Разработка функциональной схемы, Разработка функциональной схемы опорного пункта (ОП) - Проектирования магистральной волоконно-оптической системы передачи информации

Разработка функциональной схемы опорного пункта (ОП)

Оборудование выполнено в виде стоек, устанавливаемых в пунктах волоконно-оптической линии передачи:

    - оконечный; - усилительный; -транзитный.

Стойка оборудования на оконечном пункте

Стойка оборудования усилительного пункта

Транспондеры

Оптические усилители передачи

Оптические мультиплексоры

Оптические усилители приема

Оптические демультиплексоры

Блок общестоечной сигнализации

Оптические усилители передачи

Блок системы контроля и управления

Оптические усилители приема

Блок питания стойки

Блок канала телеконтроля, телеуправления и служебной связи

Блок канала телеконтроля, телеуправления и служебной связи

Блок системы контроля и управления

Блок ввода внешних датчиков

Блок питания стойки

Блок оптический коммутаций

Блок общестоечной сигнализации

Оптические аттенюаторы

Блок ввода внешних датчиков

Блок компенсации дисперсии

Блок компенсации дисперсии

Источник с рамановской накачкой

Оптические аттенюаторы

Блок оптический коммутаций

Источник с рамановской накачкой

Оборудование транзитного пункта включает:

- две стойки оборудования оконечного пункта, соединяемых по схеме "спина к спине". В случае неполного заполнения стойки возможно размещение оборудования двух оконечных пунктов в одной стойке. При малом числе вводимых/выводимых оптических каналов в транзитном пункте используется оптический мультиплексор ввода/вывода.

Разработка структурной схемы оптического передатчика

Задачей оптического передатчика является преобразование входного электрического сигнала в свет (рис. 3.3.)

обобщенная структурная схема передатчика

Рис. 3.3 Обобщенная структурная схема передатчика

Функциональная схема передатчика должна быть простой и надежной, содержать систему автоматической регулировки усиления, контроля температуры для обеспечения стабильности выходных характеристик. Схема должна соответствовать построению передатчика с внешней модуляцией, т. к. при 10 Гбит/с применение прямой модуляции нежелательно из - за эффекта,,чирпа" (паразитной частотной модуляции). Для простоты реализации в схеме не используется преобразователь кода.

функциональная схема оптического передатчика

Рис. 3.4 Функциональная схема оптического передатчика

Функциональная схема оптического передатчика представлена на рис. 3.4. Входной электрический сигнал в формате NRZ поступает на предусилитель. Он усиливает сигнал до уровня, необходимого для работы усилителя напряжения, обладает низким коэффициентом шума и усиления. Усилитель напряжения доводит сигнал до уровня работы формирователя сигнала. Формирователь сигнала позволяет изменять параметры поступающего на модулятор сигнала и усиливает его до необходимого уровня. Источник тока смещения позволяет изменять положение рабочей точки на ватт-амперной характеристики лазерного диода. Для обеспечения стабильности работы лазерного диода используются устройство обратной связи (УОС) и система термостабилизации (СТС).

Под исходные данные технического задания, а также приведенную выше функциональную схему полностью подходит передатчик: OKI OAS1043F-V2. В качестве излучателя в нем применяется лазер NLK3C8CAKB (табл. 2.2). Данный лазер имеет интегрированный электро-абсорбционный модулятор (что позволяет эффективно бороться с эффектом чирпа), предназначенный для приложений со скоростями до 10 Гбит/с, таких как Sonet OC-192 IR-2 и SDH STM-64.2b. Центральная длина волны излучения л0=1557 нм. Лазер имеет встроенное устройство слежения за длиной волны, что позволяет снизить стоимость лазера по сравнению с решением на дискретных компонентах, где устройство слежения в виде отдельного модуля.

Передатчик имеет схемы автоматического контроля за температурой (АКТ) и выходной мощностью (АКМ) лазерного диода, а также схему контроля формы выходного сигнала (КФС).

Передатчик питается от постоянного напряжения -5.2 и 3.3 В. Функциональная схема передатчика на рис. 3.5

функциональная схема передатчика oki

Рис. 3.5 Функциональная схема передатчика OKI

Конструктивные характеристики модуля:

Таблица 3.2 Электрические характристики модуля

Параметр

Обозначение

Min.

Typ.

Max.

Ед. изм.

Примеч.

Скорость передачи

9.95328

Гбит/с

Код передачи

NRZ

-

Напряжение вх. сигнала

Vin

0.4

-

1.0

Vpp

50 Ом; AC

Наряжение питания

Vcc

3.14

3.3

3.46

V

DC

Vee

-4.94

-5.2

-5.46

V

Ток питания

Icc

-

-

1.4

A

DC

Iee

-

-

0.4

A

Потребляемая мощность

Pc

-

-

6.5

W

Лазерный диод вкл/выкл

LSC

Вкл: < 0.5 V; Выкл: > 1.6 V

Таблица 3.3 Описание выводов

№ выв.

Обознач.

Назначение

№ выв.

Обознач.

