流信号，所述检测光纤将所述另一部分光信号传输至所述光电转换输出模块，所述光电转换输出模块将所述另一部分光信号转换成电信号进行输出。
10.如权利要求7或者9所述的信号传输系统，其特征在于，所述高频直通通道的输入端连接所述低频闭环模块的第一输入端，所述高频直通通道的第一输出端连接所述信号复合模块的第一输入端，所述高频直通通道的第二输出端连接所述信号复合模块的第二输入端，所述低频闭环模块的输出端连接所述信号复合模块的第三输入端，所述信号复合模块的输出端连接所述压流转换模块的输入端，所述压流转换模块的第一输出端连接所述激光发射模块的第一输入端，所述压流转换模块的第二输出端连接所述激光发射模块的第二输入端，所述激光发射模块的输出端连接所述光功率反馈放大模块的输入端，所述光功率反馈放大模块的输出端连接所述低频闭环模块的第二输入端。
11.如权利要求10所述的信号传输系统，其特征在于，所述信号复合模块为芯片BUF802，所述芯片BUF802的IN引脚为第一输入端，所述芯片BUF802的IN_BUS引脚为第二输入端，所述芯片BUF802的IN_AUX引脚为第三输入端。
12.如权利要求7或者9所述的信号传输系统，其特征在于，所述高频直通通道的第一输入端连接所述低频闭环模块的第一输入端，所述高频直通通道的第一输出端连接所述低频闭环模块的输出端和所述信号复合模块的输入端，所述信号复合模块的输出端连接所述压流转换模块的输入端，所述压流转换模块的第一输出端连接所述激光发射模块的第一输入端，所述压流转换模块的第二输出端连接所述激光发射模块的第二输入端，所述激光发射模块的输出端连接所述光功率反馈放大模块的输入端，所述光功率反馈放大模块的输出端连接所述低频闭环模块的第二输入端。
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