光接收機

光接收機的寫法

光接收機介紹

光接收機分為模擬光接收機和數(shù)字光接收機兩種。模擬光接收機用于接收模擬信號，比如說光纖CATV信號。當(dāng)前的通信系統(tǒng)由于大多采用數(shù)字信號，因而主要用的是數(shù)字光接收機。檢測方式分為相干檢測方式和非相干檢測方式。相干檢測方式首先接收將接收到的光信號與一個光本地振蕩器在光混頻器混頻之后，再被光電檢測器變換成一定要求的電信號，類似于無線電收音機。常用的非相干檢測方式就是直接功率檢測方式，通過光電二極管直接將接收的光信號恢復(fù)成基本調(diào)制信號的過程。

性能指標(biāo)

光接收機主要的性能指標(biāo)是誤碼率（BER）、靈敏度以及動態(tài)范圍。

誤碼率是指在一定的時間間隔內(nèi)，發(fā)生差錯的脈沖數(shù)和在這個時間間隔內(nèi)傳輸?shù)目偯}沖數(shù)之比。例如誤碼率為10-9表示平均每發(fā)送十億個脈沖有一個誤碼出現(xiàn)。光纖通信系統(tǒng)的誤碼率較低，典型誤碼率范圍是10-9到10-12。

光接收機的誤碼來自于系統(tǒng)的各種噪聲和干擾。這種噪聲經(jīng)接收機轉(zhuǎn)換為電流噪聲迭加在接收機前端的信號上，使得接收機不是對任何微弱的信號都能正確接收的。

接收機靈敏度的定義為：在滿足給定能的誤碼率指標(biāo)條件下，接收的平均光功率Pmin。在工程上常用功率值（dBm）來表示，即

在長期的使用過程中，接收機的光功率可能會有所變化。因此要求接收機有一個動態(tài)范圍。低于這個動態(tài)范圍的下限（即靈敏度），將產(chǎn)生過大的誤碼；高于這個動態(tài)范圍的上限（又叫做接收機的過載功率），在判決時亦將造成過大的誤碼。顯然一臺質(zhì)量好的接收機應(yīng)有較寬動態(tài)范圍。在保證系統(tǒng)的誤碼率指標(biāo)要求下，接收機的輸出光功率（用dBm來描述）和允許輸入光功率（用dBm來描述）之差（dB）就是光接收的動態(tài)范圍。

光接收機的靈敏度主要由光接收機的噪聲決定。噪聲主要來自于檢測器和放大器的噪聲，有以下幾種類型。

1.散粒噪聲：

當(dāng)光進(jìn)入光電二極管時，光子的產(chǎn)生和結(jié)合具有統(tǒng)計特性，使得實際電子數(shù)圍繞平均值的起伏，這種噪聲稱為散粒噪聲。

2．熱噪聲：

起源于電阻內(nèi)的電子的熱運動，即使沒有外加電壓，由于電子熱運動的隨機性，使得電子的瞬間數(shù)目圍繞它的平均值起伏。

3．暗電流噪聲：

光電二極管在反偏壓條件下，即使處于沒有光照的環(huán)境中，電路中也會有反向直流電流，叫做暗電流。對一個接收機來說，暗電流決定了其可探測的信號功率水平的噪聲基底。暗電流的典型值為幾nA。如果暗電流達(dá)到了100nA，可能會引起嚴(yán)重的問題。

在接收機的理論中，中心的問題也是如何降低輸入端的噪聲、提高接收靈敏度。靈敏度主要取決于光電檢測器的響應(yīng)度以及檢測器和放大器引入的噪聲。因此，噪聲的分析和靈敏度的計算也是本章重點討論的問題。

結(jié)構(gòu)原理

在有線電視HFC網(wǎng)絡(luò)中，光接收機通常位于光纖接點和有線電視的前端位置，它的主要功能是把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)镽F信號，前面已經(jīng)詳細(xì)講述了光探測器、光接收組件的原理及應(yīng)用。光探測器是實現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量的優(yōu)劣決定了光接收機的性能指標(biāo)與檔次，光接收組件是光探測器與前置放大器的組合，在光接收機中，無論是分離組件還是一體組件，該部分的成本比重都比較大，與光發(fā)射機的激光器一樣，不僅決定了光接收機的性能指標(biāo)，還將決定光接收機的價格。光接收的整機組成主要由光接收組件、功率放大模塊及其附屬功能電路組成，除光接收組件外，功率放大模塊是光接收機的第二大核心元件。即使是采用相同的組件，由于采用不同檔次、不同價位的放大模塊組合，整機也會有顯著不同。有線電視技術(shù)發(fā)展到今天，光接收機采用分離元件制作放大模塊已不多見，基本上全采用集成一體化組件結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)模塊大多屬于厚膜集成電路，它是用絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)等工藝在同一陶瓷基片上制作無源網(wǎng)源，并在其上組裝分立的半導(dǎo)體芯片或單片集成電路、放大三極管管芯等，另外再外加塑料密封，防止潮氣、雜質(zhì)的進(jìn)入。

一、光接收機常用的放大模塊介紹

能用于光接收機的模塊有眾多型號，排除品牌命名的差異，根據(jù)放大模塊的增益劃分有14dB、18dB、20dB、22dB、27dB等，用于單模塊放大器的34dB的放大模塊在光接收機中少有應(yīng)用，當(dāng)然也不排除低檔光接收機應(yīng)用的可能。根據(jù)放大模塊具體放大電路結(jié)構(gòu)的不同劃分：有推挽放大模塊、功率倍增放大模塊兩種，而根據(jù)放大元件工藝的不同，放大模塊又分為硅放大工藝、砷化鎵工藝兩種，在光接收機中采用的模塊的命名，一般以推挽和功率倍增為主要區(qū)分，同時附加增益的差異與器件工藝，如果不說是砷化鎵工藝模塊則所說的放大模塊一般都是指硅工藝。

