北大光纤通信课件：3_光接收机_2

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3、光接收机 三、时钟再生（Clock Recovery） 采用 D-FF 触发器对数据进行整形可改善明显信噪比 和信号上升、下降时间，具有良好的整形效果，但这种 方法需要同步参考时钟。这就要求接收机具有同步时钟 再生功能。 同步时钟再生可采用滤波或锁相环技术。
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3、光接收机
1、滤波时钟再生技术
“基于锁相环的10.709Gbit/s时钟数据再生模块”， 电子学报，第33卷，第8期，2005年8月。 "Spectrum Conversion Phase-Locked Loops Used for 43Gbit/s 3R Optical Receivers", Microwave and Optical Technology Letters, Vol.49, No.12, pp.3017-3020, December, 2007. 11
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3、光接收机
1、滤波器整形：电路简单，对高频噪声效果好，信号上升、下降时间 延长。 对于 NRZ 码光纤通信系统，光接收器件的频率响应带宽约为系统工作 码率（B）数值的 60 ~ 70%。由于光接收器件本身就是一个低通滤波器，所 以直接调制光发射机的高频噪声分量不会对系统的接收误码率产生影响。
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3、光接收机
二、数据整形（Data Re-timing /Re-shape ） 必要性： 1、光接收单元的光电二极管一般都工作在小信号输入状态，输入信号 的信噪比较低。 2、为了减小输入总噪声功率，光电二极管以及紧随其后的前置放大器 的带宽约为输入信号比特率的 70% (NRZ)。因此，光接收单元的输出波形 并不十分理想。 数据整形的基本方法： 1、滤波器：电路简单，对高频噪声效果好，信号上升、下降时间延长。 2、限幅放大：可改善信噪比，信号上升、下降时间缩短。 3、D-FF 触发器：可明显改善信噪比，信号上升、下降时间缩短，整形 效果最好，需要参考时钟。 4、混合型。
相位检测 数据输入 D-FF 边沿检测 温度补偿 码率设置 数据输出
时钟再生（Clock Recovery）
直接/间接从数据信号中滤出同步时钟信号。 对于 RZ 码，可以直接滤出时钟信号，经放大后可供数据整形或误码 检测使用。 对于 NRZ 码，可先用滤波器滤出 1/2 时钟信号，经限幅放大后产生时 钟信号，然后供数据整形或误码检测使用。
f (t ) =
∑
n =1
∞
3R 光接收机
输入光功率检测 输入光功率告警
10 Gb/s 输入光信号
APD或PIN光电 检测器
APD高压偏置 及增益补偿电路
监控信号
前置 放大器
限幅 放大器
时钟、数据 再生
数据丢失告警(串行) 10 GHz 或 622 MHz时钟输出
10 Gb/s 串行数据输出 或16×622 Mb/s 并行数据输出
2A nπ nπ sin( )cos ( t ) = nπ 2 T
时钟信号
∑
n =1
Байду номын сангаас
∞
2A nπ sin( )cos (ω ⋅ t ) nπ 2
10101111 序列非归零码 NRZ 10101111 序列归零码 RZ
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3、光接收机
2、锁相环时钟再生技术
时钟再生（Clock Recovery）
锁相环技术是在光纤通信系统的接收机中进行时钟、数据再生 最常用的技术方案之一，目前在 43Gb/s 码率以下的应用都已经成熟。 典型产品： Lucent 公司 2488Mb/s 时钟数据再生 IC LG1600； Maxim 公司 2488Mb/s 时钟数据再生 IC Max3875； NEL 公司 10Gb/s 时钟数据再生模块 MOS43BM 等。 实验室利用锁相环技术研制了 9.953/10.709Gb/s 时钟/数据再生 模块，以及 40/43Gb/s 时钟/数据再生模块。
相位检测 数据输入 D-FF 边沿检测 温度补偿 码率设置 数据输出
90O耦合器
VCO
滤波器
“基于锁相环的10.709Gbit/s时钟数 据再生模块”， 电子学报，第33卷， 第8期，2005年8月，pp.1509-1511。 12
时钟输出
3、光接收机
2、锁相时钟再生技术
时钟再生（Clock Recovery）
3、光接收机
1、滤波器整形：电路简单，对高频噪声效果好，信号上升、下降时间 延长。
滤波前
滤波后
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3、光接收机
2、限幅放大整形：信噪比改善，信号上升、下降时间缩短 限幅放大器可选芯片：MAX264x（< 2.5GHz）、MAX326x （< 2.5Gb/s）、MAX397x （< 10Gb/s）、Agere TLMA0110G（ 10Gb/s） 限幅放大器与前置放大器之间最好采用差动方式、AC 耦合。PCB 板布 线尽量符合微波传输线要求，相位也要尽量一致。 限幅放大器的输入、输出端口如果有闲置的，必须良好匹配。
3、光接收机
3、D-FF 触发器整形；信噪比改善明显，信号上升、下降时间缩短， 整形效果最好，需要同步参考时钟。
Data-in CLK-in
D-FF
Data-out
CLK-in
Data-in
Data-out
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3、光接收机
3、D-FF 触发器整形；信噪比改善明显，信号上升、下降时间缩短， 整形效果最好，需要同步参考时钟。
3、光接收机
2、锁相时钟再生技术
时钟再生（Clock Recovery）
利用锁相技术实现的时钟/数据再生电路的原理框图如下图所示， 其中包括 D-FF 触发器、相位检测器、边沿检测器、变容管压控振荡 器（VCO）、RC滤波器、90°相移微波定向耦合器以及 VCO 温度 补偿电路和控制电路，等等。 90°相移微波定向耦合器采用微带线电路实现，微波信号通道 采用 0.047 英寸硬同轴线，输入、输出接口采用 SMA接头。VCO 控 制信号采用屏蔽线传输，以避免电磁干扰。
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2、限幅放大整形：信噪比改善，信号上升、下降时间缩短
限幅放大前
限幅放大后
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闲置端口匹配
单端输出，空闲端口 悬空。
RC 均衡 加速网络 Advantest D1386 信号发生器 D+ 时钟 双稳态 触发器 D− Vss 差动 放大器 HP 86100A 数字示波器
单端输出，空闲端口 50 Ω 匹配。