北大光纤通信课件：3_光接收机_2

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光纤通信光检测器与光接收机PPT课件

NF3 1 G1G2
第41页/共72页
4.4 光接收机的信噪比
在光纤通信系统中，通常要求光电二极管能检测出微弱的光信号。为了检测到最小可能的信号，必须对光检测器和它随后的放大器电路进行最优化设计，以此来保证一定的信噪比。光接收机输出端的信噪比S/N定义为
w td vd
一般情况下，耗尽区的电场足够高，载流子都可以达到它们的散射极限速度。典型的Si光电二极管的耗尽区宽度为10um，极限响应时间为0.1ns。
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上升时间的快速反应分量源于耗尽区产生的载流子，
而慢速分量则是源于距离耗尽区边界处的载流子的扩散。
在光脉冲的后沿，耗尽区的光脉冲吸收得很快，所以在下降时间里产生了快速分量，在距耗尽区边界以内的载流子扩散造成了脉冲后沿的一个很慢的延迟拖尾。
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光一次电子
高电场
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§4.2 光电二极管的工作特性
光电二极管的主要特性参数包括响应度、量子效率、响应带宽、APD的倍增系数及噪声等。这里仅讨论响应度和量子效率。
1、量子效率
单位时间产生的电子数单位时间注入的光子数
Ip /e
Pin / h
式中 e是电子电荷， h是普朗克常数。
光检测器负载电阻的均方热噪声电流为：
ST
(
f
)BT 0 RL
df
4k BTB RL
K：玻耳兹曼常数 T：绝对温度
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光电检测器的特性
响应度
量子效率截止波长倍增因子响应时间
噪声
I p RPin
M IM Ip
对于pin
量子噪声
对于APD
R e

光纤通信原理第三章3 光接收机灵敏度

v0 :"0" 码时输出电压的均值; v1 :"1" 码时输出电压的均值; D : 判决电平; f 0 ( x) :"0" 码时输出电压的概率密度 f1 ( x) :"1" 码时输出电压的概率密度
“0”码误判为“1”码的概率：
E01 =
“1”码误判为“0”码的概率：
E10 =
总误码率 BER
BER = P(0)E01 + P(1)E10
BER = P(0)E01 + P(1)E10
一般线路编码：P(0)=P(1) 则：
1 BER = ( E01 + E10 )
2
3.判决电平与灵敏度的计算
为使误码率最小
E01 = E10
D - V0 = V1 - D = Q
0
1
BER =
误码率和Q的对应关系
灵敏度的计算：
1. 从要求达到的误码率→Q值；
2. 计算出 0 和 1 → V0和V1;
3. 由光电检测器的响应度和放大器的传递函数求出输入端“1”和“0”码时接收光功率；
4. 求出平均光功率。
P(0)和P(1)分别表示码流中“０”码和“１”码出现的概
放大器的噪声是高斯分布的白噪声；光电变换是泊松分布的随机过程；雪崩倍增过程则是一个非常复杂的随机过程。
1.高斯近似假设
放大器的噪声是概率密度函数为高斯函数的白噪声
f ( x) =
v : 均值;
2: 放大器输出端的总噪声功率
2 =
2
Vna
简化计算： PIN 和APD近似为高斯分布
的随机过程
放大器噪声与检测器噪声之和的概率密度函数仍为高斯函数

