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入戶型光接收機系統(tǒng)設計方案
| 發(fā)表于:2019-03-13 瀏覽898次 |
本方案主要設計的是一種有線電視網(wǎng)絡光纖入戶型光接收機，由于改進了匹配電路、去掉了可調(diào)衰減器和多余的放大電路，結(jié)構(gòu)設計簡單，使用和設備升級方便，在保證高效率的功率傳輸?shù)耐瑫r減少了信號反射，清晰度高且省電，成本低，節(jié)能環(huán)保。
入戶型光接收機是下一代廣播電視網(wǎng)絡(三網(wǎng)融合)中的主要設備，也是應用數(shù)量較大的設備，安裝于用戶的家中。入戶型光接收機系統(tǒng)設計方案的構(gòu)思劃分為五個功能塊：光電轉(zhuǎn)換功能、阻抗匹配功能、LNA放大功能、防噪聲干擾措施、增益控制功能，下面分別進行簡要的介紹。
1 光電轉(zhuǎn)換功能
光電轉(zhuǎn)換是由光探測器將接收到的入射光轉(zhuǎn)化為電流信號，在CATV光傳輸系統(tǒng)中對光探測器有如下要求:在系統(tǒng)工作的波段有很高的響應效率，即對工作波段內(nèi)入射的光信號，光探測器能輸出較大的光電流，實際上不同材料對各段波長的響應效率是不同的；有足夠的響應度，以保證信號不失真；由于光探測屬于光接收機的最前級，對系統(tǒng)的載噪比影響較大，所以要求選擇噪聲低、工作頻帶寬的光探測器；另外還要求光探測器具有可靠性高、壽命長、價格低廉等特點。由于PIN光電二極管是全耗盡型的，具有量子效率高、響應速度快、暗電流小、動態(tài)范圍大、可靠穩(wěn)定、價格低廉等優(yōu)點，本設計方案的光探測器選用了PIN光電二極管。
2 阻抗匹配功能
在有線電視網(wǎng)絡中，阻抗匹配是將不同阻抗的設備器件統(tǒng)匹配到75Ω。入戶型光接收機的阻抗匹配分為兩部分，其一是將光探測器較高的輸出阻抗匹配到LNA輸人為75Ω的阻抗上，其二是將RF輸出口的阻抗匹配到75Ω。由于入戶型光接收機接收光功率低而導致其光探測器輸出射頻信號很微弱，不利于信號傳輸處理且容易受到各種噪聲干擾，選用的阻抗匹配電路是否能將前級微弱的信號功率很好地傳輸至后級LNA電路尤其重要。
3 LNA放大功能
LNA放大器的設計是入戶型光接收機的關鍵部分，LNA放大器的性能在很大程度上決定了整個光接收機的性能。它的輸人和輸出要求與其前后級電路阻抗匹配良好，從而獲得較高的輸出增益和較低的相移，降低放大器的噪聲系數(shù)。PIN光探測器輸出的信號到達LNA的接收端時通常很微弱,尤其是入戶型光接收機常常工作于低光功率(-般都在-7dBm以下)的情況下，如果采用一般的放大器件放大，由于器件本身噪聲系數(shù)較高和其他噪聲干擾，導致信噪比劣化。為解決上述問題，系統(tǒng)需要設計一個阻抗匹配良好、低噪聲、高增益的LNA放大器。
本方案LNA采用一級高增益的砷化鎵放大器件組成的差分放大器，LNA的輸人阻抗匹配電路采用400Ω差分阻抗匹配電路，輸出經(jīng)LC阻抗匹配電路、射頻巴倫后連接至輸出口，本LNA放大器的實測噪聲系數(shù)為1.6dB, 增益為19dB, 完全滿足本項目LNA的要求。
4 防噪聲干擾措施
噪聲分為外部噪聲和內(nèi)部噪聲。外部噪聲為自然界的噪聲，對于外部噪聲，可采用合理的裝配、屏蔽等措施，使之減為最小，系統(tǒng)內(nèi)部噪聲包括熱噪聲、散彈噪聲和閃爍噪聲，主要由電阻、晶體管、電源變壓器等器件和不合理的設計結(jié)構(gòu)產(chǎn)生。本項目的外殼采用厚度為1mm的封閉鋁合金外殼，可有效減少外部人侵噪聲的干擾。本項目采用了使用外置電源適配器、機內(nèi)僅用一級LNA放大電路、輸出口的阻抗匹配電路為純LC電路等方法，有效地減少了機內(nèi)噪聲干擾。
5 增益控制功能
增益控制通常采用兩種方法，一種是手動增益控制，即通過調(diào)整--個可調(diào)電阻的電阻值直接調(diào)整輸出電平值，從而使輸出口輸出的信號電平符合實際需要；另一種是自動增益控制，是在前置放大器后接人一個PIN二極管，用光探測器的輸出電壓信號去控制這個PIN二極管，以獲得需要的電平，再進行放大，由于PIN二極管的控制電壓是根據(jù)光探測器接收光的強弱來確定的，PIN二極管輸出的電平是恒定的，使用經(jīng)過后級放大器后的電平也是恒定的，由于PIN二極管對增益的損耗較大，輸出端需要級聯(lián)多級放大器以補償被其損耗的增益。通過實際測試，本項目光探測器的輸出增益在0dBm時為62dBμV,在-16dBm時為41dBμV,然而通過LNa放大后，輸出增益達到60dBμV~8IdBuV,符合GY7T106-1996的規(guī)定，滿足系統(tǒng)要求。