寬動(dòng)態(tài)范圍突發(fā)模式可兼容的光接收機(jī).doc

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1、大動(dòng)態(tài)范圍突發(fā)模式可兼容的光接收機(jī)摘要：這篇論文描述了光數(shù)據(jù)通信突發(fā)模式接收機(jī)的性能和特征，在前置放大器中使用了一差分傳輸阻抗放大器和自動(dòng)閾值控制電路。前置放大器的差分輸出是dc耦合到判決電路來實(shí)現(xiàn)突發(fā)模式的兼容性。接收機(jī)組裝在一個(gè)雙面壓縮內(nèi)嵌封裝中同時(shí)有一個(gè)光連接器。在200MB/s時(shí)偽隨機(jī)碼和突發(fā)模式信號(hào)的典型的敏感度分別為－31.5和－29.5dbm/AV，動(dòng)態(tài)范圍為27.5和25.5db。工作比特率范圍從dc到500Mb/s，差分輸出為發(fā)射極耦合邏輯(ECL)。1．簡介內(nèi)置電腦通信的典型特征是在無數(shù)據(jù)存在的死區(qū)傳輸短的突發(fā)數(shù)據(jù)（長串0和1）。非常適合突發(fā)模式工作的高速dc耦合接

2、收機(jī)很難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橐谥挥袔缀练氐妮斎霐?shù)據(jù)脈沖中心建立一邏輯閾值。傳統(tǒng)的的ac耦合光纖接收機(jī)如圖1（a）傾向于連續(xù)數(shù)據(jù)的接收，除非數(shù)據(jù)的編碼實(shí)現(xiàn)了人為數(shù)據(jù)的變換，鞏固了dc基線，否則是不能用在這樣的應(yīng)用中的。這是因?yàn)榭刂茣r(shí)間與極間耦合電容有關(guān)。一個(gè)顯然的解決方法是移去耦合電容來創(chuàng)建一個(gè)耦合接收機(jī)如圖1（b），但這是不能解決問題的，因?yàn)槿我廨斎雂c偏置電壓是有弱數(shù)據(jù)信號(hào)放大的，從而使放大器飽和。一個(gè)較好的解決方法是按照輸入信號(hào)波動(dòng)的兩個(gè)極端的的中心水平來放大數(shù)據(jù)。但是實(shí)際上先于突發(fā)到達(dá)的輸入信號(hào)的波動(dòng)是不可知的，其變化的參數(shù)為100或更大，這就使得問題變得復(fù)雜。因此，參考必須建立在飛行

3、中，例如在數(shù)據(jù)突發(fā)開始的時(shí)刻。圖1.(a)傳統(tǒng)ac耦合接收機(jī)。(b)單端dc耦合接收機(jī)，移去耦合實(shí)現(xiàn)dc耦合傳統(tǒng)的接收機(jī)，光檢測器發(fā)送一與光電探測器接收的輸入光功率成比例的輸出電流。通過前置放大器的傳輸阻抗電流轉(zhuǎn)換成電壓，并且發(fā)送到一個(gè)判決電路的輸入。這個(gè)判決電路有可能是一個(gè)高增益的放大器或一個(gè)時(shí)鐘再生的鎖存器。它的目的是存儲(chǔ)一幅度不確定的模擬信號(hào)。判決電路參考一中間電壓Vref,在理想的情況下，前置放大器應(yīng)該在Vref上下對稱的波動(dòng)，這決定于存在或不存在的光輸出。當(dāng)光輸出信號(hào)非常小時(shí)，對應(yīng)的前置放大器的輸出電壓信號(hào)波動(dòng)也很小，判決電路不可能檢測到邏輯變換。而且，即使已選擇了Vref，