光纤通信ppt概要

2 1 Rt2
2Ct2
d 2
Rt Rb // Ra ； Ct Cd Cs Ca ；ZT 是放大器、均衡滤
波器的传递函数，它表示输入电流与输出电压之间的传
递关系，实为转移阻抗
可以看出：①偏置电阻Rb越大，电阻的热噪声越小；② 输入电阻Rt越大、输入电容Ct越小，串联电压噪声源对总噪声的影响越小
4．APD的过剩噪声
APD的过剩噪声系数为
g2
g2
F G
g2
G2
在工程上，为简化计算，常用过剩噪声指
数来表示过剩噪声系数，即
F G≈Gx
3.3 放大电路及其噪声
3.3.1 噪声的数学处理
1．噪声的统计性质
对噪声的分析应采用随机过程的分析方法电阻内部微观粒子的热骚动是一个随机过程
对于随机噪声XN来说，落在x1和x1+dx1之间的概率是
2kK gm
gSmi 是FE场T，效应管0.7的；跨对导G；aA是s F器ET件，的 ≈数值1.系1 数，对
（3）输出瑞的总噪声功率
当得vn2aR到b足2RkbK够 e大0Igate时 2，kgKm上vRn1b式a2 中 C的gZtmT2第一2 d2项 2可kgKm以 C2忽t2 略，Z T 因此2 2d
3.3.3 场效应管和双极晶体管
的噪声源
1．输入端的等效电路及噪声源
场效应管的主要噪声源有两个 : 栅漏电流的散粒噪声沟道热噪声
（1）散粒噪声
散粒噪声其功率谱密度为 SI e0Igate e漏0为电电流子电荷，e0 1.61019C，Igate是场效应管的栅
（2）沟道热噪声功率谱密度为
d iout df
3.2.1
PN 结的光

《光纤通信》第三章光接收机-PPT课件

均衡网络的传递函数 Heq()
为实现无码间干扰判决需满足 S()•Hof()•Ham()•Heq()=H()
S(): 发送脉冲的频谱 Hof(): 光纤的传递函数 Ham(): 放大器的传递函数（包含检测器传递函数）
H() Heq()= S()•Hof()•Ham()
均衡网络与发送脉冲波形，光纤特性，放大器特性有关。
10
V
雪崩光电二极管

APD 的温度特性
G
100 20º C 40º C 60º C
10
1 T VB。 V
50
100
150
APD实用时应在偏置电路中加温度补偿。
雪崩光电二极管

APD的倍增噪声
APD 噪声：
量子噪声（散弹噪声）暗电流噪声倍增噪声----影响最大
APD的过剩噪声系数：
F(G)Gx
(2) 保证达到给定误码率的条件下，光接收机需要的每一光脉冲的最低平均能量。 (3) 保证达到给定误码率的条件下，光接收机需要的每一光脉冲的最低平均光子数。
§3.2 光接收机的灵敏度
BER
10-4 10-5 10-6 10-7
给定BER
10-8 10-9 10-10 -32 -30 -28 -26 -24
本章作业:
P210 3.1, 3.2
Ip R= P0
R: 斜率 P0(W) 0 探测器已加反向电压
Id作为一直流噪声源存在
Id
光电二极管

响应速度
□常用上升，下降时间表示。
□主要由结电容和负载电阻的时间常数决定。
上升时间(RL=50) Si: 300ps Ge: 500ps InGaAs: <100ps

光纤通信PPT资料

表8.2是国际电信联盟对CWDM信道间隔的划分。全波长18个光信道。
8.2 WDM的基本组成
前边已介绍，也可自己看看这一节内容。
8.3 WDM系统中的关键器件
8.3.1 WDM系统中的光源
1. WDM系统对光源的要求
LED：谱线宽度50~100nm,输出功率低，调制速率低，不适于 WDM光源。 F-P腔LD：谱线宽度8nm左右，可作为粗波分复用（CWDM）。
☆ 光频分复用 (OFDM) 波分复用密集程度与电通信的频分复用密集程度相当时。
8.1 WDM工作原理 8.1.1 WDM工作原理
目前单波长可以达到40Gb/s，但原中继器已经不能胜任，单波长提高传输容量必须构建新的路由，升级比较困难。
升级措施：
（1）波分复用：每个波长无须达到40Gb/s，多个波长可大幅度提高通信容量。当今采用波分复用技术最高速率已达到11Tb/s。（2）采用光时分复用和光码分复用：但目前技术还不很成熟。单波长时分和码分在实验室已经达到640Gb/s (0.64Tb/s)。我们重点讲解波分复用技术。
收端要求，必须自动进行调谐，（自动检测波长，转换到相应光电二极管上）时间要求几ns。
8.3.3 WDM系统中的光放大器
对WDM系统若用过去的中继器，光电光，只能真对一个波长，多个波长则会使中继器十分庞大，是不现实的。
用掺铒光纤放大器EDFA，在1550nm窗口附近，约有35nm 带宽。可以对该波长范围的WDM系统进行光放大。
（3）光栅外腔激光器
在LD外边增加一个可移动和可转动的光栅，该光栅与LD 的自然解理面构成一个外腔。移动光栅可粗调，转动光栅可细调。调谐范围达80nm，不足之处，体积大，稳定性差，调谐速度慢，早期曾用于WDM系统，现在只当作测试光源。

