如何设计光纤收发器的相关应用电路？

光纤电路的收发器设计是复杂的电路设计，需要选择收发器组件以适应损耗以及激光二极管和光电二极管的动态范围。可以根据它们的相对输出功率和灵敏度简单地选择这些组件，但是光纤电路损耗也会加剧这些组件的局限性。确定光纤电路中的插入损耗预算后，即可确定相关组件的电路功率预算。“电路功率预算”与“插入损耗预算”可以互换使用，并且这两个术语肯定是相关的。确定插入损耗预算后，就可以选择合适的Tx激光二极管来沿光纤发送数据脉冲，并且可以确定激光二极管的输出功率范围。在收发器设计中，需要仔细将其与接收光电二极管配对。

尽管光纤电缆中的电磁和光学行为可能会变得非常复杂，但是光纤电路的设计却非常简单。从光学的角度来看，只有三个关键组件：

激光二极管：这会沿光纤发送光数据脉冲。

光纤：光纤的几何形状将决定波长(最小频率)和通道数(以MMF为单位)。

光电二极管：接收光电数据脉冲并将其转换为电信号。显然，构建收发器模块还需要其他光学和电子组件。诸如透镜和耦合器之类的光学组件对于发送和检测数据脉冲很重要，而在MMF中进行多路复用/多路分解则需要衍射光栅。这些都会给光学系统增加一些损耗，在配对发射器和接收器组件时需要考虑这些损耗。

在设计光纤电路时，通常首先选择光纤的类型，因为这受电路长度和电路将在其中运行的网络类型的限制。因此，您需要首先确定插入损耗预算，然后才能专注于配对激光二极管，光电二极管和其他光学组件。这是确定插入损耗预算作为整体电路功率预算一部分的方法。确定收发器所需的Tx和Rx组件后，就需要设计和仿真驱动器和接收器电路。接收器电路非常简单，基本上是带有低噪声放大器的雪崩光电二极管电路。放大器的线性范围和光电二极管的负载线将定义收发器的动态范围。发送器侧的驱动电路需要具有低相位噪声，以确保数字数据具有低抖动。

光纤收发器电路图

快速以太网光纤收发器不仅大大简化局域网的设计，而且可以保护原有铜缆LAN设备的投资，成为当前市场的迫切需要。光纤收发器可让设计者实现单模千兆位以太网应用的解决方案。该产品由三部分构成：光发射器、光接收器以及内置双工SC连接器的机盒。发射器包含一个符合GE LX规范的1300nm激光器，它是由一个定制的、硅双极IC驱动的，将差分PECL逻辑信号变换为激光二极管模拟驱动信号。接收器含有一个InP— PID光电二极管，它与一个定制的硅双极跨导型前置放大器IC安装在一起，并连接至后置放大器与数字化电路。后置放大器中设置的信号检测电路，一旦检测到有用的光信号就提供一个PECL逻辑高信号，这个单端PECL输出通过一个负载驱动标准PECL输出。机盒由高强度、抗热、抗化学腐蚀和良好阻燃性的塑料制成，整体设计有极高的抗干扰和EMI性能。

数据线互连

该收发器可直接与+5V PECL信号互连。发射器输入是直流耦合至激光器驱动电路的，亦即在输入处，并未设置电容耦合终端电阻。激光器的驱动电路也是直流耦合的，使各种占空比数据图形的输出光功率相对地平衡。如果数据具有长又连续的状态时间，输出光功率则会渐渐地将其平均值改变至它的预设值。

在接收器部分，前置放大器与后置放大器之间是交流耦合的，而后置放大器输出的实际数据是直流耦合至各自的输出引脚。信号检测输出是单端、+5V PECL信号，也是直流耦合至它的输出引脚。当然，在收发器与支持的物理层集成电路之间应设置正确的互连电路。

电子部件符合各项有关的法规，让用户在使用时更安全、更可靠。静电放电(ESD)。防止ESD损坏有两件重要的事项。一是对ESD敏感的器件应采取相应的预防措施，采用接地的跨接线，操作台和地板是防静电的。二是机壳中暴露在外部的元件，如双ISC连接器应符合强制性的系统级ESD测试标准。电磁干扰(EMI)。高速收发器应满足抗电磁干扰要求，如美国的FCC、欧洲的CENELEC EN55022(CISPR22)、日本的VCCI等。电子部件要控制电磁辐射来减少对邻近设备的干扰。EMI性能还依赖于机壳的设计和电路板在机壳内的正确安装。