激光器及其驱动器电路原理与光模块核心电路设计
激光器及其驱动器电路原理与光模块核心电路设计
武汉电信器件有限公司
模块开发部 王松
摘要：本文描述了激光器及其驱动、APC及消光比温度补偿电路原理与光模块核心电路设计技术，并简单介绍了半导体激光器的基本结构类型和各自应用特性，着重论述了激光器驱动电路、APC电路、消光比温度补偿电路原理与应用技术，对激光器调制输出接口电路信号与系统也进行了详细的分析计算。
关键词：半导体激光器，驱动，调制电路，APC，温度补偿，阻抗匹配，信号分析，系统 1. 引言
随着全球信息化的高速发展，人们的工作、学习和生活越来越离不开承载着大量信息的网络，对网络带宽的要求还在不断提高，光载波拥有无比巨大的通信容量，预计光通信的容量可以达到40Tb/s，并且和其他通信手段相比，具有无与伦比的优越性，未来有线传输一定会更多的采用光纤进行信息传递。近几年以来，干线传输、城域网、接入网、以太网、局域网等越来越多的采用了光纤进行传输，光纤到路边FTTC、光纤到大楼FTTB、光纤到户FTTH、光纤到桌面FTTD正在不断的发展，光接点离我们越来越近。在每个光接点上，都需要一个光纤收发模块，模块的接收端用来将接收到的光信号转化为电信号，以便作进一步的处理和识别。模块的发射端将需要发送的高速电信号转化为光信号，并耦合到光纤中进行传输，发射端需要一个高速驱动电路和一个发射光器件，发射光器件主要有发光二极管（LED）和半导体激光器（LD）。LED和LD的驱动电路有很大的区别，常用的半导体激光器有FP、DFB 和VCSEL三种。WTD光模块通常所用发射光器件为FP和DFB激光器。
2. 半导体激光器
半导体激光器作为常用的光发射器件，其体积小、高频响应好、调制效率高、调谐方便，且大部分激光器无需制冷，是光纤通信系统理想的光源。激光器有两种基本结构类型：（1）边缘发射激光器，有FP（Fabry-Perot）激光器和分布反馈式（DFB）激光器。FP 激光器是应用最广的一种激光器，但是其噪声大，高频响应较慢，出光功率小，因此FP 激光器多用于短距离光纤通信。而DFB 激光器则具有较好的信噪比，更窄的光谱线宽，更高的工作速率，出光功率大，因此DFB 激光器多用在长距离、高速率光传输网络中。（2）垂直腔面发射激光器（VCSEL），是近几年才成熟起来的新型商用激光器，有很高的调制效率和很低的制造成本，特别是短波长850nm 的VCSEL，在短距离多模光纤传输系统中现在已经得到非常广泛的应用。 2.1 光电特性
半导体激光器是电流驱动发光器件，只有当激光器驱动电流在门限（阈值）电流以上时，半导体激光器二极管才能产生并持续保持连续的光功率输出，对于高速电流信号的切换操作，一般是将激光器二极管稍微偏置在门限（阈值）电流以上，以避免激光器二极管因开启和关闭所造成的响应时间延迟，从而影响激光器光输出特性。激光器光功率输出依赖于其驱动电流的幅度和将电流信号转换为光信号的效率（激光器斜效率）。激光器是一个温度敏感器件，其阈值电流th I 随温度的升高而增大，激光器的调制效率（单位调制电流下激光器的出光功率，量纲为mW/mA）随温度的升高而减小。同时激光器的阈值电流th I 还随器件的老化时间而变大，随器件的使用时间而变大。
激光器二极管的阈值电流和斜效率与激光器的结构，制作工艺，制造材料以及工作温度密切相关，随着温度的增加。
激光器二极管的阈值电流th I 定义为激光器发射激光的最小电流，th I 随着温度的升高呈现指数形式增大，下面的等式是th I 关于温度的函数，通过此等式可对激光器阈值电流进行估算：
1
01()*t
t th I t I K e =+ （2.1.1） 其中，0I 、1K 和1t 是激光器特定常数，例如，DFB 激光器0I =1.8mA, 1K =3.85mA, 1t =40℃。 激光器斜效率Se （Slope efficiency）定义为激光器输出光功率与输入电流的比值， Se 随着温度的升高呈现指数形式减小，下面的等式是Se 关于温度的函数，通过此等式可对激光器斜效率进行估算：
0()*s
t
t Se t Se Ks e =? （2.1.2） 同样，以DFB 激光器为例，其典型温度s t ≈40℃，其它两个激光器常数为0Se =0.485mW/mA,
Ks =0.033mW/mA。
激光器的两个主要参数：阈值电流th I 和斜效率Se 是温度的函数，且具有离散性。 激光器工作（前向）电压F V 和激光器电流L I 之间的关系可用普通半导体二极管的电
压-电流输入输出特性进行建摸：
*F
T
V V L S I I e η≈ （2.1.3）
其中，S I 为二极管饱和电流，T V 为与温度有关的电压，η为结构常数，当驱动电流达到激光器二极管阈值电流附近或者以上时，激光器电压-电流关系近似于线性关系。
激光器电流，前向电压和光功率输出关系如图2.1.1所示。
图2.1.1 激光器电流，前向电压和光功率输出关系示意图
由图2.1.1不难看出：
Ⅰ.当L I ＜th I 时，激光器正向（前向）电压F V 随L I 的增大急剧增大；
Ⅱ.当L I ＝th I 时，激光器正向（前向）电压F V 达到激光器能带隙电压BG V ,激光器处于临界工作状态；
Ⅲ.当L I ＞th I 时，激光器工作在P I ?曲线线性区，其正向（前向）电压F V 随L I 的增大缓慢增大。
Ⅳ.当L I ＜th I 时，L R 随L I 的增大急剧快速变小；
Ⅴ.当L I ≥th I 时，L R 随L I 的增大缓慢变小（在线性工作区激光器L R 一般为4～6ohms）。
Ⅵ.当1t ＜2t 时, 1()th I t ＜2()th I t ,1()S t ＞2()S t 。
激光器二极管的简单模型如图2.1.2所示，在模型图中，直流偏置电压BG V 是与激光器二极管能带隙电压相关联的电压，L R 代表二极管动态电阻，I 代表流过激光器二极管的总电流（注意：流过激光器二极管的总电流与流过激光器的总电流是两个不同的电流），当
驱动电流在门限值以上时，激光器二极管输出光功率0P 可表示为：
0*()th P S I I =? （1.1.4）
图2.1.2 简化激光器二极管等效电路示意图
2.2 调制特性
半导体激光器是光纤通信的理想光源，但在高速脉冲调制下，其瞬态特性仍会出现许
多复杂现象，如常见的电光延迟、张弛震荡和自脉动现象。这种特性严重限制系统传输速率和通信质量，因此在进行电路设计时要给予充分的考虑。 2.2.1 电光延迟和张弛震荡现象
半导体激光器在高速脉冲调制下，输出光脉冲瞬态响应波形如图2.2.1所示。输出光脉冲和注入电脉冲之间存在一个初始延迟时间，称为电光延迟时间d t ，其数量级一般为ns。当电流脉冲注入激光器后，输出光脉冲会出现幅度逐渐衰减的振幅，称为张驰震荡，其震荡
频率r f ()2r w
π
=一般为0.5～2GHz。这些特性与激光器有源区的电子自发复合寿命和谐振腔
内光子寿命以及注入电流初始偏差量有关。
d
t r
w
图2.2.1 光脉冲瞬态响应波形
电光延迟和张弛震荡的后果是限制调制速率。当最高调制频率接近张弛震荡频率时，波形产生严重失真，会使光接收机在抽样判决时增加误码率，因此实际使用的最高调制频率应低于张弛震荡频率。
电光延迟还会产生码形效应。当电光延迟时间d t 与数字调制的码元持续时间/2T 为相同数量级时，会使“0”码过后的第一个“1”码的脉冲宽度变窄，幅度减小，严重时可能使 单个“1”码丢失，这种现象称为“码型效应”。如图2.2.2所示，在两个连续出现的“1”
码中，第一个脉冲到来前，有较长的连“0”码，由于电光延迟时间长和光脉冲上升时间的影响，因此第一个脉冲幅度减小，脉宽变窄。第二个脉冲到来时，由于第一个脉冲的电子复合尚未完全消失，有源区电子浓度较高，因此第二个脉冲电光延迟时间短，使其幅度增大，脉宽相对于第一个脉宽变宽。“码型效应”的特点是：在脉冲序列中较长的连“0”码后出现的“1”码，其脉冲明显变小（幅度小，宽度窄），而且当连“0”码数目越多，调制速率越高时，这种效应越明显。用适当的“过调制”补偿方法（对激光器进行预偏置从而减小电光延迟时间），可以消除码型效应，见图2.2.2(c)所示。
图2.2.2 码型效应（（a）、(b)码型效应波形；(c)改善后波形）
为了进一步了解激光器的调制特性，通过LD 速率方程组的瞬态解得到的张弛振荡频率
r w 及其幅度衰减时间0τ和电光延迟时间d t 的表达式为：
2
1
)]1(
1
[
?=th
ph
sp j j w τ
τ
τ （2.1.5）
j j th
sp
o
τ
τ
2= （2.1.6） th
sp d j j j t ?=ln
τ （2.1.7）
式中，0τ是张弛振荡幅度衰减到初始值的1/e 的时间，j 和th j 分别为注入电流密度
和阈值电流密度。sp τ和ph τ分别为电子自发复合寿命和谐振腔内光子寿命。在典型的激光器中，sp τ≈10e-9s, ph τ≈10e-12s，即sp τ>>ph τ。
由式(2.1.5)～式(2.1.7)可以看到：
Ⅰ.张弛振荡频率r w 随sp τ、ph τ的减小而增加，随j 的增加而增加。这个振荡频率决定了LD 的最高调制频率。
Ⅱ.张弛振荡幅度衰减时间0τ与sp τ为相同数量级，并随j 的增加而减小。
Ⅲ.电光延迟时间d t 与sp τ为相同数量级，并随j 的增加而减小(j >th j )。
由此可见，增加注入电流j ，有利于提高张弛振荡频率r w ，减小其幅度衰减时间0τ，
以及减小电光延迟时间d t ，因此对LD 施加直流偏置电流是非常必要的。 2.2.2 自脉动现象
某些激光器在脉冲调制甚至直流驱动下，当注入电流达到某个范围时，输出光脉冲出现持续等幅的高频震荡，这种现象称为自脉动现象（激光器内部元件非线性特性所引起的带外频率对自身进行调制而产生的自激震荡或者激光器在直流驱动下的寄生频率所产生的自激震荡），如图2.2.3所示。
如图2.2.3 激光器自脉动现象
