摘要：光发射机功能是将AV信号接收、调制后，把电信号变换成光信号，经光纤发射出去。在光纤通信系统的原理下，对光发射机的主要组成部分电源、调频电路及锁相器在原理和实现电路上进行设计,使信号源发出的信号经过光发射机后信号失真小、信噪比高，满足信号传输高质量的要求，实现低成本高质量的AV传输解决方案。
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　　关键词：光发射机;变容二极管;调频;锁相环
　　中图分类号：TN9291文献标识码：B
　　文章编号：1004373X(2008)0106803
　　
　　DesignonOpticalTransmitterinOpticalFiberCommunicationSystem
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　　WANGJiejun
　　(ElectronicEngineeringCollege,GuilinUniversityofElectronicTechnology,Guilin,541004,China)
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　　Abstract：TheofopticaltransmitteristotranslatetheelectricsignalsintoopticalonesaftertheAVsignalsbeingreceivedandmodulatedandtransmitthemthroughtheopticalsource.Onthetheoryofopticalfibercommunicationsystem,themainpartsofopticaltransmitterwhicharepowersupply,frequencymodulationcircuitandphase-lockedlooparedesignedintheoryandrealizationcircuit.Afterpassingthroughtheopticaltransmitter,thesignalwhichcomefromsignalsourcecouldfulfilltherequirementsofhighqualityofsignaltransmissionwithasmallerdistortionandahigherSignal-to-Noiseinthenewdesign，Thisdesignschemeisalow-costandgood-qualityonetoAVtransmission.
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　　Keywords：opticaltransmitter；variablecapacitancediode；frequencymodulation；phase-lockedloop
　　
　　随着信息技术的发展，与人们的生活密切相关的数据、图像及声音等信号都需要进行传输。早期采用电缆来传输信号，但存在衰耗大等原因，难以保证传输效果，为提高传输质量，现在均采用光纤通信。所谓光纤通信，就是利用光波来载送信息，并实现通信的方法^[1],由于其容量大、传输距离远、越来越受到广大用户的青睐。
　　
　　1光纤数字通信系统的原理
　　
　　光纤通信系统的原理框图如图1所示,主要由光发射机和光接收机(通称光端机)、光缆线路、光路无源器件等部分组成。其基本的通信过程为：信息源发出的原始信号先经电发射机的放大、滤波处理，将处理后的电信号输入到光发射机，在光发射机端再对信号进行调制，然后将调制好的电信号转换成光信号，通过光缆进行长距离传输，在接收端将光信号还原成电信号，再把电信号进行解调放大，还原出原始图像、语音或数据信号^[2]。
　　由图1知，光纤通信系统由信号发射和信号接收两部分组成。论文接下来将着重讨论光纤通信系统中光发射机的相关设计。
　　
　　2光发射机的设计
　　
　　光发射机作为光纤通信系统中信号发射部分的最主要组成，其基本的处理流程框图如图2所示。
　　
　　本方案中的光发射机需要传输1路图像、2路伴音信号，这两种信号是特性xx不同的信息。发射端基本处理流程是：信号源产生的图像信号(V)经滤波输入送至视频放大器进行放大，再调频、锁相、信号放大。而2路立体声伴音信号(A1,A2)经阻抗变换输入，先进行放大，经过预加重处理，经副载波调制锁相后放大，通过电路匹配与图像调频信号复合，送入光发射LED管。光源LED在电流驱动下产生受强度调制的光信号，由驱动级提供光源驱动电流，经光纤向外发射已调光信号。
　　
　　2.1光源的选择
