RU2677112C1 - Оптический передатчик - Google Patents
Оптический передатчик Download PDFInfo
- Publication number
- RU2677112C1 RU2677112C1 RU2018103282A RU2018103282A RU2677112C1 RU 2677112 C1 RU2677112 C1 RU 2677112C1 RU 2018103282 A RU2018103282 A RU 2018103282A RU 2018103282 A RU2018103282 A RU 2018103282A RU 2677112 C1 RU2677112 C1 RU 2677112C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- divider
- amplifier
- emitter
- input
- inverting input
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/02—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the intensity of light
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
- H04B10/2575—Radio-over-fibre, e.g. radio frequency signal modulated onto an optical carrier
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Amplifiers (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
Изобретение относится к аналоговой оптической связи и может быть использовано для передачи аналоговых сигналов в условиях помех от работы мощных импульсных электрофизических установок, а также для передачи аналоговых сигналов на дальние расстояния (несколько километров). Сущность изобретения: в оптическом передатчике, содержащем полупроводниковый излучатель, усилитель с дифференциальным входом, неинвертирующий вход которого является входом передатчика, инвертирующий вход усилителя соединен с одним из выводов полупроводникового излучателя через цепь обратной связи, выполненную по схеме делителя напряжения, причем верхнее плечо делителя подключено к одному из выводов излучателя, нижнее плечо делителя подключено к общей шине, выход делителя подключен к инвертирующему входу усилителя, выход усилителя через буферный каскад соединен с одним из выводов полупроводникового излучателя, новым является то, что по меньшей мере одно из плеч делителя имеет нелинейную вольт-амперную характеристику, компенсирующую нелинейность зависимости выходной мощности от тока полупроводникового излучателя. Достигаемым техническим результатом заявляемого изобретения является расширение линейного динамического диапазона оптического передатчика и, соответственно, улучшение достоверности передачи устройством формы аналогового сигнала. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к аналоговой оптической связи и может быть использовано для передачи аналоговых сигналов в условиях помех от работы мощных импульсных электрофизических установок, а также для передачи аналоговых сигналов на дальние расстояния (несколько километров).
Для указанных задач применяются волоконно-оптические системы передачи (ВОСП) с амплитудной модуляцией.
Сигнал напряжения преобразуется передающим оптическим модулем (ПОМ) в световой сигнал с амплитудной модуляцией интенсивности, который передастся по оптическому волокну и затем преобразуется приемным оптическим модулем (ПРОМ) в пропорциональный выходной сигнал напряжения.
Основной вклад в нелинейность ВОСП с амплитудной модуляцией вносят ПОМ. Входящие в состав ПРОМ фотоприемники, преобразующие световой сигнал в пропорциональное выходное напряжение практически не вносят нелинейных искажений в передачу сигнала, так как обычно используют фотодиоды, характеристики которых линейны в широком диапазоне фототоков.
Амплитудная модуляция в волоконно-оптических каналах осуществляется изменением тока излучателя. Полупроводниковые излучатели, в качестве которых могут использоваться как светодиоды, так и суперлюминесцентные и лазерные диоды, обладают существенно нелинейной зависимостью излучаемой мощности от тока через диод.
Из уровня техники известен оптический передатчик, использующий компенсацию нелинейности полупроводникового излучателя при помощи предыскажения (патент US 5373384, опубликован 13.12.1994).
Входной сигнал напряжения поступает к полупроводниковому излучателю через схему формирования предыскажения, служащую для улучшения линейности отклика излучателя. Схема формирования предыскажения содержит П-образный аттенюатор, состоящий из резисторов и нелинейного компенсирующего элемента, представленного Шоттки-диодом, соединенным параллельно с одним из резисторов аттенюатора.
Недостатком этого оптического передатчика является невозможность передачи постоянной составляющей сигнала из-за использования разделительного конденсатора между схемой формирования предыскажения и излучателем. Другим недостатком данной схемы является нелинейный характер входного сопротивления схемы формирования предыскажения, требующий использования дополнительной буферной схемы на входе.
Наиболее близким устройством является оптический передатчик (авторское свидетельство SU 1835608, опубликовано 23.08.93).
Данный оптический передатчик содержит полупроводниковый излучатель и схему линеаризации, использующую усилитель с дифференциальным входом и буферным каскадом, охваченный обратной связью (ОС) по току излучателя с целью повышения линейности модуляционной характеристики (зависимости оптической мощности передатчика от подаваемого на его вход напряжения).
Неинвертирующий вход усилителя является входом передатчика, инвертирующий вход усилителя соединен с катодом полупроводникового излучателя через цепь обратной связи, выполненной по схеме делителя напряжения, причем верхнее плечо делителя образовано резистором и подключено к катоду излучателя, нижнее плечо делителя, образованное входным сопротивлением инвертирующего входа усилителя, подключено к общей шине, выход усилителя через буферный каскад соединен с анодом полупроводникового излучателя.