1．推挽放大模塊的原理及結(jié)構(gòu)。在實用的放大電路中，三極管的集電極并非總有電流流過，根據(jù)集中極電流導(dǎo)通時間的長短，通常把放大器分成甲類、乙類、丙類等。在輸入信號的整個周期中都有電流流過集電極的放大器稱為甲類放大器；只有在輸入信號的半個周期內(nèi)有集中極電流的放大器稱為乙類放大器；在小于輸入信號半個周期內(nèi)有集中極電流的放大器稱為丙類放大器。在許多實用的放大電路中，為了提高放大效率通常都需要把工作點移到截止區(qū)，即采用半周導(dǎo)通的乙類工作狀態(tài)，這時若仍采用一個晶體管，輸出信號中將只出現(xiàn)一半波形，將發(fā)生嚴(yán)重的截止失真。為了解決這個問題，可采用兩只特性完全相同的晶體管，使其中一只晶體管在正半周導(dǎo)通，另一晶體管在負(fù)半周導(dǎo)通，在負(fù)載上合成完整波形，這就是推挽放大電路。下圖是推挽放大電路的結(jié)構(gòu)示意圖：

輸入信號經(jīng)過高頻傳輸變壓器B1，反相加在晶體管VT1和VT2上，被放大后各自在半個周期內(nèi)產(chǎn)生半個波，在變壓器B2上反相疊加，重新合成完整波形輸出，由于輸出信號反相疊加，其中的直流分量和非線性失真中的偶次諧波互相抵消。降低了直流工作點，使變壓器中流過電流減少，從而體積可以做得較小，進(jìn)一步提高了放大器的輸出功率和效率；更為重要的是，偶次諧波的抵消，減少了放大器的非線性失真，對提高有線電視系統(tǒng)的非線性失真指標(biāo)具有重要意義。在實際應(yīng)用中，通常采用兩組推挽電路并接的方法，構(gòu)成橋式結(jié)構(gòu)，則每級推挽電路在負(fù)載上的直流電壓可抵消，從而簡化電路結(jié)構(gòu)。在推挽電路中，兩個極性相同晶體管的特性應(yīng)盡可能一致，兩個極性相反晶體管的特性應(yīng)盡可能互補，才能限度的抵消輸出信號中的偶次諧波失真，若在電電路中引入負(fù)反饋，非線性失真還可進(jìn)一步減小。

下圖是商用化模塊常采用的電路結(jié)構(gòu)。

該模塊用了共射——共基極放大推挽輸出，4個NPN型晶體管兩兩接成共射—共基極組合放大電路，它們再通過輸入、輸出變壓器接成推挽電路。共射—共基電路的特點是：簡單高效，在選定e極電流的情況下，此電路能有效的減小集電極非線性及e—b結(jié)非線性。此電路采用低射極電阻和高并聯(lián)電阻取得高增益，又由于采用了低噪聲晶體管使模塊的噪聲系數(shù)降到了盡可能低的程度?？傊撾娐芳辛斯采洹不M合電路和推挽電路的優(yōu)點，電路的工作頻率得到提高，帶寬目前做到1GHZ，對于14—22dB增益的模塊基本上采用一級推挽結(jié)構(gòu)，對于27—34dB的高增益放大模塊通常采用兩極推挽結(jié)構(gòu)組成，兩級推挽的放大電路完全類似，這樣級推挽的放大增益可達(dá)22dB，二級放大增益可達(dá)34dB以上。

2．功率倍增放大模塊的結(jié)構(gòu)及原理。

功率倍增放大模塊在光接收機中有大量應(yīng)用，主要用于光接收機的輸出級，提高整機的帶負(fù)載的能力。按增益的不同劃分，通常有三種功率倍增模塊：14dB、18dB、20dB。其中20dB增益功率倍增模塊較為常見。功率倍增模塊的設(shè)計基礎(chǔ)是用2個普通的IC放大級并聯(lián)。其輸入端有一個分路器，輸出端有一個合成器，理論上其各引入大約3dB的損耗，因而送到每個IC放大級的輸入信號比送到這個放大模塊的輸入信號低3dB，兩個并聯(lián)級各將信號放大，它們的輸出再合成起來，因為兩個信號是同相位的，是電壓相加，因此輸出信號電平比用一級的增益提高了6dB，但在合成器中降低了3dB。由于每一個IC級的輸入信號因分路器又降低了3dB，因此，所有這些的最終結(jié)果是倍功率增益放大器與其中任一個單獨的IC放大器的增益完全相同，然而每個IC實際工作在比額定輸出低3dB的電平上，失真就降低了6dB。低失真是功率倍增放大技術(shù)的優(yōu)點。但由于采用兩個IC放大級并聯(lián)，功率消耗就加倍了，同增益的功率倍增模塊的工作電流是推挽放大模塊的2倍，因而功率倍增模塊的散熱不容忽視，下圖是商用化的功率倍增模塊常采用的放大電路，供參考。

