Аналогові та цифрові оптичні передавальні пристрої
Информация - Компьютеры, программирование
Другие материалы по предмету Компьютеры, программирование
Аналогові та цифрові оптичні передавальні пристрої
1. Аналогові оптичні передавальні пристрої
По аналогових ВОСП ведеться передача одно- та багатоканальних телевізійних сигналів ( наприклад, в системах кабельного телебачення, сигнали різноманітних вимірювальних систем, групові сигнали систем передачі з частотним розподілом каналів). В аналогових ВОСП потрібен випромінювач з лінійною ват-амперною характеристикою. У звязку з цим в аналогових системах частіше використовуються передавальні пристрої на основі світлодіодів та суперлюмінісцентних світлодіодів. Ці випромінювачі мають меншу, ніж у лазерів потужність та широкий спектр випромінювання.
Робоча точка для обох видів випромінювачів вибирається на середині лінійних дільниць вихідної характеристики цих випромінювачів. Такою характеристикою є ват-амперна характеристика ДОВ. У цьому разі незалежно від типу випромінювача використовується схема включення ДОВ з постійним зміщенням (рис. 1).
Рисунок 1 - Схема включення ДОВ із зміщенням
На рис.2а, б наведені положення робочої точки та епюри вхідних сигналів для світлодіода (рис.2а) та лазерного випромінювача (рис.2 б).
Рисунок 2 Положення робочої точки на ВтАХ випромінювача: а)світлодіода; б) лазерного випромінювача (пунктирною лінією позначена ідеальна характеристика СД, суцільною реальна)
На рис. 3 наведена одна з досить простих принципових схем аналового ОПерП. У схемі використано підсилювальний каскад на біполярному транзисторі, який включено за схемою з загальним емітером. Він перетворює вхідну напругу, що подається на базу в колекторний струм, який протікає через джерело випромінювання. Такий каскад і є генератором струму накачування або перетворювачем напруга-струм.
Зміщення бази вибирається таким чином, щоб каскад працював в класі А, в цьому разі струм колектора транзистора (він же струм накачування) буде змінюватися пропорційно вхідному сигналу від його мінімального до максимального значення в межах лінійної частини ват-амперної характеристики випромінювача (рис. 2а,б). Ця схема в залежності від типів транзистора та випромінювача дієздатна у діапазоні частот модуляції до 100 МГц. Модуляція здійснюється у класі А (рис.1), вираз для індексу модуляції має вигляд
. (1)
Внаслідок нелінійності реальної ВтАХ виникають нелінійні спотворення: з?являються вищі гармоніки та комбінаційні складові.
Нелінійні спотворення погіршують характеристики аналогових ВОСП, оскільки форма прийнятого сигналу може суттєво відрізнятися від переданого.
Аналогові ВОСП головним чином застосовуються у системах кабельного телебачення. При передачі телевізійних сигналів особливі вимоги ставляться до амплітудних та фазових спотворень. Фазові спотворення призводять до порушення відтворення кольору. Амплітудні спотворення призводять до зміни амплітуди сигналу кольоровості при зміні сигналу яскравості. Кількісною характеристикою амплітудних та фазових спотворень є диференційна амплітуда та диференційна фаза. Вони визначаються як максимальні зміни амплітуди та фази піднесучої при зміні сигналу яскравості в інтервалі між рівнями чорного та білого. Таким чином, диференційне підсилення дорівнює (у відсотках)
%, (2)
а диференційна фаза
. (3)
При цьому струми I0 та I?0 змінюються у робочому діапазоні струмів накачування джерела випромінювання. У (2) та (3) P(I) та ?(I) оптична потужність та фазова затримка, що вноситься світлодіодом при струмі накачування I; I0- струм постійного зміщення, I?0- сума струмів постійного зміщення та змінної складової сигналу.
У відповідності з технічними вимогами значення диференційного підсилення та фази в замкнутих системах кабельного телебачення не повинні перевищувати 10% і 10о (система PAL) та 10% і 5о (система NTSC). Місцеві (локальні лінії) припускають максимальні викривлення 1% і 1о. У сучасних світлодіодах та суперлюмінісцентних світлодіодах на основі арсеніду галію значення диференційного підсилення та диференційної фази сягають відповідно 20% та 10о. Таким чином, необхідна компенсація (корекція) нелінійних спотворень в аналогових ОПерП. Існує декілька методів зниження нелінійних спотворень.
Зменшити нелінійні спотворення можна за допомогою зниження індексу модуляції m (3). Однак цей засіб призводить до погіршення відношення сигналу до шуму під час прийняття, що примушує зменшувати довжину лінії передачі для збереження потрібної якості звязку.
Одним з досить простих засобів зниження нелінійних спотворень є введення попереднього спотворення. В електричний сигнал, що передається, вводять попередні спотворення, протилежні тим, які вносить при модуляції джерело випромінювання. У загальному випадку сутність засобу введення попередніх спотворень можна пояснити. Для компенсації нелінійних спотворень вихідна характеристика ланцюга попереднього спотворення (F2) повинна бути симетричною такій же характеристиці (F1) випромінювача відносно бісектриси першого координатного кута.
У загальному випадку нелінійну ВтАХ характеристику можна апроксимувати ступеневим поліномом
, (4)
де Pвх-узагальнений вхідний параметр сигналу без попереднього спотворення.
Аналогічний вигляд має поліном, яким потрібно апроксимувати амплітудну характеристику