自脉动频率可以达到2GHz，严重影响激光器的高速调制特性。自脉动现象是激光器内部不均匀增益（主要针对电信号）或不均匀吸收（主要针对光信号）所产生的，往往和激光器的P I ?曲线的非线性特性有关，自脉动发生的区域和P I ?曲线扭折区域相对应。因此，
通常对激光器进行P I V ??（功率-背光电流-前向电压）曲线测试时要求P I ?（功率-偏
置电流）曲线坑陷不超过10%，这一点在选择使用激光器时应特别注意。
3．激光器驱动电路
激光器是光源组件，驱动电路实际上是光源器件的调制电路，其作用是把数字电信号转换成光脉冲信号，然后再发送到光纤中去，该部分是光发射机的核心，许多重要技术指标皆由该部分决定。
3.1 激光器驱动电路原理
激光器驱动电路的主要功能是为激光器二极管提供合适的偏置和调制电流，使激光器能够正常工作，简单示意图如图3.1.1所示。其中，偏置电流是恒定的，它使激光器二极管始终工作在阈值电流以上的线性区域内；调制电流是不断变化的，并随着输入电压波形的变化而作同步开关切换动作。
图3.1.1（a）激光器驱动电路示意图 图3.1.1（b）激光器输入输出特性示意图
图3.1.1 激光器驱动电路功能示意图
根据本文2.1所述半导体激光器的阈值电流和斜效率与其结构，制作工艺，制造材料以及工作温度密切相关，并随着温度的变化呈现指数形式变化。理想情况下，激光器偏置电流应随其阈值电流的变化而作同向变化（在实际应用中，APC电路可达到此目的）；调制电流应随其斜效率的变化而作反向变化（在实际应用中，温度补偿电路可达到此目的）。关于LDD的各部分主要功能电路及其作用和控制原理将在以下相关章节进行详细介绍。
4. 自动功率控制（APC）
由于温度变化和工作时间加长，激光器的输出光功率会发生变化，为了使光发射机输出稳定的光功率信号，必须采用相应的负反馈措施来控制光源器件的发光功率。 4.1 APC 的必要性
为了使激光器输出较好的光信号，首先要对其设置合适的偏置电流，即激光器最佳静态工作点，保证电信号有足够的线性调制区域，从而输出无失真光信号，所以，激光器的偏置电流bias I 应大于阈值电流th I 。不同类型的激光器其阈值电流相差很大，VCSEL 的th I 一般小于5mA，而FP、DFB 激光器的th I 一般在10～20mA 之间。th I 随温度的变化而产生的变化也有很大的差异，DFB 激光器的th I 随温度的变化其变化比较大，在85℃时的th I 可达50 mA，再加上器件老化引起的阈值电流增大，th I 高达60～70mA。因此，为了适应不同类型的激光器，要求LDD 的偏置电流bias I 有比较大的可调范围，一般为10～100mA。
激光器阈值电流th I 一般随温度的变化发生剧烈变化，斜效率()Se t 在0～70℃温度范围内()(25)
Se t Se -1.5dB≤
≤1dB ℃，所以，在室温下性能良好的激光器在温度过高时其发光性
能可能急剧劣化。温度的变化可能是外部环境引起的，也可能是内部元器件和电路的直流功耗所产生的热量引起的。另外，激光器的老化还会使阈值电流变大，降低发光效率。根据光纤数据通讯设备标准要求，为了使信号得到有效，可靠及稳定的传输，作为光模块发射性能指标之一的输出光功率必须稳定在一个很窄的范围内，由于以上不利因素使得单独凭靠偏置电路的作用很难满足这种要求。因此，LDD 需要一个自动功率控制（APC）环路，对偏置电流bias I 进行补偿控制，使得偏置电流相对于阈值电流的差值bias th I I ?相对稳定，从而可以保持基本稳定的平均光功率AVG P 输出。 4.2 APC 电路原理
自动功率控制(APC)电路是LDD 的一个重要组成部分，一个简单的APC 电路如图4.2.1所示。
图4.2.1 简单的APC 电路
在这个电路中，从LD 后端透射出来的光通过一个光电监控二极管PD 加以探测，再将探测到的光功率转换为背光电流PIN I ，PIN I 加在集成运放滤波放大输入端产生一个正比于LD 平均光功率AVG P 的平均直流电压，这个电压与参考电压REF V 相比较，再经过跨导放大器（电压-电流转换电路）放大，输出用来控制LD 的反馈偏置电流BIASFB I ，这样就形成一个负反馈环。当LD 输出光功率譬如由于温度升高而减小时，PD 的输出电流PIN I 就减小，导致跨导放大器输出电流BIASFB I 正向流出，叠加在bias I 上，使LD 的偏置电流增加，其变化过程如下：
PIN I D O BIASFB BIAS PIN i u u i i i i ↓?↓?↑?↑?↑?↑?↑
其中，D P N REF I u u u u u =?=?，BIASFB F O PIN O i i i i i =+=?+。反之亦然，这样LD 平均光功率AVG P 就始终保持不变。
目前大量使用的激光器都有背光光电二极管PD，用于构成APC 回路，探测电流PIN I 一般在0.1～1 mA 较宽的范围内，这也就要求APC 在这么宽的PIN I 范围内都具备对bias I 有足够大的调节能力，使得bias th I I ?相对稳定，平均光功率AVG P 也相对稳定。当然，APC 只是使PIN I 保持稳定，要使AVG P 也保持稳定，则背光PD 响应度ρ（单位光功率的响应电流，量纲为mA/mW）的温度稳定性非常重要。
一个完善的自动功率控制(APC)电路如图4.2.2所示。从LD 背向输出的光功率，经PD
检测器检测、运算放大器1A 放大后送到比较器3A 的反相输入端。同时，输入信号参考电压和直流参考电压经2A 经放大后，送到3A 的同相输入端。3A 和3V 组成直流恒流源调节LD 的偏流，使输出光功率稳定。
在反馈电路中引入信号参考电压的目的，是使LD 的偏置电流b I 不受码流中“0”码和“1”码比例变化的影响。在图3.1中，当信号源在某时段“0”码比“1”码多时，激光器电流L I 会变大，L I 偏离b I 越远，这时APC 环的作用使bias I 变小，而信号参考电压此时下降（低于直流参考电压（“0”码和“1”码在某时段各占一半时的平均电压）），使得2A 输出电位升高，3A 输出电压升高，3V 集电极电流增加，b I 变大；反之，当“1”码比“0”码多时，APC 环的作用使bias I 变大，而信号参考电压此时上升，使b I 变小，这样LD 的偏置电流b I 不受码流中“0”码和“1”码比例变化的影响。
图4.2.2 完善的APC电路原理
3
I b
5. 消光比温度补偿
模块的发射光功率和消光比主要由激光器二极管驱动芯片提供给激光器的偏置电流和调制电流以及激光器本身的阈值电流和斜效率共同决定。光模块发射部分除了要求激光器的输出光功率尽量保持稳定外，还要求激光器发出的光信号保持尽可能稳定的消光比。 5.1 消光比温度补偿的必要性
激光器随工作温度变化的P I ?曲线如图5.1.1所示，这些由激光器温度特性所引起的光模块性能指标参数值可能会超出系统允许范围。在数字光纤通信系统中，超标很可能会造成通信信号中断或者无法实现正常通信。所以，在进行模块电路设计时，必须严格保证光功率和消光比等指标的规范性，确保光网络通信系统能够正常工作。
图5.1.1 激光器随工作温度变化的P I ?曲线
当模块工作时的环境温度发生变化时，激光器本身的阈值电流和斜效率会首先发生变化，而此时LDD 的APC 通过控制环作用调整改变偏置电流后能够使激光器发射光功率基本不变，但是，调制电流幅度产生相对变化，从而模块的消光比发生变化。因此，凭靠单一的APC 电路无法稳定消光比。
5.2 消光比温度补偿的推导与误差分析
模块的光功率和消光比被定义为：
1
02
AVG P P P +=
（5.2.1） 10
10lg
P EXT P = （5.2.2）
假设光器件的跟踪特性完全线性（/m P I K =,其中P 为激光器出光功率，m I 为LD
背光电流，K 为常数），即LDD 的APC 能够完全控制激光器输出光功率，没有控制误差，模块在高低温环境下工作时的发射光功率始终保持恒定。如果要使模块在高低温环境下工作时其消光比同样保持稳定，则必须保证图5.1.1中的1P 与0P 稳定不变。
根据前面2.1所论述的半导体激光器光电特性和图5.1.1所示的激光器随工作温度变化的P I ?曲线可以得到：
mod 1
(())*()bias th I I I t Se t P +?= （5.2.3） 0(())*()bias th I I t Se t P ?= （5.2.4） mod 10
()10lg
10lg
()
bias th bias th I I I t P EXT P I I t +?==? （5.2.5）
由（5.2.4）式可以得到bias I 关于温度的函数()bias I t ,其表达式如下：
0()()()
bias th P I t I t Se t =
+ （5.2.6）
由（5.2.1）、（5.2.2）、（5.2.3）、（5.2.4）式可以得到mod I 关于温度的函数mod ()I t ,其表达式如下：
10mod 10101
1()2*
*
()
101
EXT
EXT
I t P Se t ?=+ （5.2.7）
由以上推导可知，要使模块消光比在全温度范围内保持不变，则LDD 提供给激光器的
偏置和调制电流必须满足（5.2.6）和（5.2.7）式。如果已知模块在常温下的光功率和消光比，则其全温度范围内的调制电流的变化规律可以初步确定。因为bias I 主要由LDD 的APC 电路根据功率变化实现自动环路控制，所以，我们所做的补偿主要是针对mod I ，使mod I 的变化规律与（5.2.7）式基本保持一致。
如果忽略器件同轴封装对激光器斜效率的影响，那么器件的斜效率关于温度的函数取决于LD 管芯关于温度的函数，而器件斜效率是关于温度的指数函数关系，根据（5.2.7）式可以看出，理想的调制电流关于温度的函数也是指数函数关系。因为常用的NTC 热敏电阻的阻值是关于温度的指数函数关系，所以，用热敏电阻来进行消光比温度补偿，应该可以得到较好的补偿效果。
根据管芯斜效率特性，忽略器件封装耦合工艺对斜效率的影响，可以将器件斜效率关
于温度的函数记为：0
(273.15)
0()*t T Se t Se e
+?