3．砷化鎵工藝與硅工藝的差別

砷化鎵工藝放大模塊是近幾年才發(fā)展起來的，用砷化鎵金屬場效應(yīng)管設(shè)計的模塊具有優(yōu)良的低噪聲特性，同時具有優(yōu)良的低失真特性，其不足之處是抗沖擊能力比較弱，靜電就能使之損壞，輸出能力有欠缺，主要是在高電平輸出時出現(xiàn)硬壓縮特性。為便于讀者理解Si工藝和GaAs工藝，下表從多項技術(shù)指標(biāo)加以比較：

關(guān)于兩種工藝放大模塊壓縮特性的比較：一個理想的信號經(jīng)過不同的放大器件，都會有或多或少、不同類型的失真現(xiàn)象。其壓縮波形變化如下圖所示：

Si工藝的放大有軟壓縮，GaAs.MESFET有硬壓縮，很顯然硬壓縮現(xiàn)象對信號本身的影響最明顯，即削頂現(xiàn)象，通過傅立葉變換可以看出，這樣的波形含有很多失真分量，嚴(yán)重時圖像會出現(xiàn)干擾條紋；而對于數(shù)字電視信號來講，誤碼率會提高，圖像會出現(xiàn)馬賽克，甚至數(shù)據(jù)幀丟失。硅的軟壓縮特性要比GaAs的硬壓縮特性好的多，尤其體現(xiàn)在動態(tài)幅度較大的數(shù)字信號傳輸中。

鑒于GaAs工藝放大具有優(yōu)良的低噪聲、低失真特性，而同時又有硬壓縮的特性，目前GaAs技術(shù)在放大模塊的應(yīng)用中，為了克服GaAs技術(shù)的弱點，發(fā)揮其放大優(yōu)勢，一般都采用GaAs+Si混合技術(shù)，并不采用單一的GaAs工藝構(gòu)建放大模塊。當(dāng)然在光接收組件中的前置放大器由于處于小信號放大狀態(tài)，可以采用純GaAs工藝放大。GaAs+Si混合技術(shù)通常是在模塊的輸入級和放大級采用GaAs工藝的管芯或貼片放大管，而在模塊的輸出級采用Si材料放大管，這種結(jié)構(gòu)的放大模塊具有實出的優(yōu)點：（1）在輸入級采用GaAs放大管可以降低噪聲的引入獲得理想的噪聲系數(shù)Nf。（2）在放大級采用GaAs放大管可以保證模塊的線性指標(biāo)和非線性指標(biāo)。（3）在輸出級采用Si材料放大管，可以保證模塊的輸出能力和抗沖擊能力，克服GaAs放大管負(fù)載能力比較低、比較脆弱的缺陷。（4）GaAs+Si混合技術(shù)可以有效的改善純GaAs技術(shù)的硬壓縮特性，使模塊的壓縮性能比較平緩，減少信號失真，特別對于數(shù)字信號的傳輸可以有效的降低誤碼率。實驗表明GaAsMESFET技術(shù)在46dBMV時，就會出現(xiàn)拐點，壓縮特性急劇變差，CTB、CSO指標(biāo)明顯下降，采用GaAs+Si混合技術(shù)可有效提高模塊的輸出電平。

二、光接收機的結(jié)構(gòu)及原理。

目前市場上的光接收機主要有兩個大的分類：光接收機、光工作站；而光接收機又分為兩種：一種是二端口光接收機，另一種是四端口光接收機。在HFC網(wǎng)絡(luò)光接點的設(shè)備中，二端口光接收機占有相當(dāng)大的比重。因而此處以兩端口光接收機為例介紹其功能及原理。針對于二端口光接收機是指有2個主輸出端口，可能還同時具有一個或二個測試端口。不同品牌的二端口光接收機，其內(nèi)部功能及工藝相差較大，但其基本功能結(jié)構(gòu)是一致的，常見的二端口光接收機的結(jié)構(gòu)如下圖所示：

從上圖可以看出兩端口光接收機主要由：光接收組件、光功率指示、前后級RF功率放大、頻響校正器、正反向增益調(diào)節(jié)與均衡調(diào)節(jié)器、回傳放大、回傳發(fā)射組件，輸出插件等組成，采用同種上述基本結(jié)構(gòu)的光接收機，其主要差別在整機的工藝水平、各功能組件的布局安排的差異，任何一臺二端口光接收機都能找到上述各功能組件。鑒于目前HFC網(wǎng)絡(luò)光點的覆蓋范圍越來越小，AGC控制已無用武之地，在市場上具有AGC功能的二端口光接收機已很少見。下面分別講述光接收機各功能組件的原理及功能。

1．光接收組件。前面已經(jīng)詳細(xì)講述了光接收組件的不同種類及特點。鑒于光接收組件已完全實現(xiàn)國產(chǎn)化，在光接收的應(yīng)用中也只有分離組件與集成一體組件的區(qū)別，下面為集成一體組件與分離組件的差異。

從上面的比較可以看出，集成一體化組件具有明顯的優(yōu)勢，是有線電視技術(shù)發(fā)展的趨勢，除了一般性指標(biāo)外，集成一體化組件兼有溫度控制功能。單從這一功能來說，在分立組件中由于PIN管距離前置放大相對較遠(yuǎn)，其受前置放大溫度的影響相對較輕，溫度對PIN管的影響的矛盾并不十分突出。如果集成一體組件中沒有溫控電路，由于PIN管與前置放大緊密結(jié)合，雖然有模塊的底座散熱條散熱，PIN管的溫升仍然比較明顯，尤其是組件中配置大電流、高增益的前置放大，溫升就越大，目前絕大部分國產(chǎn)組件都沒有溫控電路，而且有些生產(chǎn)廠家為了尋找賣點，采用大增益的前置放大器，導(dǎo)致組件的工作電流較大，從而使組件的溫升變大，影響PIN管的性能。進(jìn)口的組件目前已有大部分產(chǎn)品采用溫控功能電路，保證組件的溫升對PIN管的影響最小。帶溫度補償電路的光接收模塊具有明顯的優(yōu)點：組件性能隨溫度變化小，噪聲系數(shù)指標(biāo)得到較好的改善，相對于指標(biāo)的優(yōu)化，成本就非常低。為了說明問題，下面對組件有無溫控的性能作一對比：