光纤通信-光接收机PPT课件

2021/2/12
15
响应度Ro
响应度描述了光检测器的光电转换能力，灵敏度高则要求光电转换效率高。
响应度Ro定义为:
Ro I p
Po 1.24
Ip—光电检测器的平均输出电流； Po—光电检测器的平均输入功率，单位为A/W
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量子效率η
量子效率描述了光检测器的光电转换能力量子效率η定义为：
λc是光电二极管工作波长的上限。
只有当入射光波的波长λ＜λc的光，才能使这种材料
产生光生载流子。
当波长很短时，材料的吸收系数会变得很大，使光电
转换效率降低。
因此，还存在一个短波长极限λmin，入射光的波长λ
必须满足λmin <λ< λc 。
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8
5.1.2 PIN光电二极管P-type, Intrinsic，N-Type Photodiode
光接收机的主要指标：
✓误码率(bit error probability) ✓灵敏度(Sensitivity) ✓动态范围(Dynamic Range)
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2
5.1 光检测器(Optical Detector)
5. 1. 1 半导体的光电效应Photoemission 5. 1. 2 PIN光电二极管 PIN Photodiode 5. 1. 3 雪崩光电二极管Avalanche Photodiode 5. 1. 4 光检测器的特性Characteristic 5. 1. 5 光检测器的应用Application
光生电子－空穴对数入射光子数
响应度Ro与量子效率η 的关系：
Ro
e hf
获得高的量子效率,要尽量减小入射表面的反射率和尽

光接收机(光纤通信课件)

光接收机
一、数字光接收机
光接收机的主要作用
将光纤传输后的幅度被衰减、波形产生畸变的、微弱的光信号变换为电信号，并对电信号进行放大、整形、再生后，生成与发送端相同的电信号，输入到电接收端机，并且用自动增益控制电路（AGC）保证稳定的输出。
光接收机中的关键器件是半导体光检测器，它和接收机中的前置放大器合称光接收机前端。前端的性能是决定光接收机的主要因素。
小结
6．光接收机的噪声主要来自光接收机内部噪声：包括光电检测器的噪声和光接收机的电路噪声。光电检测器的噪声包括量子噪声、暗电流噪声、漏电流噪声和APD的倍增噪声；电路噪声主要是前置放大器的噪声。
7. 数字光接收机主要指标有光接收机的灵敏度和动态范围。
4 光接收机的电路噪声
光接收机的电路噪声主要指前置放大器噪声，其中包括电阻热噪声及晶体管组件内部噪声。
一、数字光接收机
（三）光接收机的主要指标
1 光接收机的灵敏度
光接收机的灵敏度是指在系统满足给定误码率指标的条件下，光接收机所需的最小平均接收光功率Pmin（mW）。工程中常用毫瓦分贝（dBm）来表示，即
AGC放大器峰值检波器
AGC电路
一、数字光接收机
（二）光接收机的噪声特性
光接收机的噪声主要来自光接收机内部噪声：包括光电检测器的噪声和光接收机的电路噪声。
光电检测器的噪声
入射
光子
包括量子噪声、暗电流噪声、
漏电流噪声和APD的倍增噪声；
电路噪声
主要是前置放大器的噪声。前置放大器的噪声包括电阻热噪声及晶体管组件内部噪声。
（二）光接收机的噪声特性
3 雪崩管倍增噪声
由于雪崩光电二极管的雪崩倍增作用是随机的，这种随机性，必然要引起雪崩管输出信号的浮动，从而引入噪声。

