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光接收機(jī)主要的性能指標(biāo)是誤碼率（BER）、靈敏度以及動(dòng)態(tài)范圍。

誤碼率是指在一定的時(shí)間間隔內(nèi)，發(fā)生差錯(cuò)的脈沖數(shù)和在這個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)傳輸?shù)目偯}沖數(shù)之比。例如誤碼率為10-9表示平均每發(fā)送十億個(gè)脈沖有一個(gè)誤碼出現(xiàn)。光纖通信系統(tǒng)的誤碼率較低，典型誤碼率范圍是10-9到10-12。

光接收機(jī)的誤碼來自于系統(tǒng)的各種噪聲和干擾。這種噪聲經(jīng)接收機(jī)轉(zhuǎn)換為電流噪聲迭加在接收機(jī)前端的信號(hào)上，使得接收機(jī)不是對(duì)任何微弱的信號(hào)都能正確接收的。

接收機(jī)靈敏度的定義為：在滿足給定能的誤碼率指標(biāo)條件下，最低接收的平均光功率 Pmin。在工程上常用絕對(duì)功率值（dBm）來表示，即

在長期的使用過程中，接收機(jī)的光功率可能會(huì)有所變化。因此要求接收機(jī)有一個(gè)動(dòng)態(tài)范圍。低于這個(gè)動(dòng)態(tài)范圍的下限（即靈敏度），將產(chǎn)生過大的誤碼；高于這個(gè)動(dòng)態(tài)范圍的上限（又叫做接收機(jī)的過載功率），在判決時(shí)亦將造成過大的誤碼。顯然一臺(tái)質(zhì)量好的接收機(jī)應(yīng)有較寬動(dòng)態(tài)范圍。在保證系統(tǒng)的誤碼率指標(biāo)要求下，接收機(jī)的最低輸出光功率（用dBm來描述）和最大允許輸入光功率（用dBm來描述）之差（dB）就是光接收的動(dòng)態(tài)范圍。

光接收機(jī)的靈敏度主要由光接收機(jī)的噪聲決定。噪聲主要來自于檢測(cè)器和放大器的噪聲，有以下幾種類型。

1.    散粒噪聲：

當(dāng)光進(jìn)入光電二極管時(shí)，光子的產(chǎn)生和結(jié)合具有統(tǒng)計(jì)特性，使得實(shí)際電子數(shù)圍繞平均值的起伏，這種噪聲稱為散粒噪聲。

2．熱噪聲：

起源于電阻內(nèi)的電子的熱運(yùn)動(dòng)，即使沒有外加電壓，由于電子熱運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)性，使得電子的瞬間數(shù)目圍繞它的平均值起伏。

3．暗電流噪聲：

光電二極管在反偏壓條件下，即使處于沒有光照的環(huán)境中，電路中也會(huì)有反向直流電流，叫做暗電流。對(duì)一個(gè)接收機(jī)來說，暗電流決定了其可探測(cè)的信號(hào)功率水平的噪聲基底。暗電流的典型值為幾nA。如果暗電流達(dá)到了100nA，可能會(huì)引起嚴(yán)重的問題。

在接收機(jī)的理論中，中心的問題也是如何降低輸入端的噪聲、提高接收靈敏度。靈敏度主要取決于光電檢測(cè)器的響應(yīng)度以及檢測(cè)器和放大器引入的噪聲。因此，噪聲的分析和靈敏度的計(jì)算也是本章重點(diǎn)討論的問題。

在有線電視HFC網(wǎng)絡(luò)中，光接收機(jī)通常位于光纖接點(diǎn)和有線電視的前端位置，它的主要功能是把光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)镽F信號(hào)，前面已經(jīng)詳細(xì)講述了光探測(cè)器、光接收組件的原理及應(yīng)用。光探測(cè)器是實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量的優(yōu)劣決定了光接收機(jī)的性能指標(biāo)與檔次，光接收組件是光探測(cè)器與前置放大器的組合，在光接收機(jī)中，無論是分離組件還是一體組件，該部分的成本比重都比較大，與光發(fā)射機(jī)的激光器一樣，不僅決定了光接收機(jī)的性能指標(biāo)，還將決定光接收機(jī)的價(jià)格。光接收的整機(jī)組成主要由光接收組件、功率放大模塊及其附屬功能電路組成，除光接收組件外，功率放大模塊是光接收機(jī)的第二大核心元件。即使是采用相同的組件，由于采用不同檔次、不同價(jià)位的放大模塊組合，整機(jī)也會(huì)有顯著不同。有線電視技術(shù)發(fā)展到今天，光接收機(jī)采用分離元件制作放大模塊已不多見，基本上全采用集成一體化組件結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)模塊大多屬于厚膜集成電路，它是用絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)等工藝在同一陶瓷基片上制作無源網(wǎng)源，并在其上組裝分立的半導(dǎo)體芯片或單片集成電路、放大三極管管芯等，另外再外加塑料密封，防止潮氣、雜質(zhì)的進(jìn)入。

一、光接收機(jī)常用的放大模塊介紹

能用于光接收機(jī)的模塊有眾多型號(hào)，排除品牌命名的差異，根據(jù)放大模塊的增益劃分有14dB、18dB、20dB、22dB、27dB等，用于單模塊放大器的34dB的放大模塊在光接收機(jī)中少有應(yīng)用，當(dāng)然也不排除低檔光接收機(jī)應(yīng)用的可能。根據(jù)放大模塊具體放大電路結(jié)構(gòu)的不同劃分：有推挽放大模塊、功率倍增放大模塊兩種，而根據(jù)放大元件工藝的不同，放大模塊又分為硅放大工藝、砷化鎵工藝兩種，在光接收機(jī)中采用的模塊的命名，一般以推挽和功率倍增為主要區(qū)分，同時(shí)附加增益的差異與器件工藝，如果不說是砷化鎵工藝模塊則所說的放大模塊一般都是指硅工藝。