　　光源是把电信号变换到光信号的器件，在光纤通信中占有重要的地位，性能好、寿命长、使用方便的光源是保证光纤通信可靠工作的关键。作为光源，本方案选用半导体发光二极管(LED)。LED发射的是自发辐射光，输出光功率较小，谱线宽度较宽，调制频率较低；性能稳定，寿命长，输出光功率线性范围宽，制造工艺简单；另外，驱动电路比较简单，不存在模式噪声等问题。LED可以作为中短距离、中小容量的光纤通信系统的光源。
　　2.2调频实现电路
　　由于输入信号是图像和声音两种不同特性的信息，所以对图像和声音采用不同的调频电路来实现。
　　2.2.1图像调频原理
　　调频的方法很多，对调频器的主要要求是：频偏大且与调制信号保持线性关系；寄生调幅小；调制灵敏度高等。经比较，认为图像传输中，为保证有良好的输出信噪比，调制频偏足够，决定采用变容二极管直接调频方式，具体调频电路如图3所示，这是个电容式三点式振荡电路。实现直接调频的电路原理是：由于变容二极管结电容Ci成为回路总电容的一部分。当调制信号电压Uv加在变容管D1上→使加在D1上的反向电压Ur受Uv控制→从而使D1的结电容Ci也要受Uv控制→则回路总电容C也要受Uv控制→{zh1}使振荡器的振荡频率也受Uv控制，即瞬时频率随调制信号电压Uv的变化而变化。变容管D1的结电容Ci，充当了振荡回路的电抗元件，所以振荡频率取决于电感L5和变容管D1。变容管负极通过R15，R16，R17获得负偏压，这一偏压的大小与稳定对调频信号的线性和中心频率的稳定度及精度起决定性作用。
　　图3中，L4，C12，C13组成低通滤波器，其作用是保证调制信号顺利进行调频，而同时防止调制信号源影响高频振荡回路，或高频信号反窜入调制信号中。减少串接的去耦电阻所引起的噪声。
　　2.2.2音频调频
　　对伴音信号进行调频有很多专用集成电路，如用TA7673做音频调频器，该集成块工作于VHF及中频频段，伴音信号从6脚输入。音频处理电路如图4所示。
　　本电路中，考虑不同的信号源及传输距离的远近，输入的信号电平幅度存在一定差异，所以输入伴音先经LM358预放，目的是调节输入幅度，也可灵活调制频偏。芯片7673的4脚和5脚外接L13电感及C60，变容管D6用于选频，L13常采用中周，选择调制频率在65MHz,702MHz,75MHz或859MHz等4个频点之一。6脚输入的伴音信号对其伴音副载波调频，然后通过第3脚输出至放大器放大，调节输出电平幅度。该调频信号直接和70MHz频率合路，送至光源发射。集成块MC145106为主组成锁相环路，通过在三极管V13的E极取样，经过MC145106鉴相，滤波后提供伴音调制所需要的偏压在变容管D6上。
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　　2.3锁相环原理及电路实现
　　采用直接变容管调频，频率稳定度不高，需要稳频电路。利用高稳定度直流稳压来减少电压的变化，采用参数稳定的回路电感和电容，改进线路布局和安装工艺，减弱振荡管与谐振回路的耦合，这就要采用锁相环技术来实现。锁相环是现代通信设备中一个非常重要的电路组成部分，是相位同步的自动反馈控制技术，使自激振荡的振荡频率和相位受基准信号的控制，实现环路输出信号与输入信号之间无误差的频率跟踪^[3]。图5是典型的锁相稳频电路的结构框图,包括3个部分：鉴相器(PD)、环路滤波器(LF)、压控振荡器(VCO)^[4]。
　　
　　放大的调制信号加入压控振荡器，对其进行频率调制，经过调制的高频信号一路送至后面的放大电路，另一部分送入分频器进行分频。分频器输出的方波信号送入鉴相器中，与基准晶体振荡器经过分频后得到的基准信号进行比较，实现相位锁定。鉴相器的输出信号经过环路滤波器送入压控振荡器中，控制压控振荡器的振荡频率，从而达到稳定频率的目的。
　　在大规模集成电路的应用中，参考分频器、鉴相器和主分频器以及进行程序控制的寄存器能够集成在一块芯片中，整个电路就仅由1个PLL芯片、1片晶振、1片VCO以及环路滤波器等分立元件组成，大大减小了体积，也降低了设计难度，其电路实现如图6所示。
　　
　　3结语
　　
　　本文在讨论光纤通信基本原理的基础上，着重对光发射机各个主要组成部分的技术原理及具体实现电路进行介绍。在设计中采用理论设计与仿真相结合的方法，进一步优化电路设计，提高了产品性能。既利于规模生产，也便于调试，同时为后续的同类多路信号传输产品扩展和开发提供一个扎实的基础和平台。
　　
　　参考文献
　　［1］赵梓森.光纤通信工程(修订本)[M].北京:人民邮电出版社,1998.
　　［2］李德胜,陈一楠.通信电子电路[M].北京:人民邮电出版社,1989.
　　［3］周邦华.微波固态FM压控振荡器的设计[J].电子技术参考,1995(3):42-52.
　　［4］ViterbiAJ.AcquisitionandTrackingBehaviorofPhase-LockedLoops.JPLExternalPublication,1999,14.
　　
　　注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
　　(作者：汪杰君-字数：3418)