引言

典型的T3/E3/STS-1信號是在短距離內(nèi)傳輸，然而，一些應用要求更長的距離。T3/E3/STS-1光纖/銅線變換器把銅線上的信號變換為在光纖鏈路傳輸?shù)墓饫w信號。一對變換器能擴展T3/E3/STS-1信號使其優(yōu)于銅線性能指標，所用的T3/E3/STS-1信號突破樓宇內(nèi)的長度限制。T3信號標準長度連接是380米，E3信號長度連接為440米，STS-1標準信號長度連接是360米，而光纖連接可達到幾英里。然而，對于在光纖中傳輸T3/E3/STS-1信號，沒有標準。典型的設計包括采用SC或ST連接器和不同波長(如850nm，1310nm和1550nm)的單?；蚨嗄９饫w。光束波長將決定工程師是否需要增強光元件設計來滿足終端用戶的應用。

為了經(jīng)光纖發(fā)送數(shù)據(jù)，首先信號必須從電信號變換為光信號。在接收器中，過程相反。大多數(shù)設計在每個方向(即TX和RX)用兩根光纖。然而，由于光的獨特性，可以用光雙工器，在一根光纖上在實現(xiàn)全雙工連接，兩個方向采用相同波長。

STS-1是同步光纖網(wǎng)絡(SONET)中傳輸?shù)幕締卧?。STS-1是OC-1銅線基版本。STS-1也稱之為EC-1。T3和E3是準同步數(shù)字序列(PDH)中的第3分層。表1為有關波特率說明。

表1   波特率與分層標準關系

    波特率    分層

    34.368Mbps-E3  PDH

    44.736Mbps-T3  PDH

    51.840Mbps-STS-1    SONET

在TDM系統(tǒng)，時鐘和數(shù)據(jù)一起的線路編碼/譯碼通常采用Manchester技術。對于光纖中的光信號調(diào)制，激光器/LED發(fā)送器/接收器用“光亮”做為邏輯1，“光滅”做為邏輯0。光接收機檢測來自光纖的信號并把光信號變換回電信號，在時鐘和數(shù)據(jù)恢復前必須放大它們。圖1示出用于光TDM系統(tǒng)的典型接收器和發(fā)送器對的框圖。

光接收器性能

在光鏈路的接收器端，PIN二極管或雪崩光電二極管(APD)變換所接收的光信號為電流信號。PIN二極管工作電壓與其他元件相同(3.3V)，而且它比APD便宜。然而，對于給定的光接收功率，PIN二極管發(fā)射電子比APD少，所以，若接收器需要放置在遠離發(fā)送器的地方，則選擇APD比較好。與PIN二極管不同，APD需要偏置電路，它需要30V~100V的反向工作電壓。除增加成本外，APD對電路會增加更多噪聲而且需要冷卻。

光電檢測器提供輸出電流到互阻放大器(TIA)。TIA變換此電流為電壓，并放大此單端電壓，然后轉(zhuǎn)換為差分信號。TIA在輸入應提供大的動態(tài)范圍和高過載容限。TIA噪聲必須降到能提供由于發(fā)射器老化和/或長傳輸距離使接收光信號變?nèi)跛仨毜母咻斎腱`敏度。為了避免由于強光信號出現(xiàn)失真所導致的誤碼，需要高過載容限。TIA的最大增益依賴于工作頻率，為了保證穩(wěn)定工作，只有在窄范圍內(nèi)使工作頻率最佳化。TIA必須接1個后置放大器，后置放大器通常稱之為限幅放大器(LA)。LA給出輸出電壓擺幅，其最大值依賴于輸入信號強度。

在LA之后是時鐘和數(shù)據(jù)恢復(CDR)單元。CDR再生原來的時鐘和數(shù)據(jù)流，對來自LA的輸入信號執(zhí)行定時和幅度電平判定。集成時鐘恢復電路遇到的問題是要滿足抖動性能指標。當幾個偽隨機位模板施加在一起時，可以從眼圖(圖2)看到相應的信號質(zhì)量。