Назнач.

1

Vee

-5.2 V

11

Vcc

+3.3 V

2

Vee

-5.2 V

12

GND

Ground

3

NC

No contact

13

NC

No contact

4

NC

No contact

14

NC

No contact

5

GND

Ground

15

GND

Ground

6

LFA

Laser Output Alarm

16

GND

Ground

7

GND

Ground

17

T-MON

Laser Temperature Monitor

8

LBA

Laser Bias Alarm

18

NC

No contact

9

Vcc

+3.3 V

19

T-ALM

Laser Temperature Alarm

10

LSC

Laser On/Off Control

20

NC

No contact

Таблица 3.4 Оптические характеристики модуля

Параметр

Обозначение

Min.

Typ.

Max.

Ед. изм.

Примеч.

Мощность в волокне

Pf

-1.0

-

+2.0

DBm

1

Центральная длина волны

Лр

1530

-

1565

Nm

1

Динамический диапазон

ER

8.2

-

-

DB

1

Подавление боковой моды

SMSR

35

-

-

DB

1

Падение мощности за счет дисперсии

DP

-

-

2.0

DB

2

Разработка структурной схемы эрбиевого усилителя

Задачей оптического усилителя является усиление входного сигнала. Усилитель должен иметь модульную структуру для возможности его модификации под конкретные нужды заказчика. Должна быть предусмотрена система термостабилизации, а также контроль выходных параметров. Также желательна возможность подключения к внешним устройствам для возможности управления параметрами усилителя.

Структурная схема состоит из 3-х основных частей: платы управления, кросс - платы и оптического модуля. Также на ней представлен блок питания с фильтрами и система охлаждения, представленная вентилятором, LCD - дисплей.

Питание устройства осуществляется от блока питания ECM40-60UT34 постоянными напряжениями: +12В, +5В, +3.3В. Плата управления состоит из: микрокроконтроллера STR710FZ2 - все управление в усилителе осуществляется через него, контроллера GPIB - благодаря которому возможна связь с внешними устройствами по шине GPIB (по данной шине осуществляется программирование контроллера), графический контроллер S1D13A05 - осуществляет управление работой LCD дисплея. Interlock - играет роль блокиратора (например, осуществляет автоматическое выключение усилителя при выходе из комнаты).

структурная схема эрбиевого усилителя

Рис. 3.6 Структурная схема эрбиевого усилителя

Также для связи с внешними устройствами микроконтроллер использует протокол RS-232. По шине I2C контроллер управляет работой оптического модуля и кросс - платы.

Кросс - плата состоит из: мультиплексора ADG706, АЦП ADS7823, источников тока, драйверов элемента Пелтье, усилителей для фотодиодов.

Через мультиплексор осуществляется взаимодействие с лазерными диодами и фотодиодами. Источник тока задает ток смещения лазерного диода. Драйвер элемента Пелтье позволяет поддерживать температуру лазерного диода постоянной. Усилители предназначены для слабого сигнала с фотодиодов.

Оптический модуль состоит из: двух лазерных диодов Fitel FOL1402PLF (1480 нм) c элементами Пелтье, четырех лазерных диодов Agilent FPL4916/U4 (980 нм) и четырех фотодиодов (рис. 3.7)

структурная схема оптического модуля

Рис. 3.7 Структурная схема оптического модуля

На данной схеме 1/99 - оптический разветвитель, разделяющий оптический сигнал на входе на два потока 1% и 99% (1% - для контроля входной мощности подается на фотодиод, 99 % передается дальше). IS - оптический изолятор, обеспечивает прохождение света только в заданном направлении. MS - оптический мультиплексор, позволяет в ввести в эрбиевое волокно (Er+) не кроме сигнала излучение накачки от лазерного диода (980/1550 нм - объединение данных длин волн). В схеме используются различные способы накачки, на различных длинах волн (980 и 1480 нм, попутная и встречная накачка). Представленная оптическая схема состоит из двух каскадов. Первый каскад работает с малым входным сигналом и называется предусилителем, второй каскад обеспечивает большую выходную моность и называется усилителем мощности. Применительно к каскаду усилителей EDFA имеют место следующие практические выводы: конструкция предусилителей EDFA должна обеспечивать минимально возможное значение шум - фактора, а конструкция усилителей мощности должна обеспечивать наибольшее значение выходной мощности и эффективности накачки. Наименьшее значение шум - фактора достигается в усилителях, использующих сонаправленную накачку на длине волны 980 нм, и именно их целесообразно использовать в качестве предусилителей. Наибольшую эффективность накачки и выходную мощность можно получить при использовании встречной накачки на длине волны 1480 нм. Такую конструкцию целесообразно использовать в усилителях мощности.

