光接收机工作原理及其故障排除

2011-03-12 17:16:05来源: ohyear

     光接收机是光纤CATV 传输系统中关键设备, 对它的性能和结构应有充分的了解, 目前光纤CATV 中常用的光接收机构成如图1所示。光接收机工作在光纤系统中的各光接收点, 接收光缆传送过来的光信号,并把光信号转换为电信号(实现光电转换O /E ) , 输出是RF信号。光接收机由光电检测级、电信号放大级、衰减器、均衡器、AGC 电路、输出放大器、电源部分等组成。

光接收机的构成

图1 光接收机的构成

  光电检测器是光接收机的核心部件, 它相当于无线电通信、广播中的检波器, 检波器是从调幅波中去掉载波高频信号, 取出有用的低频信号。光电检测器是从输入的光信号中取出有用的电信号(有线电视信号) , 完成光- 电转换, 能完成O /E转换的光接收器件称光电检测器或光电二极管( PD)。光电检测器输出的射频有线电信号送入电信号放大级放大, 之后送至均衡器, 完成对带宽内( 550MH z、750 MH z、860 MH z的带宽内)的平坦度调整, 之后送入衰减器, 衰减器完成对带宽内各频道幅度的调整, 保证输出级有合适的输出电平(即保证光接收机有合适的输出电平)。输出放大器输出信号送入分支器(或分配器) , 之后送到接收机的各输出口, 从输出放大级输出取出部分信号送至AGC 控制电路, 完成AGC控制作用和监测作用。

  电源部分输出稳定的24 V 直流电压, 供给接收的各有源器件。

  1光接收机主要组成部分的工作原理

  1. 1 光接收器件原理与特性

  光接收器件是光纤传输系统中不可缺少的器件,它是接收输入端口使用的半导体二极管器件, 其作用是将输入的光信号变换成输出的电信号, 类似于电气通信中的检波器, 所以称它为光检测器或光电二极管( PD: Photo D iode), 从PD取出的是与光功率成比例的电流, 也可以用负载电阻把这一电流变成电压。光功率与被检测的电流或电压成比例的关系, 说明被检测的光电场强度的平方值与电流成比, 所以可以认为是平方律检波。

  光检测器对光接收机的工作速率、灵敏度等特性有重大影响, 因此对光检测器有如下要求:

  ( 1)在系统工作的波段范围内有很高的响应效率, 即对工作波段内入射的光信号, 光检测器能输出较大的光电流, 实际上不同材料对各种波长的光的响应效率是不一样的, 在使用光检测器时必须合理选择所用的器件, 才能满足系统要求。

  ( 2)有足够的响应度, 输出电流与输入光功率是线性关系, 以保证信号不失真。

  ( 3)噪声低, 频带宽。光检测器在光电变换中引入的噪声应尽量小, 因为光检测器的入射光信号一般相当微弱, 又是光接收机的最前级, 对系统的载噪比影响较大。

  ( 4)可靠性高、寿命长、性能稳定, 能适应一定的温度等环境条件变化。

  光检测器的工作原理是: 半导体晶体中的电子可能处于两种状态, 一种是围绕原子核旋转的状态, 另一种是脱离原子核的束缚而自由运动的状态, 该状态还由于电子的自由运动, 因而有助于产生导电状态。处于这种状态的电子, 其能量比处于前一种状态的要高。

  如图2所示。

电子能级的价带、导带和禁带

图2 电子能级的价带、导带和禁带

  由图2可见, 能量高的区域称为导带, 能量低的区域为价带, 处于它们中间的是禁带, 它表示电子在其中不能存在的状态。当光入射半导体接收的光能量大于半导体禁带时, 会使半导体原子中价带的电子跃迁到导带, 价带因失去电子以后而出现空穴, 所以由光的入射就会产生电子、空穴对, 当外部加上电压时, 会使这些电子、空穴对移动, 从而取出电流。

  光电二极管的基本结构也是P- N 结。在P - N结中, 在N层当电子向导带跃迁时, 失去电子的晶体的原子就要带正电, 在P层则空穴移动的轨迹要带负电, 因此电子和空穴受到这些电荷的排斥而远离强区,在结区附近出现一个不存在电子和空穴等载流子的称为耗尽层的层, P和N 层之间因为带电而产生电位差,其能级就不同, 因而在中间形成倾斜状态。当光射入耗尽层而进一步产生电子、空穴对时, 由于上述倾斜,电子和空穴将被吸收而分别*在N 层和P层, 从而形成光电电动势, 如果加以反向偏压(正极在N 层, 负极在P层), 电位的倾斜将进一步增大, 由光产生的载流子就能作为电流而有效地取出。