=，根据对32支器件进行斜效率测试的统计特征值：
(25)Se ℃=0.0746mW/mA，(70)Se ℃=0.0546mW/mA，通过计算可以得出0Se 和0T 的值，从而得
到该型号器件的斜效率函数如下：
273.15144
()0.592*t Se t e
+?
= （5.2.8）
将该型号器件的模块在常温下的光功率设置为1dBm(1.259mW)，消光比设置为12dB，然后代入（5.2.7）式，再联立（5.2.8）式，得模块消光比在全温度范围内保持不变的调制电流函数如下：
273.15
144
mod () 3.75*t I t e
+= （5.2.9）
一般商业级光模块工作环境温度范围为0～70℃，考虑到模块电路结构和管壳散热等影响，模块的实际工作温度范围可能为0～85℃，因此，对（5.2.9）式需在0～85℃区间内进行分析，其函数曲线如图5.2.1所示。
图5.2.1 器件跟踪特性完全线性的调制电流的函数曲线（理想曲线）
然而上述推导的一个首要前提条件是光器件的跟踪特性完全线性，即模块在高低温环境下工作时的发射光功率始终保持恒定。
LDD 的APC 功能是根据激光器内部的背光探测器跟踪电流来实现的，背光探测器在理想情况下其跟踪特性完全不变，即不管工作环境温度如何变化，只要激光器发射光功率相同，背光探测器跟踪电流就相同。目前的实际情况是对LD 管芯而言，其背光电流在前向光功率不变时基本保持一致，变化很小，但是经过同轴封装以后，激光器在不同温度下，相同的发射光功率对应的背光电流存在一定的变化。根据现阶段的测试数据，激光器在相同的背光电流（通过在不同温度下改变提供给激光器的偏流来实现）条件下，其发射光功率在高温(70℃)时较常温(25℃)时下降约1.5dB。由于这种LD 背光探测器跟踪特性的变化导致LDD 的APC 出现控制误差，结果造成模块光功率发生变化，1P 与0P 也随之发生变化，mod I 出现相对变化（mod I 绝对值未变），EXT 当然发生变化。所以上述推导出现较大误差，结合实际情况，为了尽量减小误差，需要对以上推导过程和计算结果进行修正。
由于目前的设计状况和工艺水平，激光器背光跟踪特性变化的规律尚无法确定，所以
不能将此跟踪误差关于温度的变化关系具体地考虑进调制电流或者调制电阻的函数来进行电路设计，这是整个推倒过程的主要误差。为了尽量减小这种误差，假定激光器背光跟踪特性是关于温度线性变化的函数，即
*(273.15)AVG m
P a t b I =++，取一组器件的测试平均值作
为此批器件性能的特征参数值，在25℃时，AVG P =1.045mW，m I =543.875uA；在70℃时，
AVG P =0.765mW，m I =442.781uA。根据以上特征值可以计算出a=-0.0042，b=3.19，于是得
到器件在全温范围内的功率表达式如下；
*(3.190.0042*(273.15))AVG m P I t =?+ （5.2.10） 由（5.2.7）、（5.2.10）式可以得到激光器将跟踪特性关于温度的变化关系考虑进调制电流的函数近似表达式如下；
273.15
3144
mod ()3*(3.190.0042*(273.15))**10t m I t I t e
+?=?+ （5.2.11）
以常温(25℃)下激光器发射光功率1dBm 为准，由（5.2.10）式可知背光电流m I =650uA，由于LDD 中APC 的作用，使m I 在全温范围内基本都稳定在650uA，于是根据（5.2.11）式完全可以确定调制电流关于温度的修正函数关系，其表达式如下：
273.15
3144
mod ()(8.24000)**10t I t t e
+?=?+ （5.2.12）
mod ()I t 修正曲线如图5.2.2
所示。
图5.2.2 将跟踪特性变化考虑进调制电流的函数曲线（修正曲线）
5.3 消光比温度补偿方法及其电路原理
消光比温度补偿电路的实质是调制电流温度补偿电路,根据LDD 提供的mod I 与mod set
R 的关系曲线可知，当调制电阻mod set R 发生变化时，LDD 提供给激光器的调制电流mod I 随之作相应变化，因此，改变mod set R 的大小就可以改变mod I 的大小，从而实现对激光器调制电流
mod I 的补偿，即消光比温度补偿。需要注意的是，对调制电流的补偿一定要合理，否则，过
补偿或欠补偿都会使模块光功率和消光比随温度变化而发生较大的变化。 5.3.1 消光比温度补偿方法
通常所用的消光比温度补偿方法归纳如下：
MCU APC APC ++???????
?
?????
热敏电阻补偿调制电流和偏置电流开环补偿法通过查表精确设置调制电流和偏置电流
消光比温度补偿方法芯片内部对调制电流补偿闭环补偿法热敏电阻补偿调制电流 目前，用的较多的是消光比闭环温度补偿法，下面列举几种可以运用此方法进行消光
比温度补偿的MAXIM 芯片，应用分别如下图所示。
图5.3.1 APC+芯片内部对调制电流补偿（MAX3737）
图5.3.2 APC+芯片内部对调制电流补偿（MAX3863）
图5.3.3 APC+热敏电阻补偿调制电流（MAX3656）
5.3.2 消光比温度补偿电路原理
通常所用的消光比温度补偿电路归纳如下：
??
?芯片内部对调制电流补偿（电路原理图如图5.3.4所示）
消光比温度补偿电路芯片外部热敏电阻补偿调制电流（电路原理图如图5.3.5所示）
图5.3.4 消光比温度补偿电路（芯片内部补偿调制电流）
在原理图5.3.4中，调制电流MOD I 由MODSET I 和MODTC I 组成，其中MODSET I 不随温度的变化而发生变化，但是MODTC I 随温度的升高而增加；REF V 是一个基准电压，它不随温度、供电电压的变化而发生变化；TC V 是一具有负温度系数的电压源，即电压相对于温度的变化方向相反。TC V 与REF V 通过运算放大器进行比较，其差值放大后用于控制电流源MODTC I ，使MODTC I 随温度的升高而增大。MODTC I 由LDD 片外MODTC R 设定，MODTC I 在总调制电流MOD I 中的比重以及MOD I 的温度系数由MODTC R 和MODSET R 共同决定，MOD I 的温度系数应与激光器斜效率η相适应，尽量使模块消光比EXT 在环境温度发生变化时保持稳定。
图5.3.5 消光比温度补偿电路（片外热敏电阻补偿调制电流）
在原理图 5.3.5中，调制电流mod I 由串并联电路电阻之总和mod set R 决定，
mod t c set s t c
R R R R R R =
++，其中t R 为具有负温度系数的NTC 热敏电阻，对应于LDD 片外热敏电
阻设置。在公司的实际生产中，一般在若干型号的热敏电阻中优先考虑现有的热敏电阻，我们通常选用B 常数为3380的10K 热敏电阻用于温度补偿电路；c R 为对补偿电路起主要作用的并联电阻，其变化会影响t R //c R =
t c t c
R R R R +曲线的斜率和线性度，对应于LDD 片外温度补
偿电阻设置。c R 越大，t R //c R =
t c t c
R R R R +温度曲线动态范围越大，亦越近似于t R ，反之，
其动态范围越小，愈近似于c R ；s R 为串联电阻，对应于LDD 片外调制电阻MODSET R ，串联电阻s R 基本不影响t R //c R =
t c t c
R R R R +与温度的曲线关系，只是将此电阻关于温度的曲线平移
到合适的位置。因此，对t R 、c R 和s R 进行合理设置后可以使模块消光比EXT 在环境温度发生变化时基本保持稳定。
6. 激光器驱动电路外部接口
半导体激光器与激光器驱动电路能否进行协调一致的正常工作，关键在于接口电路的信号隔离与传输匹配性能的优劣。激光器驱动电路的输出主要是BIAS输出和调制输出，需要解决的技术问题一是对BIAS输出和调制输出进行隔离，稳定终端负载；二是对输入输出网络进行合理的电路匹配，采用正确的耦合方式，实现调制信号的有效传递。
6.1 激光器驱动电路直流BIAS输出隔离
在激光器二极管阴极保持一恒定的阻抗（主要针对交流信号）是十分重要的，因为它可以使高速输出电路对频率（交流）信号的负载保持稳定，如果电路输出端负载不稳定，那么输出信号将会产生反射、振铃现象，从而导致激光器输出光眼图质量下降。在千兆高速数据速率下，激光器二极管阴极上的任何容性负载均会降低其光输出特性，由于BIAS输出端是直接连接到激光器的阴极，因此在BIAS引脚上容易产生寄生（次生）电容，从而激光器二极管阴极在此寄生电容作用下将产生一个关于频率的函数阻抗，并且激光器调制速率越高，这种现象越明显。为了减小这种因激光器二极管阴极阻抗变化所造成的影响，通常在激光器二极管阴极和驱动器偏置电路电流输出端之间串联一个起隔离作用的电感（或者是磁珠），如图6.1.1中的标识所示，这一电感对直流偏置电流没有影响，但是对交流调制信号呈现高阻抗。
如图6.1.1 激光器驱动电路（MAX3738）原理图
当然，有时也可在激光器二极管阴极和驱动器偏置电路电流输出端之间直接串联一个起线路阻尼作用的电阻，如图6.1.2中的标识所示，其原因是芯片本身在内部进行了一定的信号隔离处理，驱动器的调制速率也不是很高，如MAX3646和MAX3656等。
如图6.1.2 激光器驱动电路（MAX3656）原理图
