DC-10Mbps超低速突發(fā)模式非均衡碼光接收機(jī)設(shè)計(jì).pdf

1、現(xiàn)代社會(huì)對通信的依賴性越來越大，作為當(dāng)代通信領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，光系統(tǒng)、光器件以及光電集成電路等光通信技術(shù)已成為國際和國內(nèi)光纖通信領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和應(yīng)用熱點(diǎn)。隨著主要光電子器件成本的不斷降低，光纖作為主要媒介的通信傳輸模式的應(yīng)用越來越廣泛，原有基于同步連續(xù)的光傳輸模式已不能適應(yīng)日益擴(kuò)大的應(yīng)用需求。 隨著寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入需求的不斷增加，作為解決“最后1英里”問題的光纖到戶(fibers-to-the-home，F(xiàn)FTH)的網(wǎng)絡(luò)寬帶化建設(shè)迫

2、在眉睫。FTTP首選的無源光網(wǎng)絡(luò)(passiveopticalnetwork，PON)數(shù)據(jù)傳輸所具有的突發(fā)性和“0”“1”非均衡性對已經(jīng)非常成熟的基于同步連續(xù)均衡傳輸模式的光接收機(jī)模塊提出重大挑戰(zhàn)。非均衡性導(dǎo)致傳統(tǒng)接收機(jī)中交流耦合必須被全直流耦合所代替，而突發(fā)性必然要求光接收機(jī)具有高的響應(yīng)速度，以盡可能減少比特丟失。同時(shí)突發(fā)模式的光傳輸通信也向諸如工業(yè)監(jiān)控、電力監(jiān)控和視頻監(jiān)控系統(tǒng)等低速率和長距離、但對可靠性和抗干擾能力要求很高的應(yīng)用場合

3、擴(kuò)展。采用光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸可以發(fā)揮光纖傳輸距離長且極強(qiáng)的抗干擾能力，從而在惡劣的工業(yè)制造環(huán)境中提供穩(wěn)定、可靠的通信線路，避免因使用金屬電纜線路受電磁干擾而導(dǎo)致通信中斷的危險(xiǎn)。因此，突發(fā)模式非均衡碼的光收發(fā)芯片研制具有很高的研究價(jià)值和應(yīng)用前景。 近年來，工業(yè)及電力自動(dòng)化光網(wǎng)連接的需求激增，對光模塊的需求不斷擴(kuò)大。由于這種系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)流正是突發(fā)模式傳輸?shù)摹?”“1”非均衡性碼，基于均衡碼和連續(xù)傳輸模式設(shè)計(jì)的通用接收機(jī)模塊無法適用。

4、雖然可將數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)專用線路編碼芯片編為均衡碼后再采用通用收發(fā)模塊處理，但這樣增加了成本和系統(tǒng)開銷。目前，專門為此類系統(tǒng)開發(fā)的商用芯片數(shù)量稀少、價(jià)格昂貴。因此國內(nèi)主要模塊廠商的產(chǎn)品方案基本上都是采用分立結(jié)構(gòu)加比較器的方式實(shí)現(xiàn)，造成靈敏度和過載都無法得到優(yōu)化，影響了傳輸距離和適用范圍。且長的連“0”信號(hào)或無信號(hào)發(fā)送時(shí)，無告警功能。因此，市場迫切需求一種適用于該系統(tǒng)應(yīng)用的價(jià)格適中、性能滿足要求并帶有告警功能的光收發(fā)模塊。 因此，本文作

5、者與江蘇新志光電有限公司合作，創(chuàng)新性地提出了一種可處理非均衡碼和突發(fā)數(shù)據(jù)流傳輸特性的光接收機(jī)系統(tǒng)方案。該方案省卻了線路編碼，既滿足靈敏度設(shè)計(jì)要求，義通過引入新型自動(dòng)增益控制實(shí)現(xiàn)過載優(yōu)化，并能提供長連“0”信號(hào)或無信號(hào)的自動(dòng)告警功能。 根據(jù)工控電力系統(tǒng)要求，接收到的是非常微弱的電流信號(hào)，而輸出則需要達(dá)到CMOS/TTL數(shù)字信號(hào)電平。因此，這是一個(gè)典型的數(shù)?；旌舷到y(tǒng)。全集成時(shí)，模數(shù)信號(hào)之間的串?dāng)_會(huì)大大降低光接收機(jī)靈敏度。所以，除了提

6、出全新系統(tǒng)方案外，本課題還詳細(xì)研究了混合信號(hào)單片集成電路的靈敏度優(yōu)化方法，重點(diǎn)分析了導(dǎo)致靈敏度降低的兩個(gè)重要因素：器件噪聲和數(shù)模信號(hào)干擾。在此基礎(chǔ)上，提出了電路、版圖和印刷電路板三個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段噪聲的控制和優(yōu)化方法。由此實(shí)現(xiàn)的集成電路測試達(dá)到了優(yōu)于-30dBm靈敏度的預(yù)期指標(biāo)要求，與沒計(jì)階段的仿真分析結(jié)果非常吻合。該靈敏度遠(yuǎn)優(yōu)于目前國內(nèi)分立器件設(shè)計(jì)的模塊，達(dá)到甚至超過了國外同類型產(chǎn)品。 該論文課題是由江蘇新志光電公司經(jīng)過詳盡的市

7、場調(diào)查后立項(xiàng)，旨在填補(bǔ)突發(fā)模式非均衡碼光接收模塊的國內(nèi)空白。課題中的各種指標(biāo)及設(shè)計(jì)要求，均按產(chǎn)品要求提出，并經(jīng)過客戶認(rèn)證。工作速率滿足工控電力系統(tǒng)目前所有可能的速率要求，即DC～10Mbps。全直流耦合方式保證了其對于DC信號(hào)的處理能力。芯片各種可能的工作方式，環(huán)境和工藝角的影響在設(shè)計(jì)階段都得到了充分的仿真驗(yàn)證。芯片采用華潤上華CSMC0.5μmCMOS混合信號(hào)工藝流片后，其綁定、封裝、印刷電路板的制作和測試都有嚴(yán)格的產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)流程控制。