Современные оптические приемники - незаменимый элемент сетей передачи данных. Их развитие определяет технический прогресс в телекоммуникациях. Рассмотрим устройство и особенности приемников нового поколения.
Принцип работы оптических приемников
Оптический приемник преобразует световой сигнал, распространяющийся по волоконно-оптической линии, в электрический сигнал, пригодный для дальнейшей обработки и передачи по электрическим цепям.
Основными элементами оптического приемника являются:
- Фотодетектор, преобразующий свет в электрический ток
- Усилитель, увеличивающий амплитуду электрического сигнала
- Схема обработки и формирования выходного сигнала нужного уровня и спектра
В качестве фотодетектора в приемниках применяются полупроводниковые PIN-диоды или лавинные диоды APD.
PIN-диод формирует один электрон на каждый падающий фотон. Лавинный диод APD за счет внутреннего умножения носителей имеет квантовую эффективность более 100%. Однако лавинные диоды более сложны в настройке.
Структурная схема оптического приемника:
- Фотодетектор (PIN или APD)
- Предусилитель
- Основной радиочастотный усилитель
- Схема формирования выходного сигнала
- Блок питания
Такая схема позволяет получить на выходе стабильный электрический сигнал с заданными параметрами.
Технические характеристики
Рассмотрим основные технические характеристики, по которым оценивают качество оптических приемников.
Диапазон рабочих частот
Это диапазон частот электрического сигнала на выходе приемника, обычно от 5 до 1000 МГц в зависимости от области применения.
Чувствительность
Определяет минимальную оптическую мощность на входе, при которой приемник может выделить полезный сигнал. Чем выше чувствительность, тем слабее входной сигнал можно обработать.
Квантовая эффективность
Показывает, какое количество электронов генерируется на выходе приемника при попадании одного фотона на фотодетектор. Чем выше эффективность, тем выше чувствительность.
Темновой ток
Электрический ток, протекающий через фотодиод при отсутствии оптического сигнала. Является одним из источников шума.
Шумы
Характеризуют уровень помех в выходном сигнале приемника. Основные виды шумов - тепловой, дробовый, фоновый. Влияют на отношение сигнал/шум.
Быстродействие
Определяет максимальную скорость передачи данных, которую может обработать приемник без искажений. Зависит от времени нарастания выходного сигнала.
Напряжение смещения
Напряжение, которое необходимо приложить к фотодиоду для его включения. Влияет на чувствительность и быстродействие.
Динамический диапазон
Разность между максимальным и минимальным уровнями входного оптического сигнала, в пределах которой приемник может работать. Показывает устойчивость к сильным и слабым сигналам.
Выходной уровень
Амплитуда электрического сигнала на выходе приемника, измеряется в дБмкВ. Важна для согласования с последующими устройствами.
Неравномерность АЧХ
Показывает отклонение амплитудно-частотной характеристики в рабочем диапазоне частот от идеальной. Влияет на искажения сигнала.
Эти параметры в совокупности определяют качество и область применения оптического приемника.
Особенности современных моделей
Рассмотрим, какие особенности реализованы в приемниках нового поколения.
Компактные корпуса
Современные приемники выпускаются в небольших металлических или пластиковых корпусах, что позволяет экономить место при монтаже.
Стабилизация уровня сигнала
Для компенсации колебаний мощности входного оптического сигнала приемники оснащаются системами автоматической регулировки усиления (АРУ).
Регулировка параметров
Приемники имеют возможность плавной регулировки коэффициента усиления и наклона АЧХ для оптимальной настройки под конкретные условия.
Высокий уровень выходного сигнала
Использование мощных усилителей на выходе позволяет получить выходной уровень более 110-115 дБмкВ, что увеличивает максимальную длину коаксиальной линии после приемника.
Низкий уровень шумов
Применение качественных комплектующих и тщательная проработка схемы позволили снизить уровень шумов, повысив, таким образом, чувствительность.
Широкий динамический диапазон
Динамический диапазон современных моделей составляет до 15 дБ, что гарантирует устойчивую работу при сильных колебаниях входного сигнала.
Защита от перенапряжений
Встроенные схемы защиты надежно предохраняют приемник от высоковольтных импульсных помех.
Дистанционный контроль
Поддержка SNMP и других протоколов позволяет удаленно контролировать параметры приемника и оперативно реагировать на нештатные ситуации.
Резервирование
Наличие дополнительных оптических входов обеспечивает резервирование и бесперебойность работы приемника.