光接收机解析PPT课件

优点：控制范围较大（一级的控制范围可达30— 40dB)，高频特性较好。
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习题
• 光接收机中的噪声主要来源于（）和（），为抑制噪声，一般要求前置放大器应满足（）、（）和（）的要求，目前常用的前置放大电路为（）型。
• 为增大光接收机的接收动态范围，应采用（）电路。 • 数字光接收机主要由哪几部分组成?各部分功能是什么？ • 怎样从光接收机眼图估计光接收机性能？ • 接收机灵敏度和动态范围的定义及物理意义是什么? • 在满足一定误码率条件下，光接收机最大接收光功率为
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接收机噪声及其分布图：
光子流 h
光检测器
偏置电阻 RL
•量子噪声
•暗电流噪声 •漏电流噪声 •APD倍增噪声
•热噪声
放大器
•放大器噪声
APD倍增噪声：当使用雪崩光电二极管时，倍增过程的随机特性产生附加的噪声。
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接收机噪声及其分布图：
光子流 h
光检测器
偏置电阻 RL
光信号
前置放大器光检测器
主放大器
均衡器
判决器
再生码流
偏压控制
前端
AGC 电路
线性通道
数字光接收机方框图
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时钟提取
时钟提取与数据再生
1.前端：低噪声、高灵敏度和足够带宽光检测器是光接收机实现光/电转换的关键器件，其性能
特别是响应度和噪声直接影响光接收机的灵敏度。对光检测器的要求如下： (1) 波长响应要和光纤低损耗窗口(0.85μm、1.31μm和
0.1mW，最小接收光功率为1000nW，求接收机灵敏度和接收机动态范围。
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光接收机PPT课件

不同材料光电二极管的响应度曲线
e0 h
13
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提高量子效率需要采取以下措施：
减小入射表面的反射率增加耗尽区宽度, 减小零电场区的厚度（采用PIN结构）
14
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(c) 响应速度
响应速度通常用响应时间表示。响应时间为光电二极管对矩形光脉冲的上升或下降时间。影响响应速度的主要因素有：
f(x) 称为随机过程的概率密度函数，
fz (x) fx (x) fy (x)
光纤通信第3章
30
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3、随机过程的数字特征
1）数学期望（均值）
E[X ] xf (x)dx X (t)
2) 标准差
D(X方)差：E[(X E[X ])2 ] E[X 2 ] (E[X ])2
2、双极晶体管前置放大器的噪声
1）输入端等效电路
r
(1 )re
(1 ) 26(m V) Ie (m A)
4光1 纤通信第3章
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2）输入端噪声源
（1）散粒噪声
d ia2 df
e0Ib
（2）基极电阻的热噪声
d ea12 df
2kKrb'b
42
光纤通信第3章
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(X ) D(X )
标准差:
光纤通信第3章
31
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4、平稳随机过程的功率谱密度
Fx () x(t)e-it dt
x 2 (t)dt
1
2
Fx () 2 d
Parseval 等式
lim 1
T 2T
T
x2 (t)dt
1

WDM系统结构与设备(光纤通信课件)

基于单个波长，同一WDM系统内1:n保护
同一WDM系统内1:n保护是指在同一WDM系统内，有n 个波长通道作为工作波长，1个波长通路作为保护系统。但是考虑到实际系统中，光纤、光缆的可靠性比设备的可靠性要差，只对系统保护，而不对线路保护，实际意义不是太大。
三、 WDM组网与网络保护
2 光复用段保护
两个OTM背靠背组成的OADM信号流向图
二、 WDM系统设备
（四）电中继器
电中继器无业务上/下，只是为了延伸传输距离。
电中继器（REG）的信号流向图
三、 WDM组网与网络保护
（一）WDM组网
WDM系统最基本的组网方式为点到点组网、链形组网和环形组网，如图所示。
WDM的基本组网示意图
三、 WDM组网与网络保护
（二）WDM网络保护
点到点线路保护的方式
一种是基于单个波长、在SDH层实施的1＋1 或1:n的保护；
一种是基于光复用段上保护，在光路上同时对合路信号进行保护，这种保护也称光复用段保护（OMSP）。
还有基于环网的保护。
三、 WDM组网与网络保护
1 基于单个波长的保护
基于单个波长，在SDH层实施的1+1保护
二、 WDM系统设备
（三）光分插复用器
用于分插本地业务通道，其他业务通道穿通。静态OADM（32/2）信号流向如图所示。
静态OADM（32/2）信号流向图
二、 WDM系统设备
用两个OTM背靠背的方式也可组成一个可上/下波长的 OADM，这种方式较之用一块单板进行波长上/下的静态 OADM要灵活，可任意上/下1到16或32个波长，更易于组网。
二、 WDM系统设备
WDM设备按用途可分为光终端复用器（OTM）、光线路放大器（OLA）、光分插复用器（OADM）和电中继器（REG）几种类型。