6.2 激光器驱动电路调制匹配
激光器驱动电路调制输出是高频信号，为使此信号在激光器二极管和激光器二极管驱动器之间实现不失真的有效传递，就必须对线路（保证传输线的连续性）和终端（保证信号被完全吸收）进行有效的匹配，具体分析在本文第7章进行详细论述。
调制匹配网络的耦合驱动方式（即激光器驱动方式）有两种，即激光器直流耦合驱动方式（DC）和激光器交流耦合驱动方式（AC）。激光器驱动方式与激光器调制速率密切相关，目前1.25Gbps及以下速率激光器一般均采用直流耦合驱动方式，2.5Gbps激光器根据具体情况和实际要求可采用交流耦合驱动方式，这两种驱动方式优势互补，应用于不同速率的激光器调制输出接口电路。
6.2.1 激光器直流耦合驱动
直流耦合为激光器和激光器驱动器的互连提供了一种简单易行的接口解决方案，其接口电路如图6.2.1所示，当供电电压下降至3.3V时，驱动器净空电压（净空电压是指供电电压与沿着某个单独的电路支路的电压降总和的差值电压）减小，并可能导致因没有足够的净空电压而不能实现对激光器进行快速切换和高速调制，这是在使用直流耦合时需要注意的地方。对于包含激光器二极管调制电路的净空电压的计算必须包括激光器二极管的压降和激
R的压降。 光器因封装引线电感（寄生电感）的作用而产生的瞬时压降以及线路阻尼电阻
D
光立方设计原理
黎明途电子 一.光立方原理 你的思维有多宽，光立方的动画就有多多。我猜想大家做光立方都是为了能 随性所欲的控制每一个灯珠，来实现自己想的一些精美动画。那么，让我们从光立 方的原理开始入手。一讲到原理，估计很多同学就头痛了。这里借鉴在网上找的 一些资料来帮助大家理解光立方的原理。先从点阵的点亮原理说吧，如图所示 这是一张led 的点阵图，如果我们想要点亮任意位置的led，我们只要在该位置 led所使用的列线接地，行线接上+V即可。 学过单片机的朋友，都知道数码管是怎么点亮的，其中有位选和段选之分， 通过扫描来实现所有数码管能正常工作以实现我们想要的数字。 点阵也一样，尽管是8*8的点阵，如果我们让整体能随意显示图案，那也需 要用动态扫描的方式来实现，否则无法实现对其精准的控制。所谓动态扫描，就是说我们一次只能让一行排或者一竖排的灯亮。每次只能这么点亮，8次为一个周期，从 左至右依次点一次，那么循环起来，我们看到的就是完整的图像了。
在这里，一共有8层。 想必大家对光立方的连接已经有了一定的了解，纵向一束的负极性引脚是要连在一起， 而横向一层的正极性角连在一起。从扫描的角度去说，那一次也只能够点亮一层。 这里光立方的一层有64个灯，我们想成之前那个8*8的平面点阵。光立方的每一层虽然有64个灯，但是我们会有64跟线分别连接到这些灯上，从而实现一次性的对64个灯进行控制。我们将一个立体画面从下往上分为8层，每次扫面一层这样一副画面就完成了。通常单片机引脚较少，我们采用74hc595芯片进行拓展（74hc595原理请参考595用户手册）。下面来一张电路图，此图是用595进行拓展的。 （这张图是模块原理图的截图，接线不是很清晰，可以参考原理图） 在图中，数据通过串行的方式，分别传送到每一个 74hc595中，再内部控制器储存这些数据，从而实现一层64个灯同时的点亮。 描述一个固定画面的显示，需要硬件执行8次扫描的过程。 1.将第一层64个点的数据传入8个74hc595中，控制uln2803层控制芯片打开第 一层开关，使第一层点亮，这个时候，其他层是灭的。 2.等待时间t。 3.熄灭第一层，开始向74hc595中传输第二层的数据，锁存，开启第二层总控制 开关，点亮第二层。 4.等待时间t。 .......
半导体激光器自动功率控制电路设计_张莹
图3 电容充放电模块电路图图1 激光器自动功率控制系统原理图图2 具有关断功能的阴极共地型激光 器电流源 2014.1 57 https://www.360docs.net/doc/f814569225.html,
PIN探测电流变大，从而导致反馈回路输出电压升高，直至高过比较器正端电压V SET后，比较器输出由低电平跳变为高电平，接着执行上述过程的反过程：电容放电、激光器功率减小，由此循环往复，最终稳定激光器发光功率。 恒流源 半导体激光器的可靠稳定工作需为伏特，即当输入电压由0V变化到 2.5V时，可实现激光器电流由0mA到 250mA的线性变化。 电容充放电模块 电容充放电模块是形成反馈回 路、实现自动功率控制至关重要的一 部分。稳定激光器功率是通过微调流 经激光器的电流实现的，这种微调功 能的实现是需要某种自动起伏变化的 了Q5通路，通路上的1k电阻可在电路 停止工作后迅速对大电容放电。 为了对电容充放电过程进行定量 分析，可将充放电电路等效成如图4 所示的电路模型： 假设在t=0时刻，U C=0，根据电 路理论，易得电容电压U C随时间t的 变化关系式为： (1exp(/)) C U E t RC =??（2） 图4 电容充电与放电等效电路模型图图5 电容电压充放电过程仿真波形图
带有PIN或PD光电探测器用于探测光强，光电探测器能够得到与检测光强成一定比例关系的电流信号，通过对该电流信号进行电压转换、放大处理即可得到实用的监测信号，这一过程可以体现于图6。 MAX4008是一款高精度电流检测芯片，在光纤应用中专门用于检测PD或PIN光电探测器的电流，它的REF引脚是参考电流输入引脚，OUT 引脚是检测电压输出引脚，其电压值考电流值对应的输出电压范围是 0.25mV~2.5V。 0.25mV~2.5V的电压值需要变换 放大到所需要的电压范围，这通过由 运算放大器A4组成的同相比例运算电 路实现，如图6所示，其比例系数为 1+R f/R。注意到一点，MAX4008的输 出电阻为10kΩ，而根据PIN、光强度 等的不同，MAX4008的输出电压可能 会低至几毫伏，为了防止输出电压在 下一级输入会有衰减，在MAX4008与 同相比例运算电路之间加一级电压跟 实验结果与分析 光电探测器选用S I E M E N S SRD00111Z硅PIN光电探测器来模拟 激光器集成光电探测器，该光电探 测器最高功率谱密度集中在800nm； 作为实验，选用红色发光二极管 （LED）来模拟激光器。DFB蝶形激 光器工作电流一般达到70mA，远超 过普通发光二极管的正常工作电流， 因此用20只发光二极管并联构成一只 图6 PIN光电探测器构成的固定增益反馈回路图7 根据采样点拟合得到电流源输入电 压与MAX4008输出电压关系曲线图 图9 连续6小时采样MAX4008输出电压 图8 电压比较器输出波形
通信光模块和光纤连接器的应用指南
光模块和光纤连接器的应用指南 一、光收发一体模块定义 光收发一体模块由光电子器件、功能电路和光接口等组成，光电子器件包括发射和接收两部分。发射部分是：输入一定码率的电信号经内部的驱动芯片处理后驱动半导体激光器（LD）或发光二极管（LED）发射出相应速率的调制光信号，其内部带有光功率自动控制电路，使输出的光信号功率保持稳定。接收部分是：一定码率的光信号输入模块后由光探测二极管转换为电信号。经前置放大器后输出相应码率的电信号，输出的信号一般为PECL电平。同时在输入光功率小于一定值后会输出一个告警信号。 二、光收发一体模块分类 按照速率分：以太网应用的100Base（百兆）、1000Base（千兆）、10GE SDH应用的155M、622M、2.5G、10G 按照封装分：1×9、SFF、SFP、GBIC、XENPAK、XFP，各种封装见图1～6 1×9封装--焊接型光模块，一般速度不高于千兆，多采用SC接口 SFF封装--焊接小封装光模块，一般速度不高于千兆，多采用LC接口 GBIC封装--热插拔千兆接口光模块，采用SC接口 SFP封装--热插拔小封装模块，目前最高数率可达4G，多采用LC接口 XENPAK封装--应用在万兆以太网，采用SC接口 XFP封装--10G光模块，可用在万兆以太网，SONET等多种系统，多采用LC接口 图1、1×9封装图2、SFF封装图3、GBIC封装
图4、SFP封装图5、XENPAK封装图6、XFP封装 按照激光类型分：LED、VCSEL、FP LD、DFB LD 按照发射波长分：850nm、1310nm、1550nm等等 按照使用方式分：非热插拔（1×9、SFF），可热插拔（GBIC、SFP、XENPAK、XFP） 三、光纤连接器的分类和主要规格参数 光纤连接器是在一段光纤的两头都安装上连接头，主要作光配线使用。 按照光纤的类型分：单模光纤连接器（一般为G.652纤：光纤内径9um，外径125um），多模光纤连接器（一种是G.651纤其内径50um，外径125um；另一种是内径62.5um，外径125um）； 按照光纤连接器的连接头形式分：FC，SC，ST，LC，MU，MTRJ等等，目前常用的有FC，SC，ST，LC，见图7～10。 FC型--最早由日本NTT研制。外部加强件采用金属套，紧固方式为螺丝扣。测试设备选用该种接头较多。 SC型--由日本NTT公司开发的模塑插拔耦合式连接器。其外壳采用模塑工艺，用铸模玻璃纤维塑料制成，呈矩形；插针由精密陶瓷制成，耦合套筒为金属开缝套管结构。紧固方式采用插拔销式，不需要旋转。 LC型--朗讯公司设计的。套管外径为1.25mm，是通常采用的FC-SC、ST套管外径2.5mm的一半。提高连接器的应用密度。 图7、FC光纤连接器图8、SC光纤连接器图9、LC光纤 图10、ST光纤连接器 连接器 按照光纤连接器连接头内插针端面分：PC，SPC，UPC，APC 按照光纤连接器的直径分：Φ3，Φ2, Φ0.9