4、邏輯變換時(shí)可測的，如果Vref不在脈沖的中心將會(huì)引起脈寬失真(PWD)。如果輸入脈沖幅度變化，Vref的位置必須變化來使PWD最小化。先前的技術(shù)闡述這個(gè)問題時(shí)要求在開始一個(gè)突發(fā)時(shí)數(shù)據(jù)的前量字節(jié)為上十或百的比特來建立參考或忍受動(dòng)態(tài)范圍和敏感度的限制。這篇論文中提議的是一個(gè)自適應(yīng)的電路技術(shù)測量輸入數(shù)據(jù)包的幅度和在突發(fā)開始字節(jié)階段建立合適的參考基準(zhǔn)。Ⅱ.電路概念為了與dc耦合接收機(jī)有關(guān)的難題如圖1(b)所示，提出了一種新類型的dc耦合接收機(jī)。圖2顯示了接收機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。A1是差分傳輸阻抗放大器，傳輸阻抗為Zr。峰值檢測器由可操作放大器，緩沖器和一個(gè)電容組成并且在A1輸入和輸出之間形成了一個(gè)負(fù)反

5、饋。A2是一個(gè)后向差分放大器，當(dāng)一個(gè)信號(hào)電流Ii應(yīng)用到A1的輸入，峰值檢測器創(chuàng)建一個(gè)參考的偏置Vref，精確的為輸出信號(hào)的一半即，是有效的傳輸阻抗，是峰值信號(hào)到A1的電流。因此，前向放大器的輸出和圍繞著Vref對稱的波動(dòng)，如圖3(a)，在圖中只簡單顯示了的行為特性。圖2突發(fā)模式可兼容的dc耦合接收機(jī)的結(jié)構(gòu)在連續(xù)工作的范圍內(nèi)，Vref只依賴峰值輸入。但是，在突發(fā)工作中，偶爾會(huì)出現(xiàn)沒有數(shù)據(jù)存在的情況。在這種情況下，參考的偏置不允許為0，因?yàn)殡S機(jī)噪聲的波動(dòng)會(huì)觸發(fā)判決電路，引起差錯(cuò)。為了避免與噪聲有關(guān)的差錯(cuò)，使用偏置調(diào)節(jié)電路1和2如圖3(b)建立最小的dc偏置，Voffset和Vnoise是d

6、c偏置和的均方根噪聲。當(dāng)偏置增加時(shí)，則能容忍更大的與噪聲有關(guān)的差錯(cuò)，但是降低了接收機(jī)的敏感度和增加的脈寬的失真。因此偏置的調(diào)整可以使之優(yōu)化。附加的要求施加在前向放大器：當(dāng)峰值監(jiān)測器與單個(gè)的脈沖相比較時(shí)必須在某個(gè)時(shí)間進(jìn)行充電，這樣“冷”系統(tǒng)可以在突發(fā)數(shù)據(jù)的第二個(gè)比特時(shí)達(dá)到“熱”系統(tǒng)的狀態(tài)。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋忍芈蔬_(dá)到500Mb/s（NRZ）時(shí)，可以允許2ns來獲得脈沖幅度信息。在[3]中有關(guān)于前向放大器電路的詳細(xì)描述。圖3關(guān)于前節(jié)輸出（簡單的考慮了單個(gè)輸出信號(hào)）。(a)沒有Voffset(b)有Voffset圖4描述了Voffset依賴于輸出信號(hào)。(a)Voffset太小的情況。(b)Voff

7、set太大的情況。Ⅲ.實(shí)驗(yàn)A.接收機(jī)的封裝結(jié)構(gòu)圖5顯示了封裝的內(nèi)部（不包括光組件）和完成的封裝。封裝是壓縮雙面內(nèi)嵌封裝體，包括二十個(gè)管腳和光連接器。封裝的體積是1.5cm(W)*3.5cm(L)*0.7cm(H)。接收機(jī)的OSA包括一個(gè)InGaAs/InPp-I-n光二極管和光連接器（ST連接器）。前節(jié)IC和判決電路IC是分開的。接收機(jī)要求電源的供應(yīng)為－5V+/-0.5V和－2V。接收機(jī)總的電源的耗散大約為0.5W。差分輸出D和為ECL－100