Данный оптический передатчик имеет ограниченные возможности для линеаризации модуляционной характеристики: в нем используется только линейная ОС по току, которая обеспечивает линейную зависимость исключительно тока излучателя от входного сигнала напряжения. Однако мощность излучения различных типов излучателей может нелинейно зависеть от тока через излучатели, поэтому задача повышения линейности характеристики передатчика здесь решается в недостаточной степени. При этом ограничивается диапазон с линейной зависимостью мощности передатчика от входного напряжения.
В предлагаемом изобретении решалась задача создания передатчика с расширенным линейным динамическим диапазоном и возможностью использования любого типа излучателя (светодиод, суперлюминесцентный диод, лазерный диод).
Техническим результатом заявляемого устройства является расширение линейного динамического диапазона оптического передатчика и, соответственно, улучшение достоверности передачи устройством формы аналогового сигнала.
Технический результат достигается тем, что в оптическом передатчике, содержащем полупроводниковый излучатель, усилитель с дифференциальным входом, неинвертирующий вход которого является входом передатчика, инвертирующий вход усилителя соединен с одним из выводов полупроводникового излучателя через цепь обратной связи, выполненную по схеме делителя напряжения, причем верхнее плечо делителя подключено к одному из выводов излучателя, нижнее плечо делителя подключено к обшей шине, выход делителя подключен к инвертирующему входу усилителя, выход усилителя через буферный каскад соединен с одним из выводов полупроводникового излучателя, новым является то, что, по меньшей мере, одно из плеч делителя имеет нелинейную вольт-амперную характеристику, компенсирующую нелинейность зависимости выходной мощности от тока полупроводникового излучателя.
Для достижения технического результата плечи состоят из одной или нескольких ветвей, содержащих, по меньшей мере, один нелинейный элемент.
Для достижения технического результата, по меньшей мере, в одну из ветвей включен источник напряжения и/или резистор.
Для достижения технического результата, в качестве нелинейного элемента выбран полупроводниковый диод.
Цепь ОС передатчика выполнена в виде делителя напряжения, причем верхнее плечо делителя подключается к одному из выводов излучателя, а выход делителя подключается к инвертирующему входу усилителя. Выбор определенного вывода излучателя в качестве точки подключения цепи ОС определяется характером нелинейной зависимости мощности от тока используемого излучателя, при этом выбирается ОС либо по току излучателя, либо по напряжению на нем. Такая структура при условии применения нелинейных элементов в цепи ОС позволяет формировать различного вида зависимости тока излучателя от напряжения на входе передатчика (как с убывающим, так и возрастающим наклоном на разных участках). Диоды, источники напряжения и резисторы в ветвях цепей ОС позволяют создавать характерные точки перегиба характеристик и изменять наклон характеристик. В результате обеспечивается технический результат, не достижимый в прототипе, так как в последнем используется только линейная ОС. Важно отметить, что в данной структуре неинвертирующий вход усилителя используется в качестве входа передатчика, что позволяет обеспечить высокое входное сопротивление передатчика.
На Фиг. 1 и Фит. 2 изображены структурные схемы оптических передатчиков с подключением делителя ОС к разным выводам излучателя, где:
1 - неинвертирующий вход усилителя;
2 - усилитель с дифференциальным входом;
3 - буферный каскад;
4 - верхнее плечо делителя ОС по напряжению;
5 - полупроводниковый излучатель;
6 - нижнее плечо делителя ОС;
7 - верхнее плечо делителя ОС по току;
8 - оптический кабель;
9 - резистор задания начального смещения излучателя;
10 - резистор-ограничитель (датчик) тока излучателя.
На Фиг. 3 изображена структурная схема одного из плеч делителя. Плечо состоит из i параллельных ветвей, причем каждая ветвь может состоять из последовательно соединенных: диодной цепочки VDAn, содержащей j последовательно включенных диодов, резистора Rn и источника напряжения Un (i, j и n - натуральные числа). Для каждой ветви выбирается: наличие и полярность диодной цепочки, количество в цепочке диодов, наличие резистора Rn, наличие и полярность включения VDAn.
На Фиг. 4 изображена принципиальная электрическая схема передатчика на основе светодиодного излучателя.