  1. 2 光接收机的功率放大

  在光接收机中, 功率放大都采用集成一体化模块,依据信号的放大流程, 前面一级放大通常都采用低噪声、推挽放大模块, 后面一级都采用功率倍增模块。在光接收机中, 放大模块的质量对光接收机的影响较大,放大模块的选择也决定了光接收机的档次与价位, 光接收机的输出电平的设定是由放大模块的增益决定的。后级功率倍增模块的增益可选的范围比较小, 一般增益为18 dB 或20 dB。因而光接收机的RF增益主要由前级推挽放大模块决定, 其模块增益从18 dB到30 dB 不等。光接收机模块的选择有多种方式: 可采用硅放大模块、GaA s放大模块、进口模块、国产模块等诸多配置, 当光接收机在低电平输出时, 放大模块的指标对光接收机的整机指标影响不大, 如果光接收机实现高电平输出则放大模块的影响将是主要因素。

  1. 3 光接收机的增益调节

  光接收机的增益调节都是通过衰减器来实现, 在实用化的产品中有两种形式的衰减器, 固定衰减器和可调衰减器。固定衰减器是采用不同的固定电阻, 通过一定的电路形式实现衰减值的变化, 按具体电路的不同有T 型衰减器、??型衰减器、H型衰减器等多种实用产品。可调式衰减器是用可调电阻代替固定电阻,在一定范围内实现无级调节, 其良好的可调节性使之应用前景一片光明。

  1. 4 光接收机的均衡调节

  不像放大器非有均衡调节不可, 光接收机可以不加均衡器, 光接收组件解调出来的电信号在整个工作频段内是平坦的, 没有斜率, 因而也无须调节均衡。设有均衡调节只有一个作用, 那就是可以实现光接收机的半倾斜高电平输出, 提高光接收机的带负载能力。

  均衡器是有线电视系统一个必不可少的常用器件, 它是由电感、电容和电阻构成一个桥T型4端高通网络,通过调整电抗元件可以改变幅频特性的倾斜度, 即对低频信号衰减大、高频信号衰减依次减小, 正好和电缆的衰减特性相反, 在光接收机应用中主要有两种, 即固定均衡器、可调均衡器。( 1)固定均衡器由电感、电容和电阻等无源器件组成。固定式均衡器通常是一个桥T型无源4端网络, 它克服了可变均衡器桥T 型衰减网络的不稳定性, 得到广泛应用, 其主要优点是电路简单、成本低廉、均衡量固定, 靠换用不同均衡量的均衡器实现均衡调节。( 2)可调均衡器是在固定均衡器的基础上, 用可调衰减网络代替固定衰减网络, 并增加阻抗匹配元件而成, 可以实现连续均衡量的调整, 使用非常方便, 在光接收机中, 固定均衡器、可调均衡器都有应用。

  2 常见故障分析及排除

  2. 1 故障现象: 输出电平太低

  原因分析:

  ①入光功率太低② 光纤连接头被沾污③+ 24V 电压太低④输出电平测试端接触不良处理过程:

  ① 测试输入光功率, 在保证指标的前提下提高光发射机输入电平;② 断开电源, 取下APC 光纤连接头, 用无绒棉球蘸无水酒精擦拭, 清洁连接头的端面;③测试模块供电电压是否为( 24 ? 0. 3 V );④检查测试端及相关连线是否接好。

  ( 2)故障现象: 电视图像有雪*, 但输出电平正常原因分析: 光发射机射频输入电平太低或信号质量不好。

  处理过程: 提高光发射机射频输入电平, 改善信号质量。

  ( 3)故障现象: 电视图像有斜纹原因分析: 光发射机射频输入电平太高或信号质量不好。

  处理过程: 降低光发射机射频输入电平, 改善信号质量。

  ( 4)故障现象: 没有输出信号原因分析: 电源不工作; 光接收机没有光信号输入。

  处理过程:

  ① 查找电源各接插件是否接触不良, 保险丝是否熔断;② 测量输入光接收机的光功率。

关键字:光接收机  工作原理  故障排除

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/wltx/2011/0312/article_4818.html
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