目前在光接收機中都采用具有溫度補償功能的集成組件，以提高整機的環(huán)境適應(yīng)性。

2、光功率指示

光功率指示是光接收機的附屬功能電路，雖然有無該電路并不影響光接收機的性能指標(biāo)，但光功率指示卻有助于光接收機的使用者方便的操作與故障判斷。顯示準(zhǔn)確的光功率指示功能電路起到了光功率計的作用，對于系統(tǒng)維護(hù)具有重要的意義，尤其是對于沒有光功率計的用戶，有光功率指示意義非同一般。目前光功率指示電路有三種不同的檔次：（1）用一只發(fā)光二極管指示光功率的有無。其顯示原理是：光功率指示單元功能電路（一般為集成運放構(gòu)成的比較器）自動跟蹤檢測光探測器的工作電流，并將它轉(zhuǎn)換成電壓，該電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，一旦檢測電壓高于基準(zhǔn)電壓，就說明有光功率指示，即驅(qū)動發(fā)光二極管點亮，指示有光功率?；鶞?zhǔn)電壓的設(shè)置各廠家并不一致，有的設(shè)置為-5dB，也有的可能設(shè)置的更低。針對于-5dB的情況作一說明，由于輸入光功率大，PIN管的工作電流變大，將電流的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化，如果光接收機的輸入光功率在-5dB時對應(yīng)的檢測電壓為0.5V，則基準(zhǔn)電壓就設(shè)置為略低于0.5V的值（如設(shè)置為0.48V，設(shè)置值低是考慮比較器的精度），一旦檢測電壓大于基準(zhǔn)電壓0.48V，比較器就驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)光，表明有光功率輸入，如果輸入光功率太低（小于-5Db），指示電路將指示無光功率輸入。這種光功率指示比較粗糙，如果設(shè)置基準(zhǔn)光功率為-5dB，只要輸入光功率大于-5dB，指示發(fā)光二極管就一直點亮，無法判斷光功率的真實值，后期維護(hù)中光功率是否變化浮動也無從知道。在低檔光接收機中都采用這一種光功率指示。

（2）用多只發(fā)光二極管粗略的指示光功率的變化。其顯示原理是，采用多只比較器跟蹤檢測電路檢測到的工作電壓，驅(qū)動各檔的發(fā)光二極管點亮，以指示光功率的變化，這種功率指示采用的發(fā)光二極管越多，指示精度相對就越高。有的產(chǎn)品采用4只發(fā)光二極管分別指示-5dB、-2dB、0dB、2dB，也有的產(chǎn)品用8只發(fā)光二極管，分別對應(yīng)指示光功率的值為-5dB、-4dB、-3dB、-2dB、-1dB、0dB、+1dB、+2dB，即便是采用多只發(fā)光二極管指示光功率也有兩種檔次。種指示是采用簡單的比較器構(gòu)成指示電路，如指示-5dB、-2dB、0dB、2dB，當(dāng)光功率大于-5dBm、小于-2dBm時，只有-5dBm指示亮，如果光功率大于-2dBm，則-5、-2指示二極管全點亮，如果此時光功率在0dBm左右，則-5、-2、0三只發(fā)光管全點亮。第二種指示是采用相對復(fù)雜的窗口比較器，設(shè)定一定的電壓范圍作為比較的指示范圍，針對于8只發(fā)光二極管的指示，其設(shè)定依據(jù)通常是：在光功率值在-4.5—5.5范圍時，-5指示二極管點亮，表示此時的光功率在-5dBm左右，在光功率值在-3.5—-2.5范圍時，-2指示二極管點亮，表示此時的光功率在-2dBm左右，依次類推；實際使用時，在任意時刻只有一只發(fā)光二極點亮，粗略的指示光功率的范圍。而前一種指示通常是多只二極管點亮。給人的感覺好像是顯示不準(zhǔn)確。其實這兩種顯示雖然原理差不多，但應(yīng)用于光接收機整機，效果卻大不一樣。

（3）用數(shù)碼管或液晶顯示屏精確顯示光功率。該種顯示的原理是：檢測單元電路檢測到PIN管的準(zhǔn)確工作電流值并把其轉(zhuǎn)換成電壓，此電壓經(jīng)過模、數(shù)轉(zhuǎn)換集成電路，變成可供數(shù)碼管或液晶屏顯示的數(shù)字量（a、b……g七個分量），然后進(jìn)入驅(qū)動電路到達(dá)數(shù)碼管或液晶屏精確顯示即時的光功率值，該種顯示精度相當(dāng)高，一般顯示精度在0.01，顯示單位因廠家產(chǎn)品不同而不同，有的以MW為單位，有的以dBm為單位。該種功率顯示電路相對于前面用發(fā)光二極管指示的兩種電路，既有技術(shù)含量又有方便實用性。該種顯示電路的成本相對較高，一般都應(yīng)用于光接收機中，有些廠家為了吸引用戶眼球，在中低檔光接收機中也有應(yīng)用。如果光接收機中采用這種功率指示電路，無論對施工調(diào)試還是后期的系統(tǒng)維護(hù)都有幫助，相當(dāng)于預(yù)置了一臺光功率計在光接收機中。從實用性的角度出發(fā)，用戶在選擇光接收機時，也應(yīng)對光功率指示有所注重，尤其是對那些無光功率計的用戶，數(shù)碼管指示光功率確有重要意義。