Заявляемый оптический передатчик содержит полупроводниковый излучатель 5, усилитель 2 с дифференциальным входом, неинвертирующий вход 1 которого является входом передатчика. Выход усилителя 2 через буферный каскад 3 соединен с одним из выводов полупроводникового излучателя 5. Другой вывод излучателя 5 замыкается на общую шину через резистор-ограничитель 10. Верхнее плечо делителя ОС 4 или 7 включено между инвертирующим входом усилителя 2 и одним из выводов излучателя 5. Между инвертирующим входом усилителя 2 и общей шиной включено нижнее плечо делителя ОС 6. Резистор 9 и Uсм задают начальное смещение излучателя. Излучатель 5 находится в оптическом контакте с оптическим кабелем 8.
Делитель напряжения в цепи ОС содержит нелинейный элемент.
Передатчик работает следующим образом. На неинвертирующий вход 1 подается сигнал напряжения. Разность напряжений на входах дифференциального усилителя 2 усиливается и через буферный каскад 3 подается на излучатель 5. Ток, протекающий через излучатель и резистор 10, вырабатывает на последнем напряжение, пропорциональное току через излучатель. Напряжение ОС снимается либо с выхода буферного каскада 3, либо с резистора 10, выполняющего роль датчика тока. Сигнал ОС поступает на инвертирующий вход усилителя 2: при ОС по напряжению на излучателе - через плечо ОС 4, а при ОС по току - через плечо ОС 7. Нижнее плечо делителя ОС 6 оказывает влияние на степень и характер воздействия упомянутых выше ОС. По меньшей мере, одно из плеч делителя имеет нелинейную вольт-амперную характеристику, которая формируется при помощи схемы, приведенной на Фиг. 3. Нелинейные элементы в ОС обеспечивают необходимую коррекцию тока излучателя для достижения линейной зависимости оптической мощности излучателя в зависимости от входного напряжения передатчика. Например, для линеаризации характеристики суперлюминесцентного диода может потребоваться плечо ОС 7 с нелинейной вольт-амперной характеристикой, для светодиода - плечо ОС 6 с нелинейной вольт-амперной характеристикой, для лазера - возможно использование источников напряжения в плечах делителя. Для коррекции амплитудно-частотной характеристики передатчика в качестве линейных элементов в цепи ОС могут использоваться конденсаторы и катушки индуктивности.
В целях подтверждения осуществимости заявляемого устройства и достижения технического результата был изготовлен и испытан в лабораторных условиях макет передатчика. В схеме использован светодиодный излучатель HFBR1312T (BL1), работающий на 62,5 мкм оптический кабель. В качестве усилителя с дифференциальным входом выбран быстродействующий операционный усилитель AD8001AR (DA1). Буферный повторительный каскад выполнен на сверхвысокочастотном транзисторе КТ643А2 (VT1). Цепь ОС соединяет выход буферного каскада (эмиттер VT1) с инвертирующим входом DA1. Цепь ОС представляет собой делитель напряжения с верхним плечом делителя, состоящим из одной ветви с резистором R4. Между инвертирующим входом DA1 и общей шиной включено нижнее плечо, состоящее из последовательно включенных полупроводникового диода КД514А (VD1) и резистора R5, Резистор R3 обеспечивает начальное смещение излучателя. Во время работы передатчика, при достижении на инвертирующем входе напряжения, открывающего диод VD1. сопротивление нижнего плеча уменьшается, при этом коэффициент усиления в усилителе возрастает, компенсируя падение мощности BL1 на соответствующем участке характеристики. Таким образом, достигается линейность зависимости мощности передатчика от входного напряжения. Спад амплитудно-частотной характеристики передатчика компенсируется при помощи конденсатора С1 в нижнем плече ОС.
Передатчик по данной схеме использовался в помехоустойчивой быстродействующей (с полосой от 0 до 100 МГц) волоконно-оптической системе передачи аналоговых сигналов на мощных физических установках. Получена не достижимая в прототипе линейность оптической мощности излучателя в зависимости от входного напряжения передатчика лучше 2% во всем диапазоне рабочих мощностей.
Claims (4)
1. Оптический передатчик, содержащий полупроводниковый излучатель, усилитель с дифференциальным входом, неинвертирующий вход которого является входом передатчика, инвертирующий вход усилителя соединен с одним из выводов полупроводникового излучателя через цепь обратной связи, выполненную по схеме делителя напряжения, причем верхнее плечо делителя подключено к выводу излучателя, нижнее плечо делителя подключено к общей шине, выход делителя подключен к инвертирующему входу усилителя, выход усилителя через буферный каскад соединен с одним из выводов полупроводникового излучателя, отличающийся тем, что по меньшей мере одно из плеч делителя имеет нелинейную вольт-амперную характеристику, компенсирующую нелинейность зависимости выходной мощности от тока полупроводникового излучателя.
2. Оптический передатчик по п. 1, отличающийся тем, что плечи состоят из одной или нескольких ветвей, содержащих по меньшей мере один нелинейный элемент.