光纤 收发器的工作原理及使用方法
按网管来分，可以分为网管型光纤收发器和非网管型光纤收发器。随着网络向着可运营可管理的方向发展，大多数运营商都希望自己网络中的所有设备均能做到可远程网管的程度，光纤收发器产品与交换机、路由器一样也逐步向这个方向发展。对于可网管的光纤收发器还可以细分为局端可网管和用户端可网管。局端可网管的光纤收发器主要是机架式产品，多采用主从式的管理结构，即一个主网管模块可串联N个从网管模块，每个从网管模块定期轮询它所在子架上所有光纤收发器的状态信息，向主网管模块提交。主网管模块一方面需要轮询自己机架上的网管信息，另一方面还需收集所有从子架上的信息，然后汇总并提交给网管服务器。如武汉烽火网络所提供的OL200系列网管型光纤收发器产品支持1（主）+9（从）的网管结构，一次性最多可管理150个光纤收发器。 用户端网管主要可以分为三种方式：第一种是在局端和客户端设备之间运行特定的协议，协议负责向局端发送客户端的状态信息，通过局端设备的CPU来处理这些状态信息，并提交给网管服务器；第二种是局端的光纤收发器可以检测到光口上的光功率，因此当光路上出现问题时可根据光功率来判断是光纤上的问题还是用户端设备的故障；第三种是在用户端的光纤收发器上加装主控CPU，这样网管系统一方面可以监控到用户端设备的工作状态，另外还可以实现远程配置和远程重启。在这三种用户端网管方式中，前两种严格来说只是对用户端设备进行远程监控，而第三种才是真正的远程网管。但由于第三种方式在用户端添加了CPU，从而也增加了用户端设备的成本，因此在价格方面前两种方式会更具优势一些。目前大多数厂商的网管系统都是基于SNMP网络协议上开发的，支持包括Web、Telnet、CLI等多种管理方式。管理内容多包括配置光纤收发器的工作模式，监视光纤收发器的模块类型、工作状态、机箱温度、电源状态、输出电压和输出光功率等等。随着运营商对设备网管的需求愈来愈多，相信光纤收发器的网管将日趋实用和智能。 ·按电源分类： 内置电源光纤收发器：内置开关电源为电信级电源 外置电源光纤收发器：外置变压器电源多使用在民用设备上 按电源来分，可以分为内置电源和外置电源两种。其中内置开关电源为电信级电源，而外置变压器电源多使用在民用设备上。前者的优势在于能支持超宽的电源电压，更好地实现稳压、滤波和设备电源保护，减少机械式接触造成的外置故障点；后者的优势在于设备体积小巧和价格便宜。
光模块推荐电路说明
奥雷光模块推荐电路优化应用 简小忠2011-6-20 光模块包括发射和接收两部分，发射部分主要由激光驱动器电路和激光器组成，接收部分由光敏二极管(PIN)+互阻放大器(TIA)和限幅放大器(Limiting Amp.)组成，完成对数字信号透明O/E,E/O转换的功能。 光模块内部原理框图： 光模块的一个发展趋势是低功耗,和外围接口简化。 奥雷光模块，为客户提供最佳性能的同时，为客户最小化功耗，并为简化外围接口提供了可能。 一、1X9封装光模块 1、155M~1.25G奥雷1x9 PECL电平模块有共同特点： 155M发射TX接口为交流耦合，接收RX接口为直流耦合，简称AC – DC耦合，这样为客户最小化功耗，并为简化外围接口提供了可能。 传统3.3V模块电路接法： 理论功耗（模块外围匹配电路的直流功率）：3.3*3.3/(130+80) *5=0.26W
传统5V 光模块外围电路: 理论功耗（模块外围匹配电路的直流功率）：5*5/(130+80) *5=0.59W 由此可见外围的直流匹配电阻的功耗相当不小. 比如一个交换机上主板上用到多个光模块那么对电源的功率要求将大幅提高。 奥雷优化的推荐如下图：(AC-DC耦合) 155 M~350M光模块：R4=100欧 对于5v 光模块：R1=R2=270欧，R3=1K , R1,R2尽量靠近光模块。 对于3.3v 光模块：R1=R2=150欧，R3=1K ，R1,R2尽量靠近光模块 SERDES 到 TD_ 和TD+ 之间不需要给光模块提供偏置和匹配电阻。因为TX内部已经有最优化的偏置和100欧的阻抗匹配（注意SERDES DATASHEET 外围必须的电阻不建
光模块原理简介
光模工作原理介 块简 目录 摘要 (2) 关键词 (2) 1 引用的文档和参考标准说明 (2) 2 缩写说明 (2) 3 正文 (2)
摘要 以SFP光模块为例，介绍光模块内部的组成和工作原理。 关键词 SFP光模块 1引用的文档和参考标准说明 2缩写说明 SFP：Small Form-factor Pluggable 小型化可插拔 3正文 光模块是我们群路科都要用到的PHY层的器件，虽然封装，速率，传输距离有所不同，但是其内部组成基本是一致的。SFP收发合一Transceiver因其小型化，热插拔方便，支持SFF8472标准，模拟量读取方便（IIC读取），且检测精度高（+/-2dBm以内）而逐渐成为运用的主流，下面就以SFP光模块为例，介绍其内部的组成和相关的工作原理。 SFP内部结构图 SFP光模块的内部结构： 由上图可见，光模块主要部分是由光发射组件，激光驱动器，光接收组件（L16.2光模块光接收部分使用APD接收机，还需要升压电路），限幅放大器和控制器组成的。驱动芯片和限幅放大器一般都支持从155Mb/s到2.67Gb/s多速率。速率不同，传输距离不同的光模块有很多只是前端光组件的差别，高速率SFP光模块BOM成本的90％都集中在光组件上。由上图还可以看出，为了保证上电顺序，SFP光模块的金手指部分的长度是不一样的，最长的是信号地，其次是电源，最短的是信号，这样在插拔的时候就保证了地－电源－信号的顺序。 光发射组件 TOSA（Transmiter Optical Sub-Assembly）： 常用的光发射组件由两大类，一类是采用发光二极管LED封装的TOSA，一类是采用半导体激光二极
8x8x8的光立方设计
《单片机技术》课程设计说明书 8*8*8的光立方 学院：电气与信息工程学院 学生姓名： 指导教师：职称讲师 专业：电气工程及其自动化 班级： 学号： 完成时间：2015年07月
摘要 光立方不仅可以像发光二极管点阵一样显示平面的静态或动态画面，还可以显示立体的静态或动态画面，打破了传统的平面显示方案。同时又增加了显示的花样和立体图案显示效果，可以广泛用于传媒信息显示和各种装饰显示，为将来显示技术的进步和发展指导了方向，光立方显示比发光二极管点阵更具有视觉效果，而且画面图案更加非富多彩。 本设计包括硬件系统的设计和软件系统的设计。其中硬件系统包括核心控制器AT89S52单片机；驱动电路模块：ULN2803作为层驱动，74LS573作为行驱动和列驱动；时钟信号电路模块：采用普通晶体时钟源，其中晶体用12MHZ的石英晶振；显示模块：由512个发光二极管组成；供电模块:使用5V移动电源作为供电电源；键盘模块：由四脚按键组成。软件系统包括系统监控程序模块，光立方显示程序模块，键盘程序模块。通过软件编程控制数据下载到单片机完成设计图案的显示。软件采用自上而下的模块化设计思想，使系统朝着分布式、小型化方向发展，增强系统的可扩展性和运行的稳定性。 关键词: AT89S52单片机;74HC573锁存器;8×8×8LED显示;ULN2803
目录 1 设计要求与方案 (1) 1.1 设计目的 (1) 1.2 设计要求 (1) 1.3 设计方案 (1) 2 光立方的工作原理 (2) 2.1 模块简介 (2) 2.2 工作原理 (3) 3 方案选择 (4) 3.1 电源的选择 (4) 3.23D显示核心控制器 (4) 3.3I/O口扩展芯片的选择 (5) 3.4LED发光二级管 (5) 4 硬件整体设计概述及功能分析 (7) 4.1 系统概述 (7) 4.2 单片机简介 (8) 4.3 时钟电路设计 (8) 4.4 复位电路设计 (9) 4.574HC573芯片介绍 (9) 4.6 ULN2803芯片介绍 (10) 5 硬件电路设计 (11) 5.1 硬件电路元件分布图 (11) 5.2 LED灯焊接方法 (11) 5.2.1 焊接前准备工作 (11) 5.2.2 焊接 (11) 5.3 整体实物图 (12) 6 主程序设计 (14) 6.1 程序流程框图 (14) 6.2 显示程序的设计 (15) 7 设计结果分析 (16)
光接收机的结构及原理
第三部分光接收机的结构及原理 在有线电视HFC网络中，光接收机通常位于光纤接点和有线电视的前端位置，它的主要功能是把光信号转变为RF信号，前面已经详细讲述了光探测器、光接收组件的原理及应用。光探测器是实现光/电转换的关键部件，其质量的优劣决定了光接收机的性能指标与档次，光接收组件是光探测器与前置放大器的组合，在光接收机中，无论是分离组件还是一体组件，该部分的成本比重都比较大，与光发射机的激光器一样，不仅决定了光接收机的性能指标，还将决定光接收机的价格。光接收的整机组成主要由光接收组件、功率放大模块及其附属功能电路组成，除光接收组件外，功率放大模块是光接收机的第二大核心元件。即使是采用相同的组件，由于采用不同档次、不同价位的放大模块组合，整机也会有显著不同。有线电视技术发展到今天，光接收机采用分离元件制作放大模块已不多见，基本上全采用集成一体化组件结构。该结构模块大多属于厚膜集成电路，它是用丝网印刷和烧结等工艺在同一陶瓷基片上制作无源网源，并在其上组装分立的半导体芯片或单片集成电路、放大三极管管芯等，另外再外加塑料密封，防止潮气、杂质的进入。 一、光接收机常用的放大模块介绍 能用于光接收机的模块有众多型号，排除品牌命名的差异，根据放大模块的增益划分有14dB、18dB、20dB、22dB、27dB等，用于单模块放大器的34dB的放大模块在光接收机中少有应用，当然也不排除低档光接收机应用的可能。根据放大模块具体放大电路结构的