3．光接收機的功率放大

在光接收機中，功率放大都采用集成一體化模塊，依據(jù)信號的放大流程，前面一級放大通常都采用低噪聲、推挽放大模塊，后面一級都采用功率倍增模塊。在光接收機中，放大模塊的質(zhì)量好壞對光接收機的影響較大，放大模塊的選擇也決定了光接收機的檔次與價位，光接收機的輸出電平的設(shè)定是由放大模塊的增益決定的。由于后級功率倍增模塊的增益可選的范圍比較小，一般增益為18dB或20dB。因而光接收機的RF增益主要由前級推挽放大模塊決定，其模塊增益從18dB到30dB不等。在光接收機模塊的選擇上有多種方式：可采用硅放大模塊、GaAs放大模塊、進(jìn)口模塊、國產(chǎn)模塊等諸多配置。當(dāng)光接收機在低電平輸出時，放大模塊的指標(biāo)對光接收機的整機指標(biāo)影響不大，如果光接收機實現(xiàn)高電平輸出則放大模塊的影響將是主要因素。前面已對各種不同種類的放大模塊作了介紹。在選用光接收機時一定對模塊的種類與檔次有所選擇，才能買到即符合系統(tǒng)需要又貨真價實的產(chǎn)品。

4．光接收機的增益調(diào)節(jié)。光接收機的增益調(diào)節(jié)都是通過衰減器來實現(xiàn)，在實用化的產(chǎn)品中有兩種形式的衰減器：固定衰減器、可調(diào)衰減器都有應(yīng)用，還有的產(chǎn)品采用電調(diào)衰減器。（1）固定衰減器，固定衰減器是采用不同的固定電阻，通過一定的電路形式實現(xiàn)衰減值的變化，按具體電路的不同有T型衰減器、π型衰減器、H型衰減器等多種實用產(chǎn)品。最常用的是T型和π型兩種。固定衰減器發(fā)展到現(xiàn)在，雖然電路形式?jīng)]有改變，但從工藝外型上已有了質(zhì)的飛躍，單從外型上看，不看標(biāo)志你一定把它當(dāng)成工藝品而非衰減器，在光接收機中，凡是增益調(diào)節(jié)采用固定衰減器的，都在衰減器的外型與顏色搭配上下了不少功夫，從整機的效果看起來，令人賞心悅目，任何一款衰減器都以美觀大方為主體，但是固定衰減器的接觸穩(wěn)定性也應(yīng)引起注意，對于光接收機的增益調(diào)節(jié)來說，功能的實現(xiàn)是主體、接插穩(wěn)定性不好，再好看的衰減器也是無用的。（2）可調(diào)衰減器?？烧{(diào)式衰減器是用可調(diào)電阻代替固定電阻，在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)，其良好的隨意可調(diào)節(jié)性使之應(yīng)用前景一片光明。早期的可調(diào)式衰減器從質(zhì)量上、工藝上比較差，很難做到無級調(diào)節(jié)，而且調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性也不高，衰減值經(jīng)常因接觸不良而自動變化，曾幾何時，為了解決這個矛盾，大量采用固定衰減器。近幾年來無級可調(diào)式固定衰減器的質(zhì)量和工藝水平有了大幅度的提高，為了增加調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性，不僅有0—20dB變化的大范圍可調(diào)衰減器，也有更精細(xì)穩(wěn)定的0—10dB的小范圍調(diào)節(jié)衰減器，與固定衰減器的多種多樣的亮麗外型不同，可調(diào)衰減器從一開始面市到今天，大約幾十年的時間，其外型與色彩一直沒有變化，改進(jìn)的只是指標(biāo)質(zhì)量，雖然可調(diào)衰減有調(diào)節(jié)方便，接觸可靠的優(yōu)點，但在中光接收機中很少見它的影子，主要原因是它沒有固定衰減器的“點睛”作用。從應(yīng)用的角度來看，還是采用可調(diào)衰減器，畢竟用戶買光接收機是為了使用，而不是當(dāng)花瓶欣賞，這種現(xiàn)狀也對可調(diào)衰減器生產(chǎn)廠家敲響了警鐘，不能光提高內(nèi)在質(zhì)量，表面文章還是要做的。（3）電調(diào)衰減器。電調(diào)衰減器是通過改變控制電壓來控制PIN管阻值的變化，實現(xiàn)衰減量的變化。電調(diào)衰減器一般都采用橋T型網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。每個廠家的電調(diào)衰減器網(wǎng)絡(luò)并不完全一致，各有特色，但基本功能的實現(xiàn)都是利用變阻二極管的變阻特性以及無源網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成各種組態(tài)電路。由于電調(diào)衰減器需要一穩(wěn)定的電壓，以實現(xiàn)調(diào)節(jié)的相對穩(wěn)定性，因此采用電調(diào)衰減器的光接收機都采用高精度穩(wěn)壓的開關(guān)電源，如果是采用模擬電源，當(dāng)出現(xiàn)電壓波動時，會引起光接收機輸出增益的波動，甚至失控。鑒于電衰減器高要求及潛在弱點，所以在普通光接收機中并不多見，有些光接收機為了增加整機賣點，通常采用電調(diào)衰減器。

