一款微型家用光接收機(jī)

【摘要】基于光纖到戶的普及，家用型光接收機(jī)需求量不斷增加，市場(chǎng)需求朝著小型化、低價(jià)位、免調(diào)試的方向發(fā)展。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間設(shè)計(jì)與調(diào)試，筆者設(shè)計(jì)出一款微型家用光接收機(jī)，該設(shè)計(jì)可以滿足市場(chǎng)需求，且可以根據(jù)不同客戶的需求設(shè)計(jì)成不同的外形結(jié)構(gòu)。

【關(guān)鍵詞】FTTH;家用光接收機(jī);光接收機(jī);微型光接收機(jī)

伴隨著廣電通信系統(tǒng)光纖到戶的逐漸覆蓋，家用型光接收機(jī)（FTTH）的需求量不斷增加，家用型光接收機(jī)的主要特點(diǎn)是輸出電平低，通常70-90dBuV之間，外形尺寸小，易于安裝放置。目前市場(chǎng)還需求在使用過(guò)程中不調(diào)試甚至免調(diào)試型的，以往的家用光接收機(jī)在使用過(guò)程中的調(diào)試，主要就是增益調(diào)試，調(diào)整一個(gè)手動(dòng)衰減器旋鈕（如圖1所示），以穩(wěn)定輸出信號(hào)電平，該設(shè)計(jì)案例中增加了AGC自動(dòng)增益控制電路，也就可以免調(diào)試了。其余性能參數(shù)依據(jù)廣電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GY-T 143-2000執(zhí)行。大家都知道電子產(chǎn)品總的發(fā)展方向必然是小型化微型化趨勢(shì)。以往的光接收機(jī)重量大多在1公斤左右，尺寸相對(duì)較大（如圖1所示）。筆者多年接觸該行業(yè)產(chǎn)品，設(shè)計(jì)出一款微型化家用光接收機(jī)，最小尺寸甚至可以做到火柴盒一樣大?。ㄈ鐖D2所示）。

圖1 傳統(tǒng)光接收機(jī)Optical Receiver

圖2 微型光接收機(jī)

家用光接收機(jī)原理框圖（如圖3所示），光纖接入到光電管組件后，經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換輸出寬帶RF信號(hào)，RF信號(hào)經(jīng)過(guò)阻抗匹配后送第一級(jí)放大電路放大后進(jìn)入AGC（自動(dòng)增益控制）控制電路，AGC電路實(shí)時(shí)檢測(cè)光電管的信號(hào)電流，根據(jù)信號(hào)電流的幅度大小調(diào)整電阻衰減網(wǎng)絡(luò)的衰減量。經(jīng)過(guò)AGC電路輸出的信號(hào)送第二級(jí)放大電路推動(dòng)輸出RF信號(hào)。

圖3 原理框圖

圖4 電路原理圖

圖4（有附件）為電路原理圖，左邊部分為從左往右依次為光電管組件、匹配電路、第一級(jí)放大電路、電子衰減網(wǎng)絡(luò)、第二級(jí)放大電路，右邊部分為自動(dòng)增益控制電路，二邊電路具體電氣連接參照電路網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)。供電電源為直流12V/1A，可以購(gòu)買現(xiàn)成的電源適配器外接，也可以將電源設(shè)計(jì)到產(chǎn)品內(nèi)部，只是采用內(nèi)部電源會(huì)增大產(chǎn)品外形尺寸。