不同划分：有推挽放大模块、功率倍增放大模块两种，而根据放大元件工艺的不同，放大模块又分为硅放大工艺、砷化镓工艺两种，在光接收机中采用的模块的命名，一般以推挽和功率倍增为主要区分，同时附加增益的差异与器件工艺，如果不说是砷化镓工艺模块则所说的放大模块一般都是指硅工艺。 1．推挽放大模块的原理及结构。在实用的放大电路中，三极管的集电极并非总有电流流过，根据集中极电流导通时间的长短，通常把放大器分成甲类、乙类、丙类等。在输入信号的整个周期中都有电流流过集电极的放大器称为甲类放大器；只有在输入信号的半个周期内有集中极电流的放大器称为乙类放大器；在小于输入信号半个周期内有集中极电流的放大器称为丙类放大器。在许多实用的放大电路中，为了提高放大效率通常都需要把工作点移到截止区，即采用半周导通的乙类工作状态，这时若仍采用一个晶体管，输出信号中将只出现一半波形，将发生严重的截止失真。为了解决这个问题，可采用两只特性完全相同的晶体管，使其中一只晶体管在正半周导通，另一晶体管在负半周导通，最后在负载上合成完整波形，这就是推挽放大电路。下图是推挽放大电路的结构示意图： 输入信号经过高频传输变压器B1，反相加在晶体管VT1和V T2上，被放大后各自在半个周期内产生半个波，在变压器B2上反相叠加，重新合成完整波形输出，由于输出信号反相叠加，其中的直流分量和非线性失真中的偶次谐波互相抵消。降低了直流工作点，使变压器中流过电流减少，从而体积可以做得较小，进一步提高了放大器
半导体激光器LD脉冲驱动电路的设计与实验
半导体激光器LD脉冲驱动电路的设计与实验 进行脉冲驱动电路的设计主要是由于，半导体激光器在脉冲驱动电路驱动时，其结温会在半导体激光器不工作的时刻进行散热，因此半导体激光器在脉冲电源驱动下，对半导体激光器的散热要求不高。在设计半导体激光器的脉冲驱动电源时，也是先仿真后设计的思想，在电路选型上也是力求简单。 1 脉冲电源的仿真 在进行脉冲电源仿真时，同样选用的NI公司的这款Multisim10这款电路仿真软件。选用的器件是IRF530，信号源是5V，占款比为50%，频率为50Hz的方波信号源；用电阻1R代替半导体激光器、且将1R的阻值设置为1Ω，用Multisim10的自带示波器对电阻1R两端的电信号进行测量。 脉冲电源仿真 在仿真电路设计的过程中，选用了功率管IRF530作为主开关，对电阻1R上的电压进行采样，信号源选取的是输出5V方波的、频率是50Hz、占款比是50%的信号源。在进行仿真前、将示波器的A通道接在电阻1R的两端，对整个电路的电流信号进行监测。将示波器的B通道接在信号源的两端，对信号源的输出
电信号进行采样，这样通过A、B两通道的电信号进行对比，看脉冲驱动电路能否满设计要求。 根据仿真示波器监测到的数据显示，电阻1R两端的电信号完全是跟信号源的电信号同步变化的，而且波形完全一致。仿真结果显示电阻1R的峰值电压是为1.145V，说明电路的峰值电流也是1.145A。 在仿真过程中，通过不断的调整信号源的特性，发现电阻1R两端的电压值的大小只与信号源的电压值大小有关系，而与信号源的频率和占空比关系不大，这说明此脉冲仿真电路输出电流值的大小只与信号源输出的电压值大小有关。出现这样的结果主要是选取的信号源的频率过低，功率管IRF530完全可以做到对电路的开断控制。 以上仿真结果显示，当信号源的峰值电压是5V的时候，所对应的流过IRF530的峰值电流是1.145A。根据IRF530的输出特性，通过调节信号源的加载在IRF530GS V的电压就可以改变功率管IRF530的输出电流值，从而改变整个脉冲电源输出电流的值。 2 脉冲电源的设计 从上面的电路仿真可以看出，脉冲电源的设计主要是脉冲信号源的设计、电路的主体部分还是用IRF530来实现的，通过控制信号源的加载在GS V的电压来控制流通IRF530的电流。要调整输出电流信号的频率得通过信号源进行控制。 图 3-25 基于单片机脉冲电源
光立方制作常见问题(光立方使用教程)
光立方制作常见问题 1、问：led面与面正极连接到最后一面的正极怎么连接？ 答：剪掉最后一面led正极就可以了。 2、问：怎么连接音乐？ 答：用我们用的音频线连接手机或者电脑输入音乐，光立方要调到音乐模式（开机后先按K1键，再按K4键进入音乐模式），如果光立方动画没有跟着音乐闪，可以调节输入音量的大小，观看光立方的变化。 3、问：为什么光立方不能播放音乐？ 答：光立方本身是不带音乐的，有音乐频谱功能，用手机输入音乐，外接音箱就可以了。 4、问：为什么音乐输出有杂音？ 答：光立方需要的电流比较大，灯亮得比较多的时候，需要很大的电流，会影响到音频的信号，使用2A电源供电就可以解决问题了。 5、问：上位机怎么用？ 答：上位机功能是使用上位机软件在电脑上操控光立方，连接步骤：（1）、连接下载器，用四个杜邦线连接到光立方对应的接口上（把鼠标放在计算机图标上右键点管理，在里面可以看到下载器的端口） （2）、光立方调到上位机模式（开机先按K1键，再按K2键进入上位机模式）（3）、打开上位机软件
下载器与光立方的连接线： GND 接 GND 5v或者VCC 接 5v或者VCC RXD 接 RXD TXD 接 TXD 由于光立方的电流会影响到下载器，所以5V那条线不用接，直接用电源线供电，下载的时候单片机需要冷启动（ 意思就是单片机需要断电后再重新上电才能下载），把电源开关当做冷启动就行，下载器连接好到，需要断开开关再 重新上电就可以下载了，上位机的连接方法一样（不用冷启动，不用拨电源线再插上），用电源线直接供电就行。 6、问：测试主板的时候有灯常亮或者不亮是什么问题？ 答：主板焊接问题，请重新加锡焊接下对应的贴片芯片就可以了，不清楚焊接哪个芯片的话，麻烦看资料里面的原理图。 7、问:光立方全部制作好了，之前使用好好的，现在发现有一层的灯跟着其它层一起亮，其它层亮的时候那一层也跟着微亮是怎么原因呢？ 答：那一层有哪个灯坏了，找出那个灯换掉就可以了。查找方法：（1）看那层有没有灯不亮的或者亮得不一样的，如果有把它换掉就可以了（2）如果没有第一种情况，那就用拔除法查找，先一排一排的拆掉那一面的正极，每拆一排的时候都要测试还有没有之前那种情况。 8、问：光立方自动死机重启，只运行到一点动画就重启了，重新上电也一样，是不是程序有问题啊？ 答：亲不用当心，这不是程序问题，这是电源供电问题，请换一个2A电流电源供电就可以（用电脑供电电流达不到要求）
超详细的光模块介绍
超详细的光模块介绍 光模块发展简述 光模块分类 按封装：1*9 、GBIC、SFF、SFP、XFP、SFP+、X2、XENPARK、300pin 等。 按速率：155M、622M、1.25G、2.5G、4.25G、10G、40G等。 按波长：常规波长、CWDM、DWDM等。 按模式：单模光纤（黄色）、多模光纤（橘红色）。 按使用性：热插拔（GBIC、SFP、XFP、XENPAK）和非热插拔（1*9、SFF）。 封装形式
光模块基本原理 光收发一体模块（Optical Transceiver) 光收发一体模块是光通信的核心器件，完成对光信号的光-电/电-光转换。由两部分组成：接收部分和发射部分。接收部分实现光-电变换，发射部分实现电-光变换。 发射部分： 输入一定码率的电信号经内部的驱动芯片处理后驱动半导体激光器(LD)或发光二极管(LED)发射出相应速率的调制光信号，其内部带有光功率自动控制电路(APC)，使输出的光信号功率保持稳定。 接收部分： 一定码率的光信号输入模块后由光探测二极管转换为电信号，经前置放大器后输出相应码率的电信号，输出的信号一般为PECL电平。同时在输入光功率小于一定值后会输出一个告警信号。
光模块内部结构光模块的主要参数
1. 传输速率 传输速率指每秒传输比特数，单位Mb/s 或Gb/s。主要速率：百兆、千兆、2.5G、4.25G和万兆。 2.传输距离 光模块的传输距离分为短距、中距和长距三种。一般认为2km 及以下的为短距离，10～20km 的为中距离，30km、40km 及以上的为长距离。 ■光模块的传输距离受到限制，主要是因为光信号在光纤中传输时会有一定的损耗和色散。 注意： ? 损耗是光在光纤中传输时，由于介质的吸收散射以及泄漏导致的光能量损失，这部分能量随着传输距离的增加以一定的比率耗散。 ? 色散的产生主要是因为不同波长的电磁波在同一介质中传播时速度不等，从而造成光信号的不同波长成分由于传输距离的累积而在不同的时间到达接收端，导致脉冲展宽，进而无法分辨信号值。 ? 因此，用户需要根据自己的实际组网情况选择合适的光模块，以满足不同的传输距离要求。 3.中心波长 ? 中心波长指光信号传输所使用的光波段。目前常用的光模块的中心波长主要有三种：850nm 波段、1310nm 波段以及1550nm 波段。 ? 850nm 波段：多用于≤2km短距离传输 ? 1310nm 和1550nm 波段：多用于中长距离传输，2km以上的传输。 光纤类型