5．光接收機的均衡調(diào)節(jié)。不像放大器非有均衡調(diào)節(jié)不可，光接收機可以不加均衡器，由于光接收組件解調(diào)出來的電信號在整個工作頻段內(nèi)是平坦的，沒有斜率，因而也無須調(diào)節(jié)均衡。設(shè)有均衡調(diào)節(jié)只有一個作用，那就是可以實現(xiàn)光接收機的半傾斜高電平輸出，提高光接收機的帶負(fù)載能力。如果光接收機平坦輸出，均衡器就沒有用處。鑒于幾乎所有的光接收機都加有均衡調(diào)節(jié)，此處也講一下均衡器。均衡器是有線電視系統(tǒng)一個必不可少的常用器件，它是由電感、電容和電阻構(gòu)成一個橋T型四端、高通網(wǎng)絡(luò)，通過調(diào)整電抗元件可以改變幅頻特性的傾斜度，即對低頻信號衰減大、高頻信號衰減依次減小，正好和電纜的衰減特性相反。均衡器按工作頻率（即截止頻率）可分為550M均衡，750M均衡等多種，按均衡量調(diào)節(jié)方式分，其又可分為固定衰減器與可調(diào)衰減器。在光接收機應(yīng)用中主要有兩種最常用，即固定均衡器、可調(diào)均衡器，電調(diào)均衡器很少見。（1）固定式均衡器。固定均衡器是由電感、電容和電阻等無源器件組成。固定式均衡器通常是一個橋T型無源四端網(wǎng)絡(luò)，其克服了可變均衡器橋T型衰減網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性，得到了廣泛的應(yīng)用。其主要優(yōu)點是電路簡單、成本低廉、均衡量固定，靠換用不同均衡量的均衡器實現(xiàn)均衡調(diào)節(jié)。

（2）可調(diào)均衡器?？烧{(diào)均衡器是在固定均衡器的基礎(chǔ)上，用可調(diào)衰減網(wǎng)絡(luò)代替固定衰減網(wǎng)絡(luò)，并增加阻抗匹配元件而成?？烧{(diào)均衡器可以實現(xiàn)連續(xù)均衡量的調(diào)整，使用非常方便，在光接收機中，固定均衡器，可調(diào)均衡器都有應(yīng)用。固定均衡器靠換用不同的均衡量的均衡器實現(xiàn)均衡調(diào)整，為了實現(xiàn)整機的模組化設(shè)計，均衡器在光接收機中基本上都采用插件形式，外封裝一漂亮外殼，即使是可調(diào)均衡也單獨做成一個封裝插件使用。鑒于均衡器在光接收機中不是為了實現(xiàn)靈活連續(xù)可調(diào)，以采用固定均衡器的產(chǎn)品占主流，所配的均衡檔位也很少，一般化3DB、5DB、8DB三種。

6．光接收機的頻響校正。頻響校正單元電路是光接收機的必備電路，由于光接收機中接收組件的阻抗匹配以及光探測器的平坦度差強人意，導(dǎo)致RF輸出在工作帶寬內(nèi)平坦度不是很好，為了校正光接收機在整個工作帶寬內(nèi)的幅頻特性，每種光接收機都設(shè)有或簡單或復(fù)雜的頻響校正器。頻響校正器將光接收機整個通帶分成3—6個點、段進(jìn)行補償，使得光接收機的整個通帶特性趨于平坦，此電路的調(diào)整必須配有專門的標(biāo)準(zhǔn)光源及測試儀器才能完成，用戶在使用中切不可調(diào)節(jié)頻響校正器的可調(diào)無件，盲目的調(diào)節(jié)會導(dǎo)致光接收機的平坦度惡化。

7．光接收機的雙向濾波器。目前市場上的光接收機基本上都是雙向光接收機，鑒于目前我國的現(xiàn)狀，雙向網(wǎng)沒有普及，雙向光接收機的設(shè)計也是有名無實，雙向濾波器都采用短路板代替，實現(xiàn)下行信號的直通、回傳通道預(yù)留功能，雖然雙向光接收機的雙向功能目前不可用，但雙向濾波器作為光接收機中的一個重要組件，也應(yīng)有所了解。雙向濾波器的指標(biāo)對光接收機的影響較大，其不僅要有良好的平坦度、反射損耗指標(biāo)，還要有極小的插損，不同廠家的產(chǎn)品，雙向濾波器的插損有較大差異，如果插損過大，將浪費光接收機的增益。

8．光接收機的回傳組件。雙向光接收機的回傳組件一般包括回傳功能放大，回傳增益均衡調(diào)節(jié)及回傳光發(fā)射模塊等組成，鑒于商用化的產(chǎn)品中絕大多數(shù)是雙向預(yù)留，回傳放大及均衡、增益均留有插件接口，當(dāng)然回傳光發(fā)射更是光有幾個功能插孔在那里，既然是雙向光接收機，雖然是回傳預(yù)留，雙向通道應(yīng)該能正常工作才對，實際上有許多產(chǎn)品并沒有對回傳通道進(jìn)行調(diào)試，只是預(yù)留位置而已，一旦真正實現(xiàn)雙向回傳功能，很多產(chǎn)品將無法升級改造，鑒于此，采購回傳預(yù)留的雙向光接收機，一定注意對回傳功能提出要求，做到所采購的產(chǎn)品是真正的回傳預(yù)留?；貍鞴獍l(fā)射組件因回傳功率的差異及回傳數(shù)據(jù)或圖像的不同，采用不同檔次的回傳激光器，目前可選的回傳激光器主要有FP激光器、DFB激光器兩種，F(xiàn)P激光器通常無致冷功能，輸出功率很??；DFB激光器在小4MW時也無致冷功能，而大于4MW時，因工作電流比較大，都有溫控電路。為了保證回傳光功率的穩(wěn)定，回傳光發(fā)射組件都對激光器設(shè)有自動功率控制電路。講一個回傳功能放大，有的光接收機預(yù)留有放大模塊插口，在回傳功能升級時采用放大模塊進(jìn)行功率放大，而有的產(chǎn)品只留有幾個插孔，如果需要回傳升級，回傳組件將集成功率放大、增益均衡調(diào)節(jié)、光發(fā)射等功能單元，鑒于GaAs器件對數(shù)字信號的影響，回傳功率放大采用何種器件將是一個難題，尤其是散熱，因而采用這種形式的雙向光接收機回傳組件的質(zhì)量可靠性是一個大問題。