1．推挽放大模塊的原理及結(jié)構(gòu)。在實(shí)用的放大電路中，三極管的集電極并非總有電流流過，根據(jù)集中極電流導(dǎo)通時(shí)間的長短，通常把放大器分成甲類、乙類、丙類等。在輸入信號(hào)的整個(gè)周期中都有電流流過集電極的放大器稱為甲類放大器；只有在輸入信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)有集中極電流的放大器稱為乙類放大器；在小于輸入信號(hào)半個(gè)周期內(nèi)有集中極電流的放大器稱為丙類放大器。在許多實(shí)用的放大電路中，為了提高放大效率通常都需要把工作點(diǎn)移到截止區(qū)，即采用半周導(dǎo)通的乙類工作狀態(tài)，這時(shí)若仍采用一個(gè)晶體管，輸出信號(hào)中將只出現(xiàn)一半波形，將發(fā)生嚴(yán)重的截止失真。為了解決這個(gè)問題，可采用兩只特性完全相同的晶體管，使其中一只晶體管在正半周導(dǎo)通，另一晶體管在負(fù)半周導(dǎo)通，最后在負(fù)載上合成完整波形，這就是推挽放大電路。下圖是推挽放大電路的結(jié)構(gòu)示意圖：

輸入信號(hào)經(jīng)過高頻傳輸變壓器B1，反相加在晶體管VT1和VT2上，被放大后各自在半個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生半個(gè)波，在變壓器B2上反相疊加，重新合成完整波形輸出，由于輸出信號(hào)反相疊加，其中的直流分量和非線性失真中的偶次諧波互相抵消。降低了直流工作點(diǎn)，使變壓器中流過電流減少，從而體積可以做得較小，進(jìn)一步提高了放大器的輸出功率和效率；更為重要的是，偶次諧波的抵消，減少了放大器的非線性失真，對(duì)提高有線電視系統(tǒng)的非線性失真指標(biāo)具有重要意義。在實(shí)際應(yīng)用中，通常采用兩組推挽電路并接的方法，構(gòu)成橋式結(jié)構(gòu)，則每級(jí)推挽電路在負(fù)載上的直流電壓可抵消，從而簡化電路結(jié)構(gòu)。在推挽電路中，兩個(gè)極性相同晶體管的特性應(yīng)盡可能一致，兩個(gè)極性相反晶體管的特性應(yīng)盡可能互補(bǔ)，才能最大限度的抵消輸出信號(hào)中的偶次諧波失真，若在電電路中引入負(fù)反饋，非線性失真還可進(jìn)一步減小。

下圖是商用化模塊常采用的電路結(jié)構(gòu)。

該模塊用了共射——共基極放大推挽輸出，4個(gè)NPN型晶體管兩兩接成共射—共基極組合放大電路，它們?cè)偻ㄟ^輸入、輸出變壓器接成推挽電路。共射—共基電路的特點(diǎn)是：簡單高效，在選定最佳e極電流的情況下，此電路能有效的減小集電極非線性及e—b結(jié)非線性。此電路采用低射極電阻和高并聯(lián)電阻取得高增益，又由于采用了低噪聲晶體管使模塊的噪聲系數(shù)降到了盡可能低的程度?？傊撾娐芳辛斯采洹不M合電路和推挽電路的優(yōu)點(diǎn)，電路的工作頻率得到提高，最大帶寬目前做到1GHZ，對(duì)于14—22dB增益的模塊基本上采用一級(jí)推挽結(jié)構(gòu)，對(duì)于27—34dB的高增益放大模塊通常采用兩極推挽結(jié)構(gòu)組成，兩級(jí)推挽的放大電路完全類似，這樣第一級(jí)推挽的放大增益可達(dá)22dB，二級(jí)放大增益可達(dá)34dB以上。

2．功率倍增放大模塊的結(jié)構(gòu)及原理。

功率倍增放大模塊在光接收機(jī)中有大量應(yīng)用，主要用于光接收機(jī)的輸出級(jí)，提高整機(jī)的帶負(fù)載的能力。按增益的不同劃分，通常有三種功率倍增模塊：14dB、18dB、20dB。其中20dB增益功率倍增模塊較為常見。功率倍增模塊的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是用2個(gè)普通的IC放大級(jí)并聯(lián)。其輸入端有一個(gè)分路器，輸出端有一個(gè)合成器，理論上其各引入大約3dB的損耗，因而送到每個(gè)IC放大級(jí)的輸入信號(hào)比送到這個(gè)放大模塊的輸入信號(hào)低3dB，兩個(gè)并聯(lián)級(jí)各將信號(hào)放大，它們的輸出再合成起來，因?yàn)閮蓚€(gè)信號(hào)是同相位的，是電壓相加，因此輸出信號(hào)電平比用一級(jí)的增益提高了6dB，但在合成器中降低了3dB。由于每一個(gè)IC級(jí)的輸入信號(hào)因分路器又降低了3dB，因此，所有這些的最終結(jié)果是倍功率增益放大器與其中任一個(gè)單獨(dú)的IC放大器的增益完全相同，然而每個(gè)IC實(shí)際工作在比額定輸出低3dB的電平上，失真就降低了6dB。低失真是功率倍增放大技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。但由于采用兩個(gè)IC放大級(jí)并聯(lián)，功率消耗就加倍了，同增益的功率倍增模塊的工作電流是推挽放大模塊的2倍，因而功率