激光器驱动电流源电路设计方案
激光器驱动电流源电路设计方案 本文设计了一种数控直流电流源的方案，给出了硬件组成和软件流程及源程序。以STC89C52单片机为核心控制电路，利用12位D/A模块产生稳定的控制电压，12位A/D模块完成电流测量。输出电流范围为20~2000mA，具有“+”“-”步进调整功能，步进为1mA，纹波电流小，LCD同时显示预置电流值和实测电流值，便于操作和进行误差分析。 基于以上分析，选择方案二,利用STC89C52单片机将电流步进值或设定值通过换算由D/A转换，驱动恒流源电路实现电流输出。输出电流经处理电路作A/D转换反馈到单片机系统，通过补偿算法调整电流的输出,以此提高输出的精度和稳定性。在器件的选取中，D/A转换器选用12位优质D/A转换芯片 TLV5618，直接输出电压值，且其输出电压能达到参考电压的两倍，A/D转换器选用高精度12数转换芯片ADS7816。. 恒流源模块设计方案 方案一：由三端可调式集成稳压器构成的恒流源。其典型恒流源电路图如图1.2.1所示。一旦稳压器选定，则U0 是定值。若R固定不变，则I0不变，因此可获得恒流输出。若改变R值，可使输出 I0改变。因此将R设为数控电位器，则输出电流可以以某个步长进行改变。此电路结构简单，调试方便，价格便宜，但是精密的大功率数控电位器难购买。 图1.2.1 三端集成稳压器构成的恒流源框图 方案二：由数控稳压器构成的恒流源方案一是在U0不变的情况下，通过改变R的数值获得输出电流的变化。如果固定R不变，若能改变U0的数值，同样也可以构成恒流源，也就是说将上图中的三端可调式集成稳压源改为数控电压源，其工作原理和上图类似。此方案原理清楚，若赛前培训过数控电压源的设计的话，知识、器件有储备，方案容易实现。但是，由1.2.2图可知，数控稳压源的地是浮地，与系统不共地线，对于系统而言，地线不便处理。
SFP光模块电气接口定义
SFP光模块电气接口参数详解电口是一种标准的热插拔口，做成金手指的电路板，如下图所示： 引脚定义
电气接口 电源： VCCT和VCCR分别是发射和接受部分电源，要求3.3V±5%，最大供电电流300mA以上。电感的直流阻抗应该小于1欧姆，确保SFP的供电电压稳定在3.3V。推荐的滤波网络，可以保证插拔模块时的浪涌小于30mA。 VCCT和VCCR可以在模块内相连。发射和接收的地可以在模块内相连。 差分输入/输出： TD-/+是发射部分差分信号输入,采用交流耦合,差分线具有100欧姆输入阻抗。 差分输入信号摆幅范围500mV~2400mV。 RD-/+接受部分差分信号输出,采用交流耦合,差分线具有100欧姆输入阻抗。 差分输出信号摆幅范围370~2000mV。 I2C总线： Rate_Select：接收部分速率选择。 Mod_Def(0)：接地 Mod_Def(1)：I2C的时钟线.应该在主板上由4.7K~10K电阻上拉至VCC Mod_Def(2)：I2C的数据线.应该在主板上由4.7K~10K电阻上拉至VCC。 状态控制信号： TX_Fault：开集/漏极输出,需要在主板上由4.7K~10K电阻上拉至2~VCC+0.3V。激光器失效时为高电平，正常工作时为低电平( <0.8V )。 TX_Disable：关断使能输入.需要在模块内由4.7K~10K电阻上拉至2~VCC+0.3V。 低电平(0~0.8) 正常工作 高电平(2~3.465)关断 悬空：关断
LOS：开集/漏极输出,需要4.7K~10K电阻上拉至2~VCC+0.3V。当输入光功率低于最差接受光功率时，高电平告警。 推荐接口电路：
半导体激光器驱动电路设计_图文(精)
第9卷第21期 2009年11月1671 1819(200921 6532 04 科学技术与工程 Science T echno logy and Eng i neering V o l 9 N o 21 N ov .2009 2009 Sci T ech Engng 通信技术 半导体激光器驱动电路设计 何成林 (中国空空导弹研究院,洛阳471009 摘要半导体激光驱动电路是激光引信的重要组成部分。根据半导体激光器特点,指出设计驱动电路时应当注意的问题,并设计了一款低功耗、小体积的驱动电路。通过仿真和试验证明该电路能够满足设计需求,对类似电路设计有很好的借鉴作用。 关键词激光引信半导体激光器窄脉冲中图法分类号 TN 242; 文献标志码 A
2009年7月14日收到 作者简介:何成林(1982 ,男,湖北利川人,助理工程师,硕士,研究方向:激光引信技术,E m ai:l chengli nhe @163.co m 。 激光引信大部分采用主动探测式引信,主要由发射系统和接收系统组成。发射系统产生一定频率和能量的激光向弹轴周围辐射红外激光能量,而接收系统接收处理探测目标漫反射返回的激光信号,而后通过信号处理系统,最终给出满足最佳引爆输出信号。由此可见,激光引信的探测识别性能很大程度上取决于激光发射系统的总体性能,即发射激光脉冲质量。而光脉冲质量取决于激光器脉冲驱动电路的质量。因此,半导体激光器驱动电路设计是激光引信探测中十分重要的关键技术。 1 脉冲半导体激光器驱动电路模型分析 激光器驱动电路一般由时序产生电路、激励脉冲产生电路、开关器件和充电元件几个部分组成,如图1。 图1中,时序产生电路生成驱动所需时序信号,一般为周期信号。脉冲产生电路以时序信号为输入条件。根据其上升或下降沿生成能够打开开关器件的正激励脉冲
光接收机的结构及原理(精)
第三部分光接收机的结构及原理 在有线电视 HFC 网络中, 光接收机通常位于光纤接点和有线电视的前端位置,它的主要功能是把光信号转变为 RF 信号,前面已经详细讲述了光探测器、光接收组件的原理及应用。光探测器是实现光 /电转换的关键部件,其质量的优劣决定了光接收机的性能指标与档次,光接收组件是光探测器与前置放大器的组合,在光接收机中, 无论是分离组件还是一体组件, 该部分的成本比重都比较大, 与光发射机的激光器一样, 不仅决定了光接收机的性能指标, 还将决定光接收机的价格。光接收的整机组成主要由光接收组件、功率放大模块及其附属功能电路组成, 除光接收组件外, 功率放大模块是光接收机的第二大核心元件。即使是采用相同的组件,由于采用不同档次、不同价位的放大模块组合, 整机也会有显著不同。有线电视技术发展到今天, 光接收机采用分离元件制作放大模块已不多见, 基本上全采用集成一体化组件结构。该结构模块大多属于厚膜集成电路, 它是用丝网印刷和烧结等工艺在同一陶瓷基片上制作无源网源, 并在其上组装分立的半导体芯片或单片集成电路、放大三极管管芯等, 另外再外加塑料密封,防止潮气、杂质的进入。 一、光接收机常用的放大模块介绍 能用于光接收机的模块有众多型号,排除品牌命名的差异,根据放大模块的增益划分有 14dB 、 18dB 、 20dB 、 22dB 、 27dB 等,用于单模块放大器的 34dB 的放大模块在光接收机中少有应用,当然也不排除低档光接收机应用的可能。根据放大模块具体放大电路结构的 不同划分:有推挽放大模块、功率倍增放大模块两种,而根据放大元件工艺的不同,放大模块又分为硅放大工艺、砷化镓工艺两种,在光接收机中采用的模块的命名, 一般以推挽和功率倍增为主要区分, 同时附加增益的差异与器件工艺, 如果不说是砷化镓工艺模块则所说的放大模块一般都是指硅工艺。 1.推挽放大模块的原理及结构。在实用的放大电路中,三极管的集电极并非总有电流流过, 根据集中极电流导通时间的长短, 通常把放大器分成甲类、乙类、丙类等。在输入信号的整个周期中都有电流流过集电极的放大器称为甲类放大器; 只
3D8光立方制作
3D8光立方制作 目录 一、摘要 (1) 二、关键字 (1) 三、引言 (2) 四、正文 (2) （一）、主要元件介绍 (3) 1、STC12C5A60S2 (3) 2、74HC573 (3) 3、ULN2803 (4) （二）、工作原理 (5) 1、驱动模块原理 (6) （三）、元器件选择 (7) （四）、制作、调试 (8) 1、制作 (9) 2、调试 (11) 五、结束语 (13) 六、参考文献 (12) 七、附录（程序） (13)
光立方 一、摘要： 本设计采用8*8*8 的模式，硬件主要分为三个模块：主控模块、驱动模块、显示模块。采用的主控芯片为STC12C5A60S2 芯片，驱动电路是采用我们常用74HC573数字芯片。数组 OUT[0]代表光立方从第一层 D0 到第八层 D0 的数据，以此类推数组 OUT[1] 代表光立方从第一层 D1 到第八层 D1 的数据。本设计采用C语言编程，利用单片机控制LED的亮灭，采用延时控制LED亮灭时间，最终使得整个立体展现不同的造型和图案，使其变得美轮美奂、绚丽多彩。 二、关键字： LED光立方，74HC573，STC12C5A60S2，ULN2803 三、引言： 光立方是由四千多棵光艺高科技“发光树”组成的,在2009年10月1日天安门广场举行的国庆联欢晚会上面世,这是新中国成立六十周年国庆晚会最具创意的三大法宝之首,自从国庆60周年联欢晚会开始演练后,一个全新的名词“光立方”,吸引了全国人民的关注。国庆联欢晚会三样法宝,光立方为最,“光立方”在气势和整体感觉上,融合了北京奥运会开幕式“击缶而歌”和“活字印刷”的风格,而各种图案则与贯穿奥运会开幕式的“画卷”有异曲同工之妙。“光立方”可以根据爱国歌曲的不同内容,展示不同的造型和图案,具有丰富的视觉效果。 四、正文 （一）主要元件介绍： 1、STC12C5A60S2 STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。 1)增强型8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051 2)工作电压：STC12C5A60S2系列工作电压：5.5V- 3.3V（5V单片机） 3)工作频率范围：0 - 35MHz，相当于普通8051的 0～420MHz 4)应用程序空间8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K字节 5)片上集成1280字节RAM 6)外部中断I/O口7路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿 中断的PCA模块,Power Down模式可由外部中断唤醒,INT0/P3.2,