光接收机(二)

•光接收机存在的噪声可分为两类：散粒噪声和热噪声 •在光接收机中，尽管各级放大器均会引入附加噪声，但只要第一级放大器的增益很大，以后各级的噪声就可以忽略，放大器的输出噪声主要由前置级所决定
Sq
Sd
SI
SE ～ <u 2 > 0 放大器
ip
<i2 > q
<i2 d>
R
C
Rin <i2 0>
σ σ = Sq f df = 2eI p B = 2eRPB
2 s 2 q -

暗电流噪声的噪声方差：
σ = Sd f df = 2eI d B
2 d -

总噪声：
2 2 PIN s2 d 2e I P Id B
信号电流：
I s I p RP
信号电流：
I s I p RPg
3、前置放大器噪声
放大器分解为:
理想放大器，放大器的输入电阻Rin 等效噪声电流源〈i02〉，相应的功率谱密度 SI 等效噪声电压源〈u02〉，相应的功率谱密度 SE
Sq
Sd
SI
SE ～ <u 2 > 0 放大器
ip
<i2 > q
<i2 d>
R
C
Rin <i2 0>
足够小的噪声、适当的带宽和一定的增益。前置放大器的噪声对光接收机的灵敏度影响很大。
前放的噪声取决于放大器的类型，目前有三种类型的前
放可供选择：低阻型前置放大器、高阻型前置放大器、跨阻型（转移阻抗型）前置放大器。
1、低阻型前置放大器：技术要求：系统对带宽的要求较高，对噪声特性要求较低。设计思路：从频带要求出发选择偏置电阻设前放输入回路的总并联电阻为 Rt，总并联电容为 Ct，则应使输入回路的RC时间常数（τ=RtCt）尽量小以满足带宽的要求，即有 Rt≤1/2πBwCt 式中，Bw为码率所要求的放大器的最小带宽。当光接收机接收码流的码率为fB(bit/s)时，放大器的带宽应为 Bw≥fB/2 电路特点：频带宽，电路简单，接收机不需要或只需要很少的均衡，动态范围较大；由于前放输入回路的电阻值较小，噪声较大。适用对象：高速数字光纤通信系统的光接收机中

光纤通信原理第四章光接收机课件

...
还有其他类型的光电探测器。
光电转换及幅度调制
在光通信中，光电转换是将光信号转换成电信号的过程。而幅度调制是通过改变光信号的强度来传输信息。
光电转换
光信号被转换成电信号，方便后续信号处理。
幅度调制
光接收机
改变光信号的强度来传输信息。
接收和解码经过光电转换和幅度调制的光信号。
接收机的增益和噪声
光纤通信原理第四章光接收机课件
本课件将介绍光接收机的基本原理、光电探测器的工作原理、分类和特性，光电转换及幅度调制，接收机的增益和噪声，以及光接收机在光通信中的应用。
光接收机的基本原理
当光信号到达接收机时，它将经过光电转换并被转换成电信号。这些电信号将被放大和处理，以便进行后续的信号处理和解码。
光信号传输
光电转换
光信号通过光纤传输到接收机。
光信号被光电探测器转换成电信号。
信号放大
电信号经过放大以增强信号强度。
光电探测器的工作原理
光电探测器是将光信号转换成电信号的重要部件。根据不同的工作原理，可以分为光电二极管、光电倍增管、光电隧道二极管等。
1
光电二极管
光信号被光敏二极管转换成电流。
2
光电倍增管
通过光栅电子增倍器增强电信号。
3
光电隧道二极管
利用电子通过量子隧穿效应检测光信号。
光电探测器的分类和特性
光电探测器根据工作波段、灵敏度、响应速度等特性进行分类。不同的探测器适用于不同的应用场景。
光电二极管
适用于红外和可见光通信。
光电倍增管
适用于低强度光信号检测。
光电隧道二极管
适用于高速光通信和光电混合集成。
带宽
接收机能够处理的信号频率范围。