9．光接收機的電源網(wǎng)絡(luò)模塊。電源作為光接收機的能量供應(yīng)部分，在整個光接收機電路中起著舉足輕重的作用。好的電源能夠使光接收機的功能發(fā)揮的更出色，光接收機采用的電源主要有兩種，一種是模擬電源，另一種是開關(guān)電源。（1）模擬電源。模擬電源主要由變壓器、整流、濾波、穩(wěn)壓等單元電路組成，模擬電源的穩(wěn)壓部分主要用78系列三端穩(wěn)壓集成電路構(gòu)成，由于在光接收機中采用功率倍增模塊放大，整機的工作電流比較大，加上變壓器的功率轉(zhuǎn)換效率比較低，在炎熱的夏季，將使光接收機的溫升比較嚴(yán)重，如果光接收組件沒有溫控功能，將使光接收機指標(biāo)劣化。鑒于模擬電源成本比較低，中低檔的光接收機基本上都采用模擬電源。

（2）開關(guān)電源。開關(guān)電源采用功率半導(dǎo)體作為開關(guān)元件，通過周期性的通斷開關(guān)，控制開關(guān)元件的占空比來調(diào)整輸出電壓，其基本功能電路包括輸入電路、功率變換電路、輸出電路和控制電路四部分組成。開關(guān)電源具有效率高、穩(wěn)壓特性好等諸多優(yōu)點，由于轉(zhuǎn)換效率高，其發(fā)熱量較小，特別適合光接收機使用。開關(guān)電源技術(shù)是成熟的，但各廠家生產(chǎn)的開關(guān)電源并不十分穩(wěn)定，究其原因，選材是根本；為降低成本，在選材上沒有做到，留有足夠的余量，導(dǎo)致開關(guān)電源屢屢損壞，給用戶帶來麻煩。模擬電源雖然發(fā)熱量大，但穩(wěn)定性較好，這也是許多光接收機采用模擬電源的原因。在電源網(wǎng)絡(luò)中，過壓、過流保護(hù)是光接收機的關(guān)鍵功能電路，在光接收機的各個輸出端口一般都加有氣體放電管作為過壓保護(hù)器件，同時在電源輸入端口還設(shè)有壓敏電阻作為輔助過壓保護(hù)。在電源內(nèi)部，通常都加有熱敏電阻與自復(fù)保險絲（或熔斷型保險絲）作為過流保護(hù)器件。如果是采用開關(guān)電源，其控制電路還有過流保護(hù)功能電路，即使如此，野外型光接收機的過壓保護(hù)還是不容忽視，有條件的用戶給光接收機加上雷電保護(hù)器，增加光接收機的抗雷擊能力。

四端口光接收機是指光接收機具有四個獨立的輸出端口，每個端口的指標(biāo)及帶戶能力都是一致的。近年來HFC網(wǎng)絡(luò)的普及及原有光網(wǎng)絡(luò)的改造，導(dǎo)致光接點覆蓋范圍越來越小，每個光接點都通過光接收機直接帶戶，盡量少用或不用放大器，為了提高光接收機的負(fù)載能力，大量的采用四端口光接收機。目前在CATV網(wǎng)絡(luò)中，四端口光接收機占有相當(dāng)大的比重。四端口光接收機的常見結(jié)構(gòu)如下圖所示：

光接收組件實現(xiàn)光信號的光電轉(zhuǎn)換及低噪聲前置放大，由于四端口光接收機中功能單元較多，為了節(jié)省空間，光接收組件一般都采用集成一體化組件，采用分離組件的少之又少。前級放大實現(xiàn)對信號的低噪聲放大并補償后面分配器的分配損耗。由于四端口光接收機一般都是高電平輸出，加之后級功率倍增放大模塊的功率增益都不是很高，因而前級放大的增益相對較高，一般在22－27dBuv之間，除了對該模塊有低噪聲要求外，對非線性指標(biāo)也有較高要求，其非線性指標(biāo)對整機的非線性貢獻(xiàn)是比較大的。后級的功率放大模塊基本上都采用功率倍增放大模塊，根據(jù)輸出電平的初始設(shè)計，可供選擇的模塊增益一般在20～25dBuv，在機型中前后級放大都采用GaAs工藝的模塊，以適應(yīng)高電平輸出時對非線性指標(biāo)的要求。光功率指示電路一般都采用多只發(fā)光二極管指示光功率，也有的產(chǎn)品采用數(shù)碼管指示，鑒于整機空間的要求，光功率指示單元電路占用PCB空間越小越好。前級放大的輸出通過一個二分配寬帶線圈分成兩路，分別放大。對于均衡及增益的設(shè)置，各機型并不完全一致，頻響校正單元的位置也不相同，相對于整機的使用及調(diào)試的靈活性，其位置以上面所處的位置為佳。如果功能電路放在二分配器的前面，雖然會略省整機成本，但無法實現(xiàn)實際系統(tǒng)現(xiàn)場的靈活運用，尤其是頻響校正，如果設(shè)在二分配器的前面，將無法兼顧四個端口的平坦度調(diào)整，如上圖，每兩端口加一個頻響校正器可有效的提高其效能。關(guān)于回傳單元的功能應(yīng)該以完備、高性能為準(zhǔn)則，因為四端口光接收機代表了HFC網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)發(fā)展方向，通過改造變成雙向網(wǎng)最有現(xiàn)實意義。因而四端口光接收機的應(yīng)用應(yīng)注重回傳單元的實用性，輸出插件是實現(xiàn)各端口靈活調(diào)整的重要部件，通常分配插件、分支插件齊備，在實際應(yīng)用中往往以分配輸出為主。

