介绍

通常，T3/E3/STS-1信号在短距离上运行，但一些应用需要更长的距离。T3/E3/STS-1光纤到铜转换器接收铜信号并将其转换成光信号，通过光纤链路传输。一对转换器将T3/E3/STS-1信号扩展到铜规格之外，允许T3/E3/STS-1信号在超出建筑物内部长度限制的情况下使用。T3信号的标准长度为380m, E3信号的标准长度为440m, STS-1信号的标准长度为360m，光纤连接可以达到英里。然而，在光纤上传输T3/E3/STS-1没有标准。典型的设计包括使用SC或ST连接器的单模或多模光纤，以及不同的光波长，如850nm, 1310nm和1550nm。光预算长度决定了工程师是否需要改进光学元件设计以满足最终用户的应用。

要通过光纤传输数据，必须首先将信号从电域转换为光域。在接收方，这个过程是相反的。大多数设计在每个方向使用两根纤维束:Tx和Rx。然而，由于光的独特特性，可以使用光双工器，以便在一根光纤上设计全双工连接，在两个方向上使用相同的波长。本应用笔记讨论了一个简单的全双工系统，该系统使用两股单模光纤传输较长的距离。

STS-1是同步光网络(SONET)的基本传输单元。它是基于铜的OC-1版本。STS-1也被称为EC-1。T3和E3都位于Plesiochronous Digital hierarchy (PDH)中的第三层。表1说明了各自的比特率。

表1。比特率与等级标准

在时分多路复用(TDM)系统中，曼彻斯特技术通常用于时钟和数据的线路编码/解码。对于光纤上光信号的调制，激光/LED发送器/接收器使用“亮”表示二进制1，“灭”表示二进制0。当光接收器检测到来自光纤的信号并将其转换回电信号时，必须将其放大，然后才能恢复时钟和数据。图1给出了一个典型的光时分复用系统的接收和发送对的框图。

图1所示。用于光TDM传输的典型接收/发送对。

光接收机性能

在光链路的接收端，PIN二极管或雪崩光电二极管(APD)光电探测器将接收到的光转换为电流信号。PIN二极管在3.3V的其他组件的相同电源下工作，并且比APD相对便宜。然而，对于接收到的给定光功率，PIN二极管发射的电子比APD少，因此如果接收器需要放置在远离发射器的地方，APD是更好的选择。与PIN二极管不同，APD需要一个偏置电路，这可能需要在30V到100V范围内的反向工作电压。除了成本增加之外，APD还增加了电路的噪声，并且需要冷却。

光电探测器将输出电流传送到跨阻放大器(TIA)。TIA将该电流转换为电压，放大该单端电压，然后将其转换为差分信号。TIA应该在输入端提供大的动态范围和高的过载容忍度。必须降低TIA噪声，以提供接收因发射机老化和/或传输距离较长而减弱的光信号所需的高输入灵敏度。为了避免在强光信号存在时由于失真造成的比特错误，需要高的过载容忍度。TIA的最大增益取决于其工作频率，为了确保稳定运行，应该在一个狭窄的范围内优化其工作频率。TIA函数之后必须有一个后置放大器，通常称为限制放大器(LA)。LA提供的输出电压摆幅最大值与输入信号强度无关。

时钟和数据恢复(CDR)块遵循LA。CDR通过对来自LA的传入信号执行时序和幅度级决策来重新生成原始时钟和数据流。集成时钟恢复电路面临的挑战是满足抖动规范建议。当几个伪随机位模式序列叠加在一起时，信号质量可以在“眼图”中看到(见图2)。

图2。“眼图”说明了数据流的质量。

由于CDR必须接受一定数量的输入数据抖动才能实现正常的无差错操作，因此线端和再生器应用中的所有接收单元都必须符合抖动容限建议。抖动转移是指允许从CDR的输入端转移到输出端的抖动部分，而抖动产生是指CDR自身产生的抖动。在系统的每个阶段，恢复的时钟能够传输到下一个再生器，允许抖动贡献累积。线路终端接收器不需要满足抖动传输和抖动产生规范，因为重新生成的数据与系统时钟同步。

对于数据恢复，重要的是使用锁相环(PLL)来同步时钟与数据流，这将确保时钟与数据字的中间对齐。光接收系统应该包括调整时钟和数据之间相位关系的选项。这将有助于减少误码率(BER)在不对称的上升和下降过渡的接收数据信号的存在。

光发射机性能

在光链路的发射端，激光二极管或LED将电比特序列转换为光脉冲。第二和第三光窗通常用于在电信网络中的标准光纤电缆上传输信息，如图图3。在光窗内，信号受益于每单位光纤长度较少的色散和衰减。激光二极管或LED由“激光驱动器”块调制(见图1)。

图3。第一、第二和第三光学窗的衰减和色散。

电吸收型、分布反馈型、马赫-曾德尔型等直接调制半导体激光二极管是一种可以在第三光窗内工作的高光谱纯度光源。因此，激光二极管优选用于非常长的距离和/或非常高的比特率。所有用于直接调制的半导体激光二极管都需要直流偏置电流来设置工作点，并需要调制电流来传输信号。直流偏置和调制电流的值取决于激光二极管的特性，这可能因类型而异。

为了补偿激光特性随时间和温度的漂移，激光驱动器必须保持初始调整的直流工作点。为了进行补偿，通常在激光驱动器中集成一个自动功率控制(APC)。为了检测实际的激光功率输出，内部监控光电二极管将激光转换成成比例的电流，并将其反馈给激光驱动器，以便与输出设定点进行比较。任何差异都会导致直流偏置电流根据需要增加或减少以达到原始设定点。

还可能需要补偿由时间和温度引起的光信号强度的变化。这可以通过额外的外部电路或集成的自动调制控制(AMC)来解决。AMC通常使用APC回路中已经存在的监视器光电二极管。除了这些功能之外，系统还必须能够在不中断输入端的数据接收的情况下，通过禁用驱动器来停止激光传输。

特定的系统块

下面的部分描述了一个完整的系统，优化上述标准，并在可用的情况下使用Maxim部件。图4为T3/E3/STS-1操作的光模块信号链。在光接收端，选择MAX3657作为TIA，其输出的交流耦合大，以减少漂移。MAX3645是LA，包含一个信号损耗检测器。LA后所需的低通滤波器需要是四阶贝塞尔或线性相位LPF，其中3dB带宽设定点选择为所选比特率的80%。CDR器件需要使用曼彻斯特解码，输出码标反转/正发射器耦合逻辑(CMI/PECL)差分信号或单端时钟和数据。CMI/PECL差分到单端双极时钟和数据转换器模块可能是必要的，以调节DS3150 LIU的信号以发送出同轴线。

在光发送端，选择带APC的MAX3667作为LD。还需要一个单端双极到CMI/PECL的差分转换器，从同轴线路接收DS3150 LIU的时钟和数据流。图4中的系统仅显示了T3/E3/STS-1收发器的一面。另一组将需要允许全双工操作。有关具体设计程序，请参阅相应的数据表。如果使用APD代替光电二极管的PIN二极管，那么MAX1932可以提供其偏置，并且可以由MAX1968控制。

图4。一种采用Maxim部件的光TDM传输收发系统。

T3/E3/STS-1光纤扩展信息

有关T3/E3/STS-1光纤扩展的更多问题，请联系电信应用支持团队。

有关DS3150的更多信息，请参阅我们网站上的DS3150数据表www.maximintegrated.com/telecom。

有关MAX3657, MAX3645, MAX3667, MAX1932或MAX1968的更多信息，请参阅www.maximintegrated.com/fiber上提供的数据表。