Таблица 3.5 основные параметры усилителя VS56

Рабочий диапазон

1529 ... 1562 nm

Мощность насыщения ( -3dBm на входе)

> 25dBm

Входная мощность

-10 ... +3dBm

Коэффициет шума @ Pвх= -10dBm, л=1550нм

< 5dB

Режимы управления

ACC, APC, AGC

Безопасность

Interlock Отсутствие входного сигнала Перегрев

Оптический вход/выход

FC/APC коннекторы

Габаритные размеры

90мм x 225мм x 315мм

Поддерживаемые протоколы

GPIB, RS-232

Питание

90 ... 240 В, 47 ... 63 Гц

Диапазон рабочих температур

+5 ... +40°C

Разработка структурной схемы приемника

Задачей оптического приемника является преобразование входного оптического сигнала в электрический (рис. 3.8).

обобщенная структурная схема приемника

Рис. 3.8 Обобщенная структурная схема приемника

Структурная схема приемника для обеспечения низкого коэффициента шума должна содержать два каскада усиления, фильтр а также систему АРУ. В схеме должен быть предусмотрена возможность восстановления тактовой частоты из информационного сигнала, при использовании кода с синхронизацией.

структурная схема оптического приемника

Рис 3.9 Структурная схема оптического приемника

Предусилитель - ключевой элемент, который определяет характеристики приемника в целом. Выход сигнала, принятого фотодиодом, - это точка, где сигнал самый слабый и наиболее подвержен искажениям от действия шума. Этот сигнал является входным для предусилителя. Роль предусилителя - усилить сигнал для дальнейшей его обработки.

При выборе предусилителя приходится идти на компромисс между высокой скоростью и чувствительностью. Входное напряжение предусилителя может быть увеличено путем использования большого нагрузочного сопротивления RL. В этом случае часто используется схема с высоким импедансом (рис 3.10)

упрощенная электрическая модель с высоким входным импедансом

Рис. 3.10 Упрощенная электрическая модель с высоким входным импедансом

Большое значение RL уменьшает тепловой шум и улучшает чувствительность приемника. Однако такое решение имеет свой недостаток - низкую полосу пропускания. Полоса частот приемника определяется его самым низкочастотным компонентом. Если полоса частот приемника с высоким сопротивлением значительно меньше, чем требуется для данной скорости передачи, то он не может быть использован. Для преодоления этого недостатка, иногда используется схема выравнивания частотной характеристики (в сторону высоких частот). В этой схеме фильтр ослабляет низкочастотные составляющие больше, чем высокочастотные, что позволяет эффективно скорректировать (увеличить) полосу пропускания. Там, где чувствительность не столь важна, можно уменьшить RL, чтобы увеличить полосу пропускания. Такое решение носит название схемы с низким импедансом. Это решение позволяет получить большую полосу пропускания и высокую чувствительность. Здесь RL расположен в цепи ОС инвертирующего усилителя. В этом случае RL может быть достаточно большим, так как ООС уменьшает эффективный входной импеданс пропорционально усилению G такого усилителя. Полоса пропускания такой схемы увеличивается также в G раз, по сравнению со схемой с высоким импедансом. Многие типы оптических приемников используют схему с трансимпедансом, благодаря ее большой ширине полосы и высокой чувствительности. Однако и здесь есть определенные вопросы, связанные со стабильностью петли обратной связи.

Следующими компонентами такого приемника являются усилитель напряжения с высоким коэффициентом усиления и низкочастотный фильтр. Коэффициент усиления усилителя управляется автоматически, с помощью схемы АРУ, для ограничения изменения среднего значения относительно фиксированного уровня, вне зависимости от средней оптической мощности, падающей на приемник. Фильтр нижних частот формирует импульс напряжения. Фильтр используется с целью уменьшения шума без внесения межсимвольных искажений. Этот фильтр также определяет ширину полосы пропускания приемника. Его полоса пропускания меньше, чем эквивалентная скорость передачи, тогда как полоса пропускания других компонентов приемника проектируется так, чтобы быть больше эквивалентной скорости передачи.

Последним компонентом является схема принятия решений. Восстановленные сигналы таймера обеспечивают синхронизацию и побитное таймирование. Схема принятия решения сравнивает выходное напряжение усилителя напряжения на выходе фильтра с пороговым уровнем и определяет, для каждого битового интервала, является ли принятый сигнал двоичной 1 или 0. Длительность битового интервала для формата NRZ равна 1/B, где В - скорость передачи. Например, сигнал формата NRZ 1 Мбит/с имеет длительность битового интервала 1 мкс. Сигнал при скорости передачи в 1 Гбит/с имеет длительность 1 нс, а при скорости передачи в 10 Гбит/с - 0,1 нс или 100пс.

Еще одна важная характеристика фотодиодного приемника - динамический диапазон. Допустим, приемник работает на 10 ГГц, при BER 10-10, порог порядка -34,0 дБм, динамический диапазон - 26 дБ. Любой принятый сигнал больше, чем - 8 дБм, будет перегружать приемник. Во избежание этого - установка аттенюатора, и принятый сигнал всегда будет укладываться в динамический диапазон приемника.

Похожие статьи




Разработка функциональной схемы, Разработка функциональной схемы опорного пункта (ОП) - Проектирования магистральной волоконно-оптической системы передачи информации

Предыдущая | Следующая