市場上的光接收機品種繁多，每個廠家的產(chǎn)品都各有特色，但其基本結(jié)構(gòu)是一致的，不同的只是各功能電路的布局及生產(chǎn)工藝，還有元器件的點綴效果?？偟恼f來，在質(zhì)量合格的情況下，光接收機的美觀只是表面文章的不同。掌握了光接收機的各功能電路的原理，對任何一款光接收機將不再陌生，相信操作與維護(hù)也沒有問題。

靈敏度

在保證達(dá)到所要求的誤比特率的條件下，接收機所需要的最小輸入光功率。

一個性能優(yōu)良的光接收機應(yīng)該以盡量小的最小接收功率保證給定的信噪比，也就是盡可能高的接收靈敏度。所有的誤差源都有可能限制靈敏度的提高，其中最主要的因素是噪聲，有時也要考慮碼間串?dāng)_的影響。碼間串?dāng)_指的是：光纖色散和光接收機的有限帶寬都會引起脈沖展寬，造成碼間串?dāng)_。從而降低接收機的靈敏度。

維護(hù)

隨著系統(tǒng)的改造升級，大部分縣市建立了HFC網(wǎng)（光纖同軸電纜混合網(wǎng)），而且有許多地方已實現(xiàn)縣鄉(xiāng)村光纖聯(lián)網(wǎng)，因而光接收機得到了大量使用。下面根據(jù)我縣HFC網(wǎng)光接收機使用的維護(hù)情況作一介紹。

1光接收機

光接收機有室內(nèi)型和野外型，如按供電方式又可分為220V供電和60V供電。光接收機主要由兩部分組成：即光電轉(zhuǎn)換部分和電信號模擬放大部分。電信號放大部分與普通的干線放大器相似，也有均衡調(diào)節(jié)和增益調(diào)節(jié)。但均衡調(diào)節(jié)是固定均衡，一般不宜再調(diào)。功能比較多的光接收機有些還含有網(wǎng)管功能和回傳功能。

2光接收機的維修

光接收機的光電轉(zhuǎn)換部分，一般很少壞。在我縣二年多的使用中，還沒有發(fā)現(xiàn)一臺光接收機屬這部分故障。如果光電轉(zhuǎn)換部分壞了，也只有寄回廠家維修。電信號放大部分和電源故障較多，下面，以我縣使用的飛通PTR2001型光接收機為例作介紹。

（1）用戶反映，百斤稅片區(qū)無信號，估計是該片光接收機故障。均查光接收機無輸出。打開光接收機，兩個指示燈都不亮，說明供電故障。拆下電源板，檢查發(fā)現(xiàn)該電源板開關(guān)管短路，換一新的開關(guān)管，把電源板重新裝上光機，用場強儀測光接收機輸出正常。該接收機電源板為開關(guān)電源，兩路輸出，一路15V供光電變換部分工作，另一路24V供電信號放大部分工作。檢修時，應(yīng)注意檢測。

（2）中心橋用戶反映，大片無信號，懷疑該點光接收機故障。打開光接收機，兩個指示燈亮，說明光機在工作，用場強儀測光接收機主輸出只有30dB。估計放大部分模塊壞，拆下BGY788，換上一片新的，用場強儀再測，輸出達(dá)100dB，詢問用戶，收視恢復(fù)正常。

（3）騰里片區(qū)用戶收視有較多雨花，信號弱，董光接收機主輸出只有83dB。打開光接收機，擰開光纖APC頭，用藥用棉花蘸無水酒精清洗，擰緊裝上，再測輸出正常。

（4）一中片區(qū)許多用戶反映收視信號弱，且高端的電影臺等更加模糊不清。首先查該區(qū)光接收機，經(jīng)測試，光接收機低頻道輸出90dB，而U段23頻道只有79dB。打開光接收機，發(fā)現(xiàn)里面有許多積水，拆下光接收機，用電吹風(fēng)吹干，重新裝上光接收機，再測輸出正常。

3使用光接收機的注意事顧

（1）光纖APC頭有光輸出，檢修時，應(yīng)避免光輸出頭對準(zhǔn)人的眼睛，防止光對人眼的傷害。

（2）光連接頭應(yīng)避免灰塵，連接之前應(yīng)用無水酒精清洗。

（3）電壓波動較大的地方，應(yīng)加裝交流穩(wěn)壓器。

（4）輸出端沒有全部使用時，沒使用端應(yīng)加裝75Ω假負(fù)載。

（5）野外型光接收機外殼一定要鎖緊，防止水浸入。

（6）裝光接收機的地方要有防雷設(shè)施，外殼要接地良好。