因為CDR必須接受一定量的輸入數(shù)據(jù)抖動來達到正常的無誤差工作，所以，在線路終端的所有接收器單元和再生器，必須遵守抖動容限的建議。抖動傳輸涉及到所允許的抖動部分從CDR輸入傳輸?shù)捷敵?，而抖動的產(chǎn)生由CDR本身生成。在系統(tǒng)的每一級，恢復時鐘能夠傳輸?shù)较乱粋€再生器，使抖動得以累積。線路終端接收器不需要滿足抖動傳輸和抖動產(chǎn)生性能指標，因為再生數(shù)據(jù)與系統(tǒng)時鐘同步。

對于數(shù)據(jù)恢復，用鎖相環(huán)(PLL)來同步時鐘與數(shù)據(jù)流是重要的，這樣可保證時鐘對準數(shù)據(jù)字中心。光接收器系統(tǒng)就包含調(diào)節(jié)時鐘和數(shù)據(jù)之間相位關系的選擇方案。這將有助于減小在接收信號異步上升和下降過程中的誤碼率(BER)。

光發(fā)送器性能

在光鏈路的發(fā)送端，激光二極管或LED把電位流序列變換為光脈沖。通常在電信網(wǎng)絡中用第2和第3光窗口經(jīng)標準光纜發(fā)送信息(見圖3)。在光窗口內(nèi)，信號得益于每光纖長度單位較小的色散和較小的衰減。用“激光器驅(qū)動器”單元調(diào)制激光二極管或LED(見圖1)。

直接調(diào)制半導體激光二極管(如電子光吸收、分布反饋和Mach-Zehnder型)是一種具有高光譜純度的光源，它可工作在第3光窗口。因此，對于很長的距離和/或非常高的波特率，喜歡用激光二極管。所有用于直接調(diào)制的半導體激光器二極管都需要DC偏置電流來設置信號傳輸?shù)墓ぷ鼽c和調(diào)制電流。DC偏置和調(diào)制電流的大小取決于激光二極管的特性，激光二極管不同型號其特性是不同的。

為了補償激光器的漂移(隨時間和溫度的變化)，其激光器驅(qū)動器必須保持最初調(diào)節(jié)的DC工作點。為了補償，通常把自動功率控制(APC)集成在激光器驅(qū)動器內(nèi)。為了檢測有效的激光器輸出功率，一個內(nèi)部監(jiān)控光電二極管把激光器光信號變換為成比例電流并反饋到激光器驅(qū)動器與輸出設置點比較。任何差別會導致DC偏置電流增大或減小，以便穩(wěn)定在原來的設置點。

另外，還必須補償由時間和溫度引起的光信號強度的變化。這可用其他外部電路或集成的自動調(diào)制控制(AMC)來解決。AMC通常使用APC環(huán)路中監(jiān)控器光電二極管。除這些功能外，系統(tǒng)必須把驅(qū)動器斷開，而不是用中斷輸入端的數(shù)據(jù)接收來停止激光器傳輸。

專用系統(tǒng)框圖

以下給出了針對上述準則進行優(yōu)化處理，采用Maxim/Dallas器件實現(xiàn)的完整系統(tǒng)。圖4示出T3/E3/STS-1工作的光收發(fā)器信號鏈路。在光接收器端，選用MAX3657做為TIA，AC耦合輸出可減小漂移。MAX3645是LA，帶有信號丟失檢測器。在LA之后的低通濾波器是4階Besel或線性相位LPF，dB頻帶截止點按照波特率的80%選擇。CDR器件需要采用Manchester譯碼，輸出為CMI/PECL差分信號或單端時鐘和數(shù)據(jù)。CMI/PECL差分到單端雙極性時鐘和數(shù)據(jù)變換器單元，對調(diào)理DS3150LIU信號到同軸線發(fā)送是必須的。

在光發(fā)送器端，選用帶APC的MAX3667做為LD。也需要單端雙極性到CMI/PECL的差分變換器從DS3150LIU(從同軸線接收信號)取時鐘和數(shù)據(jù)流。在圖4所示的系統(tǒng)中只有T3/E3/STS-1收發(fā)器的一邊。所需的另外一組允許全雙工工作。若光電二極管用APD替代PIN二極管，則MAX1932可提供偏置并可由MAX1968控制。

有關T3/E3/STS-1光纖通信的問題，可聯(lián)絡電信工程師：telecom.support@dalsemi.com。從www.maxim-ic.com/telexom可獲得更多的DS3150信息。從www.maxim-ic.com/fiber可獲得更多的MAX3657、MAX3645、MAX3647、MAX1832或MAX1968信息。