D1為PIN管，其主要功能就是完成光電轉(zhuǎn)換，配有引出光纖尾纖，帶FC/APC光纖插頭。由原理圖可見(jiàn)，12V電源經(jīng)過(guò)電阻R1、傳輸線變壓器L3、儲(chǔ)能電感L1、L2、電阻R2為PIN管提供工作電流，當(dāng)光纖中輸入不斷變化的光波時(shí)，D1中的電流會(huì)實(shí)時(shí)變化，轉(zhuǎn)換成射頻信號(hào)經(jīng)L1儲(chǔ)能，L3進(jìn)行75歐姆特性阻抗變換后經(jīng)C11耦合送D2進(jìn)行信號(hào)放大，D2為MMIC F230，具有高增益大功率的特點(diǎn)。需要將12V電壓變換成5V給F230供電，本設(shè)計(jì)案例中二級(jí)放大器均采用F230進(jìn)行信號(hào)放大。D2輸出的信號(hào)需要進(jìn)行電子衰減控制，就是AGC自動(dòng)增益控制，二極管D4、D5為雙管高頻電控型，可以通過(guò)調(diào)整偏置電壓來(lái)控制其導(dǎo)通電阻，從而達(dá)到調(diào)整信號(hào)衰減量的目的。衰減網(wǎng)絡(luò)主要由D4、D5以及電阻R9-R15構(gòu)成。AGC的檢測(cè)比較電路由以集成塊IC1、IC2（LM124）為核心構(gòu)成，其主要原理就是通過(guò)對(duì)PIN管送來(lái)的工作電流進(jìn)行檢測(cè)比較，如果PIN管的信號(hào)電流過(guò)大，IC1、IC2輸出低電壓通過(guò)（經(jīng)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)G）電阻R7、R8、電感L5控制D4、D5，由于低偏壓致使D4、D5的電阻增大，衰減網(wǎng)絡(luò)的衰減量隨之增大，從而降低了第二級(jí)放大器的輸入信號(hào)電平，致使最終輸出電平保持恒定。反之，如果PIN管的信號(hào)電流過(guò)低了，則會(huì)減低對(duì)信號(hào)電平的衰減量，以增加D7的輸出電平，最終保持終端輸出恒定。

由于光纖從機(jī)房到用戶距離較長(zhǎng)，接點(diǎn)較多，不可避免的會(huì)出現(xiàn)光功率衰減，同一個(gè)小區(qū)不同的樓棟甚至不同的用戶接收到的光功率都不盡相同，通常在-7～+2dBm范圍內(nèi)。針對(duì)這種情況，如果不設(shè)置AGC電路，當(dāng)輸入光功率為+2dBm時(shí)，光接收機(jī)輸出的射頻信號(hào)電平為94dBuV;如果輸入光功率為-7dBm時(shí)，則輸出的射頻信號(hào)電平只有74dBuV，電平過(guò)高電視機(jī)會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)紋，電平過(guò)低會(huì)使載噪比惡化，都影響正常收視效果，因此我們通常將家用型光接收機(jī)輸出電平控制在80dBuV左右。AGC電路就是能夠根據(jù)不同的輸入光功率自動(dòng)調(diào)整衰減，進(jìn)而穩(wěn)定輸出電平。AGC檢測(cè)比較電路由二塊運(yùn)放LM124組成，二組運(yùn)放8級(jí)比較以提高比較輸出的穩(wěn)定性，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)OP即連接到R4，檢測(cè)D1的工作電流，根據(jù)檢測(cè)到的不同大小的電流值與預(yù)先設(shè)置好的8個(gè)數(shù)量級(jí)的比較器對(duì)號(hào)入座進(jìn)行比較，過(guò)大則運(yùn)放輸出低電壓，過(guò)小則輸出高電壓。再以該輸出電壓控制電阻衰減網(wǎng)絡(luò)的衰減量，使最終輸出信號(hào)電平保持穩(wěn)定。

應(yīng)用該原理可以把家用型光接收機(jī)設(shè)計(jì)成不同的外形結(jié)構(gòu)，圖5就是另外一種外形結(jié)構(gòu)的接收機(jī)。其內(nèi)部電路原理和圖2雷同。

圖5 其它外形結(jié)構(gòu)家用光接收機(jī)

該設(shè)計(jì)的最大特點(diǎn)是可以使光接收機(jī)的結(jié)構(gòu)小型化甚至微型化，安裝使用及其方便。今后家用型光接收機(jī)會(huì)增加單片機(jī)嵌入控制，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊，朝著智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]廣電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GY-T 143-200《有線電視系統(tǒng)調(diào)幅激光發(fā)送機(jī)和接收機(jī)入網(wǎng)技術(shù)條件和測(cè)量方法》.

作者簡(jiǎn)介：胡志山（1978-），男，江蘇東臺(tái)人，大學(xué)本科，常州科然電子有限公司電子工程師，高級(jí)技師，主要研究方向：射頻寬帶電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)、試制。