3. Оптический передатчик по п. 2, отличающийся тем, что по меньшей мере в одну из ветвей включен источник напряжения и/или резистор.
4. Оптический передатчик по п. 1, отличающийся тем, что в качестве нелинейного элемента выбран полупроводниковый диод.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018103282A RU2677112C1 (ru) | 2018-01-29 | 2018-01-29 | Оптический передатчик |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018103282A RU2677112C1 (ru) | 2018-01-29 | 2018-01-29 | Оптический передатчик |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2677112C1 true RU2677112C1 (ru) | 2019-01-15 |
Family
ID=65025280
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018103282A RU2677112C1 (ru) | 2018-01-29 | 2018-01-29 | Оптический передатчик |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2677112C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1012287A1 (ru) * | 1981-12-10 | 1983-04-15 | Предприятие П/Я А-1298 | Оптоэлектронный умножитель |
SU1748265A1 (ru) * | 1990-04-06 | 1992-07-15 | Московский научно-исследовательский институт приборной автоматики | Передатчик оптических сигналов |
SU1835608A1 (ru) * | 1989-09-29 | 1993-08-23 | Nizhegorodskij Ni Priborostroi | Oпtичeckий пepeдatчиk |
EP0700176A2 (de) * | 1994-08-29 | 1996-03-06 | Ascom Tech Ag | Optischer Sender zum Aussenden eines intensitäts- und phasenmodulierten Lichtstrahls |
RU2297102C1 (ru) * | 2005-10-17 | 2007-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Фобос"-ООО "Фобос" | Приемопередающее устройство защищенной волоконно-оптической системы передачи информации ограниченного доступа |
-
2018
- 2018-01-29 RU RU2018103282A patent/RU2677112C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1012287A1 (ru) * | 1981-12-10 | 1983-04-15 | Предприятие П/Я А-1298 | Оптоэлектронный умножитель |
SU1835608A1 (ru) * | 1989-09-29 | 1993-08-23 | Nizhegorodskij Ni Priborostroi | Oпtичeckий пepeдatчиk |
SU1748265A1 (ru) * | 1990-04-06 | 1992-07-15 | Московский научно-исследовательский институт приборной автоматики | Передатчик оптических сигналов |
EP0700176A2 (de) * | 1994-08-29 | 1996-03-06 | Ascom Tech Ag | Optischer Sender zum Aussenden eines intensitäts- und phasenmodulierten Lichtstrahls |
RU2297102C1 (ru) * | 2005-10-17 | 2007-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Фобос"-ООО "Фобос" | Приемопередающее устройство защищенной волоконно-оптической системы передачи информации ограниченного доступа |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5172068A (en) | Third-order predistortion linearization circuit | |
US9419722B2 (en) | Feedback for electronic pre-distortion in an optical transmitter | |
US4393518A (en) | Optical communication arrangement | |
EP0412830A2 (en) | Apparatus and method for reduction of intermodulation distortion in an optical fiber network | |
US8718488B2 (en) | Driver and optical transmission apparatus | |
CN101800254B (zh) | 对雪崩光电二极管偏置电压进行温度补偿的电路 | |
CN102778613B (zh) | Pin-fet光接收组件性能指标测试方法 | |
CN102200671B (zh) | 一种光模块的消光比调试装置及调试方法 | |
CA1105573A (en) | Signal cuber circuit | |
Fuada et al. | Noise analysis in VLC optical link based discrette OP-AMP Trans-impedance Amplifier (TIA) | |
US20220303018A1 (en) | Control device of modulating signal and method | |
RU2677112C1 (ru) | Оптический передатчик | |
CN102798466A (zh) | 一种带温度补偿的apd反偏电压控制电路 | |
CN1167212C (zh) | 用于消除光发射器中的非线性失真的方法和设备 | |
Hastings et al. | Suppression of even-order photodiode nonlinearities in multioctave photonic links | |
CH635465A5 (it) | Procedimento e circuito di pilotaggio di un dispositivo elettronico non lineare a soglia. | |
CN112910564B (zh) | 一种高速接收电路及高速收发电路 | |
CN106341189A (zh) | 光模块 | |
CN102594448A (zh) | 一种消光比测量装置 | |
US7449706B2 (en) | Photocoupler with compensation circuit | |
CN117871968B (zh) | 一种脉冲电场测量系统的开环校准方法 | |
US6774727B2 (en) | Device comprising a symmetrical amplifier | |
CN218887795U (zh) | 一种预校正实时反馈激光调制驱动器 | |
US10044446B2 (en) | Optical communication system and device for linearizing non-linear signal transmission characteristics | |
Svarny | Emulator of harmonic distortion of bias port of the mach-zehnder intensity modulator |