激光器设计原理
引言 光纤传感器自20世纪70年代以来，以其具有的灵敏度高、耐腐蚀、抗电磁干扰能力强、安全可靠等特点取得了飞速的发展。同时，这些特性也使它可以实现某些特殊条件下的测量工作，比起常规检测技术具有诸多优势，是传感技术发展的一个主导方向。 作为光纤传感器中关键的光学元件之一的光源，其稳定度直接影响着光纤传感器的准确度。本文所涉及的光纤传感器采用的是半导体激光器光源，半导体激光器具有单色性好、方向性好、体积小、光功率利用率高等优点，但是，光功率输出受外界环境变化的影响较大。因此，本文针对半导体激光光源的工作原理和特性，设计了一种简单可行的自动功率控制(APC)驱动电路，通过背向监测光电流形成反馈，实现恒功率控制。并且，引入了慢启动电路，防止电源电压的干扰，使激光器不会受到每次开启电源时产生的过流冲击，延长了激光器的使用寿命。经实验验证，该电路解决了激光器在使用中输出功率不稳定的问题，其稳定度优于0.5%，达到了较好的稳流效果。 1 光源的工作原理和特性 目前，实际应用的光源有表面光发射二极管(LED)、激光二极管(LD)、超辐射二极管(SLD)、超荧光光源(SFS)等。随着光纤传感技术的迅速发展，体积小、质量轻、功耗小、容易与光纤耦合的LD等半导体光源应用越来越广泛。本文主要研究半导体LD的驱动设计。 1.1 LD发光机理分析 LD的基本结构为：垂直于PN结面的一对平行平面构成法布里-珀罗谐振腔，它们可以是半导体晶体的解理面，也可以是经过抛光的平面。其余两侧面则相对粗糙，用以消除主方向外其他方向的激光作用。当半导体的PN结加有正向
电压时，会削弱PN结势垒，迫使电子从N区经PN结注入P区，空穴从P区经过PN结注入N区，这些注入PN结附近的非平衡电子和空穴将会发生复合，从而发射出波长为λ的光子，其公式 λ=hc/Eg， (1) 式中 h为普朗克常数;c为光速;Eg为半导体的禁带宽度。 如果注入电流足够大，则会形成和热平衡状态相反的载流子分布，即粒子数反转。当有源层内的载流子在大量反转情况下，少量自发辐射产生的光子由于谐振腔两端面往复反射而产生感应辐射，造成选频谐振正反馈，或者说对某一频率具有增益。当增益大于吸收损耗时，就可从PN结发出方向性好、相干性强、亮度高、频带窄的激光。LD除了具备一般激光的相干性好、方向性强、发散角小、能量高度集中外，还具有光电转换效率高、输出功率大、体积小、重量轻、结构简单、抗震性强等特点。 1.2 LD输出特性 图1是一种典型的半导体激光器在不同温度下的输出功率与正向驱动电流的关系曲线。为了便于看清楚，图中底部的近似直线部分有意抬高了一些。由图1中可以看出：当驱动电流低于阈值时，激光器只能发射出荧光，只有当驱动电流大于激光器的阈值电流时，激光器才能正常工作发出激光，因此，要使LD发射激光，就要供给LD略大于阈值电流的工作电流。而且，LD的阈值电流受温度的影响，温度越高，相应的阈值电流越大。在某一温度下，当驱动电流低于阈值电流时，输出光功率近似为零;当驱动电流高于阈值时，输出激光，光输出功率随着驱动电流的增大而迅速增加，并近似呈线性上升。
基于单片机的光立方设计
XXXX大学本科课程设计 题目:基于单片机的光立方设计姓名: 学号: 院（系）: 专业、年级: 指导教师: 二○XX年X月
一、设计任务 在当今信息化社会的高速发展过程中，大屏幕显示已经从公共信息展示等商业应用向消费类多媒体应用渗透。新型的大屏幕要求显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如油画，动如电影，这些设计广泛应用于交通运输、车站、商场、医院、宾馆、证券市场、工业企业管理等公共场所。本设计旨在利用人眼视觉暂留的特点，通过AT89C52单片机控制一个由64盏LED灯组成的四层光立方模拟3D显示效果，实现三维显示。 该光立方具有以下功能： 1）能单独点亮每一个LED灯； 2）能点亮任意一条线上的LED灯； 3）能同时点亮任意一个面上的LED灯； 4）能同时点亮所有的LED灯； 5）能让LED灯自由亮灭，产生不同的显示效果。 二、设计方案 1、单片机资源分配情况 将LED光立方分成4层，分别由单片机的P2.0，P2.1，P2.2，P2.3，四个IO 口来控制每一层，由于采用的是共阳极所以当层电位为高电平有效，由P0口和P1的总共16个IO口来控制每层的16盏灯，低电平有效，P0口加上拉排阻。这样就可以通过控制IO口的输出电平来控制每盏灯的亮灭。 2、系统框图 本系统主要由时钟电路、复位电路、LED光立方电路组成；时钟电路和复位电路作为单片机输入，LED光立方电路作为单片机输出，显示出控制结果如图2- 1所示。 时钟电路：单片机的各个功能部件的运行都是以时钟控制信号为基准，一拍一拍的工作。因此时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的可靠性和稳定性。常用的时钟电路设计为内部时钟方式，单片机内部有一个由反向放大器构成的振荡电路，芯片上的XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的输入和输出端。只要在这两个引脚上接一个石英晶体振荡器和两个微调电容就构成内部方式的振荡器电路，由振荡器产生自激振荡，便构成一个完整的振荡信号发生器。 复位电路：通过某种方式，使单片机内部各类寄存器的值变为初始状态的操作称为复位，复位主要通过外部电路实现。常见的复位电路包括上电复位、手动
光模块知识(详细)
光模块知识 ——转载自通信人家园 光模块的发展简述 光模块分类 按封装：1*9 、GBIC、SFF、SFP、XFP、SFP+、X2、XENPARK、300pin等。按速率：155M、622M、1.25G、2.5G、4.25G、10G、40G等。 按波长：常规波长、CWDM、DWDM等。 按模式：单模光纤（黄色）、多模光纤（橘红色）。 按使用性：热插拔（GBIC、SFP、XFP、XENPAK）和非热插拔（1*9、SFF）。封装形式
光收发一体模块（Optical Transceiver)
光收发一体模块是光通信的核心器件，完成对光信号的光-电/电-光转换。由两部分组成：接收部分和发射部分。接收部分实现光-电变换，发射部分实现电-光变换。 发射部分： 输入一定码率的电信号经内部的驱动芯片处理后驱动半导体激光器(LD)或发光二极管(LED)发射出相应速率的调制光信号，其内部带有光功率自动控制电路(APC)，使输出的光信号功率保持稳定。 接收部分： 一定码率的光信号输入模块后由光探测二极管转换为电信号，经前置放大器后输出相应码率的电信号，输出的信号一般为PECL电平。同时在输入光功率小于一定值后会输出一个告警信号。
光模块内部结构 1. 传输速率 传输速率指每秒传输比特数，单位Mb/s 或Gb/s。主要速率：百兆、千兆、2.5G、4.25G 和万兆。 2.传输距离
光模块的传输距离分为短距、中距和长距三种。一般认为2km 及以下的为短距离，10～20km 的为中距离，30km、40km 及以上的为长距离。 ■光模块的传输距离受到限制，主要是因为光信号在光纤中传输时会有一定的损耗和色散。 注意： 损耗是光在光纤中传输时，由于介质的吸收散射以及泄漏导致的光能量损失，这部分能量随着传输距离的增加以一定的比率耗散。 色散的产生主要是因为不同波长的电磁波在同一介质中传播时速度不等，从而造成光信号的不同波长成分由于传输距离的累积而在不同的时间到达接收端，导致脉冲展宽，进而无法分辨信号值。 因此，用户需要根据自己的实际组网情况选择合适的光模块，以满足不同的传输距离要求。 3.中心波长 中心波长指光信号传输所使用的光波段。目前常用的光模块的中心波长主要有三种：850nm 波段、1310nm 波段以及1550nm 波段。 850nm 波段：多用于≤2km短距离传输 1310nm 和1550nm 波段：多用于中长距离传输，2km以上的传输。 光纤类型 1. 光纤模式（Fiber Mode） 按光在光纤中的传输模式可将光纤分为单模光纤和多模光纤两种。 多模光纤(MMF，Multi Mode Fiber)，纤芯较粗，可传多种模式的光。但其模间色散较大，且随传输距离的增加模间色散情况会逐渐加重。多模光纤的传输距离还与其传输速率、芯径、模式带宽有关，具体关系请参见下表。