收發器設計之前確定電路功率預算--上海韜放電子科技有限公司

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2020-05-08

光纖電路的收發器設計是復雜的電路設計，需要選擇收發器組件以適應損耗以及激光二極管和光電二極管的動態范圍。可以根據它們的相對輸出功率和靈敏度簡單地選擇這些組件，但是光纖電路損耗也會加劇這些組件的局限性。確定光纖電路中的插入損耗預算后，即可確定相關組件的電路功率預算。

“電路功率預算”與“插入損耗預算”可以互換使用，并且這兩個術語肯定是相關的。確定插入損耗預算后，就可以選擇合適的Tx激光二極管來沿光纖發送數據脈沖，并且可以確定激光二極管的輸出功率范圍。在收發器設計中，需要仔細將其與接收光電二極管配對。

光纖電路的功率和損耗

盡管光纖電纜中的電磁和光學行為可能會變得非常復雜，但是光纖電路的設計卻非常簡單。從光學的角度來看，只有三個關鍵組件：

激光二極管：這會沿光纖發送光數據脈沖。

光纖：光纖的幾何形狀將決定波長（最小頻率）和通道數（以MMF為單位）。

光電二極管：接收光電數據脈沖并將其轉換為電信號。

顯然，構建收發器模塊還需要其他光學和電子組件。諸如透鏡和耦合器之類的光學組件對于發送和檢測數據脈沖很重要，而在MMF中進行多路復用/多路分解則需要衍射光柵。這些都會給光學系統增加一些損耗，在配對發射器和接收器組件時需要考慮這些損耗。

光纖鏈路的基本結構

在設計光纖電路時，通常首先選擇光纖的類型，因為這受電路長度和電路將在其中運行的網絡類型的限制。因此，您需要首先確定插入損耗預算，然后才能專注于配對激光二極管，光電二極管和其他光學組件。這是確定插入損耗預算作為整體電路功率預算一部分的方法。

插入損耗和電路功率預算計算

您要使用的光纖類型（或電纜類型，例如，用于銅纜以太網）將確定電路中的極大插入損耗。此外，標準化光纖具有額定衰減系數，該衰減系數需要包含在電路功率預算計算中。不同光纖波長的標準衰減系數如下所示。

要考慮的下一點是光纖中的損耗。任何光纖中都有許多損耗源。對于傳播模式，光纜中的所有損耗都由反射和散射控制，它們共同決定了插入損耗。耦合器，接頭，散射以及具有折射率對比的任何界面都會產生反射和/或散射。單個接頭可能只會產生約0.3 dB的損耗，但是多個接頭會導致光纖迅速達到其插入損耗預算。

要確定光纖電路上的總損耗，請將沿光纖電路的每個源的損耗加起來。如果使用以太網光纖，則可以在IEEE 802.3xx標準中找到指定的插入損耗預算，該標準指定了給定以太網數據速率/指定的極大允許插入損耗。一旦知道總損耗或插入損耗預算，就可以確定收發器電路所需的光電二極管和激光二極管對。

要確定是否可以同時使用激光二極管和光電二極管，只需使用下面顯示的公式進行比較。首先，發射功率Ptx（以dBm為單位）需要在接收器靈敏度Pmin和線性范圍的高端之間變化，線性范圍是根據動態范圍DR定義的：

允許的Tx功率輸出可確保光纖電路中接收器的線性度而不會造成損失。

如果存在損耗，只需將插入損耗預算（ILB）添加到上式的LHS中，即可確定所需的輸出功率范圍：

允許的Tx功率輸出可確保光纖電路中接收器的線性度而不會造成損失。

該方程式告訴您電路功率預算的影響：Tx功率需要克服插入損耗預算，但不能超過接收器的動態范圍。從上面的等式可以明顯看出，ILB <DR是為了使任何光傳播到電路并在接收器的線性范圍內被檢測到。

收發器電路設計

確定收發器所需的Tx和Rx組件后，就需要設計和仿真驅動器和接收器電路。接收器電路非常簡單，基本上是帶有低噪聲放大器的雪崩光電二極管電路。放大器的線性范圍和光電二極管的負載線將定義收發器的動態范圍。發送器側的驅動電路需要具有低相位噪聲，以確保數字數據具有低抖動。