光纤通信第5章光探测及光接收机课件

30
阅读内容
5.5.3 光电探测器的量子限制 5.6 灵敏度下降机理
“功率代价” 5.7 光接收机的性能
“眼图” P226
31
n 时钟信号经过适当的移相后在最佳的取样时间对升余弦信号进行取样，然后将取样幅度与判决阈值进行比较，确定码元是“0” 还是“1”，从而把升余弦波形恢复再生成原传输的数字信号。
10
• 判决、再生过程
判决电压均衡器输出波形
时钟
再生后的信号
最佳的判决时间应是升余弦波形的Байду номын сангаас负峰值点，这时取样幅度最大，抵抗噪声的能力最强。
u通常数字光接收机要求 BER10-9
u接收机灵敏度定义为保证比特误码率为10－9时，要求的最小平均接收光功率 Prec
5.5.1 比特误码率
23
5.5.1 比特误码率
u由于接收机噪声的影响，可能把比特“1”误认为“0” 码；同样也可能把“0”码错判为“1”码。误码率包括这两种可能引起的误码，因此误码率为：
第五章光探测及光接收机
1
第五章光探测及光接收机
u发射机发射的光信号经光纤传输后，不仅幅度衰减了，而且脉冲波形也展宽了。 u光接收机的作用就是检测经过传输后的微弱光信号，并放大、整形、再生成原输入信号。 u它的主要器件是利用光电效应把光信号转变为电信号的光电检测器。 u对光电检测器的要求是灵敏度高、响应快、噪声小、成本低和可靠性高，并且它的光敏面应与光纤芯径匹配。 u用半导体材料制成的光电检测器正好满足这些要求。
n 均衡滤波的作用是将输出波形均衡成具有升余弦频谱函数特性，
做到判决时无码间干扰。
n 因为前放、主放以及均衡滤波电路起着线性放大的作用，所以

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8
3、光接收机三、时钟再生（Clock Recovery）采用 D-FF 触发器对数据进行整形可改善明显信噪比和信号上升、下降时间，具有良好的整形效果，但这种方法需要同步参考时钟。这就要求接收机具有同步时钟再生功能。同步时钟再生可采用滤波或锁相环技术。
9
3、光接收机
1、滤波时钟再生技术
“基于锁相环的10.709Gbit/s时钟数据再生模块”，电子学报，第33卷，第8期，2005年8月。 "Spectrum Conversion Phase-Locked Loops Used for 43Gbit/s 3R Optical Receivers", Microwave and Optical Technology Letters, Vol.49, No.12, pp.3017-3020, December, 2007. 11
1
3、光接收机
1、滤波器整形：电路简单，对高频噪声效果好，信号上升、下降时间延长。对于 NRZ 码光纤通信系统，光接收器件的频率响应带宽约为系统工作码率（B）数值的 60 ~ 70%。由于光接收器件本身就是一个低通滤波器，所以直接调制光发射机的高频噪声分量不会对系统的接收误码率产生影响。
2
3、光接收机
二、数据整形（Data Re-timing /Re-shape ）必要性： 1、光接收单元的光电二极管一般都工作在小信号输入状态，输入信号的信噪比较低。 2、为了减小输入总噪声功率，光电二极管以及紧随其后的前置放大器的带宽约为输入信号比特率的 70% (NRZ)。因此，光接收单元的输出波形并不十分理想。数据整形的基本方法： 1、滤波器：电路简单，对高频噪声效果好，信号上升、下降时间延长。 2、限幅放大：可改善信噪比，信号上升、下降时间缩短。 3、D-FF 触发器：可明显改善信噪比，信号上升、下降时间缩短，整形效果最好，需要参考时钟。 4、混合型。
相位检测数据输入 D-FF 边沿检测温度补偿码率设置数据输出
时钟再生（Clock Recovery）
直接/间接从数据信号中滤出同步时钟信号。对于 RZ 码，可以直接滤出时钟信号，经放大后可供数据整形或误码检测使用。对于 NRZ 码，可先用滤波器滤出 1/2 时钟信号，经限幅放大后产生时钟信号，然后供数据整形或误码检测使用。
f (t ) =
∑
n =1
∞
3R 光接收机
输入光功率检测输入光功率告警
10 Gb/s 输入光信号
APD或PIN光电检测器
APD高压偏置及增益补偿电路
监控信号
前置放大器
限幅放大器
时钟、数据再生
数据丢失告警(串行) 10 GHz 或 622 MHz时钟输出
10 Gb/s 串行数据输出或16×622 Mb/s 并行数据输出
2A nπ nπ sin( )cos ( t ) = nπ 2 T
时钟信号
∑
n =1
Байду номын сангаас
∞
2A nπ sin( )cos (ω ⋅ t ) nπ 2
10101111 序列非归零码 NRZ 10101111 序列归零码 RZ
10
3、光接收机
2、锁相环时钟再生技术
时钟再生（Clock Recovery）
锁相环技术是在光纤通信系统的接收机中进行时钟、数据再生最常用的技术方案之一，目前在 43Gb/s 码率以下的应用都已经成熟。典型产品： Lucent 公司 2488Mb/s 时钟数据再生 IC LG1600； Maxim 公司 2488Mb/s 时钟数据再生 IC Max3875； NEL 公司 10Gb/s 时钟数据再生模块 MOS43BM 等。实验室利用锁相环技术研制了 9.953/10.709Gb/s 时钟/数据再生模块，以及 40/43Gb/s 时钟/数据再生模块。
相位检测数据输入 D-FF 边沿检测温度补偿码率设置数据输出
90O耦合器
VCO
滤波器
“基于锁相环的10.709Gbit/s时钟数据再生模块”，电子学报，第33卷，第8期，2005年8月，pp.1509-1511。 12
时钟输出
3、光接收机
2、锁相时钟再生技术
时钟再生（Clock Recovery）
3、光接收机
1、滤波器整形：电路简单，对高频噪声效果好，信号上升、下降时间延长。
滤波前
滤波后
3
3、光接收机
2、限幅放大整形：信噪比改善，信号上升、下降时间缩短限幅放大器可选芯片：MAX264x（< 2.5GHz）、MAX326x （< 2.5Gb/s）、MAX397x （< 10Gb/s）、Agere TLMA0110G（ 10Gb/s）限幅放大器与前置放大器之间最好采用差动方式、AC 耦合。PCB 板布线尽量符合微波传输线要求，相位也要尽量一致。限幅放大器的输入、输出端口如果有闲置的，必须良好匹配。
3、光接收机
3、D-FF 触发器整形；信噪比改善明显，信号上升、下降时间缩短，整形效果最好，需要同步参考时钟。
Data-in CLK-in
D-FF
Data-out
CLK-in
Data-in
Data-out
7
3、光接收机
3、D-FF 触发器整形；信噪比改善明显，信号上升、下降时间缩短，整形效果最好，需要同步参考时钟。
3、光接收机
2、锁相时钟再生技术
时钟再生（Clock Recovery）
利用锁相技术实现的时钟/数据再生电路的原理框图如下图所示，其中包括 D-FF 触发器、相位检测器、边沿检测器、变容管压控振荡器（VCO）、RC滤波器、90°相移微波定向耦合器以及 VCO 温度补偿电路和控制电路，等等。 90°相移微波定向耦合器采用微带线电路实现，微波信号通道采用 0.047 英寸硬同轴线，输入、输出接口采用 SMA接头。VCO 控制信号采用屏蔽线传输，以避免电磁干扰。
4
3、光接收机
2、限幅放大整形：信噪比改善，信号上升、下降时间缩短
限幅放大前
限幅放大后
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3、光接收机
闲置端口匹配
单端输出，空闲端口悬空。
RC 均衡加速网络 Advantest D1386 信号发生器 D+ 时钟双稳态触发器 D− Vss 差动放大器 HP 86100A 数字示波器
单端输出，空闲端口 50 Ω 匹配。