Реферат: Разработка фотоприемного устройства волоконно-оптической системы передачи информации (ВОСПИ)

Реферат.

 

Пояснительная записка  дипломного проекта на тему:

“Разработка фотоприемного устройства

ВОСПИ диапазона ДЦВ.”

Содержит:         88    страниц11 таблиц20  рисунков.

Ключевыеслова:

волоконно-оптическая системапередачи информации, усилитель фотоприемника, динамический диапазон, малыесобственные шумы, аналоговый оптический сигнал.

         В данном дипломномпроекте разрабатывается фотоприемное устройство  для приема аналоговыхоптических сигналов, обеспечивающее заданный динамический и частотный диапазон.

Проведенытехнико-экономические расчеты, которые показывают целесообразность внедренияизделия в эксплуатацию, а также приведен комплекс мероприятий по обеспечениюбезопасности жизнедеятельности создателей ФПУ и обслуживающего персонала. 

Содержание.

 

 

 

Наименование

Страница

Реферат 4 Содержание 5 Введение 7 Глава 1 Волоконно-оптические системы передачи                                        информации 9 1.1.1 Принципы построения ВОСПИ. 9 1.1.2 Потери и искажения ВОСПИ. 15 1.1.3 Искажения сигналов в одномодовой                                    аналоговой ВОСПИ 17 1.1.4 Экспериментальные наблюдения и измерения искажений сигналов в аналоговых ВОСПИ 18 1.1.5 Исследование искажений радиосигнала в                           аналоговой ВОСПИ и одномодовом ВОК. 19 1.1.6 Определение основных характеристик                                оптических излучателей и фотоприемников. 21 1.2.1 Волоконно-оптический кабель. 22 1.2.2 Излучатели. 24 1.2.3 Фотоприемные устройства. 24 Глава 2 Выбор и обоснование структурной схемы. 28 Глава 3 Выбор и обоснование принципиальной схемы ФПУ. 36 3.1 Выбор и обоснование принципиальной схемы предварительного усилителя ФПУ. 36 3.2 Выходной каскад. 41 Глава 4 Расчет фотоприемного устройства. 44 4.1 Расчет выходного усилителя. 44 4.2 Расчет предварительного усилителя (ПУ). 47 4.3 Расчет частотных характеристик цепи усилителя. 52 4.4 Оптимизация характеристик цепи ПУ. 54 Глава 5 Конструктивная разработка фотоприемного устройства. 63 Глава 6 Обеспечение безопасности жизнедеятельности. 65 6.1 Анализ характеристик объекта проектирования, трудовой деятельности человека, производственной среды. 65 6.2 Мероприятия по эргономическому обеспечению. 67 6.3 Мероприятия по технике безопасности. 70 6.4 Мероприятия по пожарной безопасности. 71 6.5 Выводы. 72 Глава 7 Технико-экономические расчеты. 73 7.1 Расчет полной себестоимости. 73 7.1.1

Расчет материальных затрат (Мз).

73 7.1.2 Расчет затрат на оплату труда (З). 75 7.1.3 Прочие расходы. 76 7.2

Расчет отпускной и розничной цены.

78 7.3 Технико-экономические показатели. 79 7.4 Анализ технико-экономического расчета. 80 Заключение. 81 Литература. 82 Приложение 1 83 Приложение 2 85 Приложение 3 87

                                                                 

Введение

Всовременных  системах связи все больше требуются скоростные широкополосныеканалы связи для передачи информации. Отвечать растущим объемам передаваемойинформации можно, используя оптическое волокно.

Оптическоеволокно в настоящее время считается самой совершенной, а также самойперспективной средой для передачи больших потоков информации на большиерасстояния.

Волоконная оптика обеспечиласебе гарантийное развитие в настоящем и будущем.

В межрегиональном масштабеследует выделить строительство волоконно-оптических сетей синхронной цифровойиерархии (SDH).

Экономическиеаспекты оптического волокна также говорят в его пользу. Волокно изготавливаетсяиз кварца, основу которого составляет двуокись кремния, широкораспространенного, а потому не дорогого материала в отличии от меди. Стоимостьволокна по отношению к медной паре соотносится как 2:5. По всему миру внастоящее время поставщики услуг связи за год прокладывают десятки тысячкилометров волоконно-оптических кабелей. Ведутся интенсивные исследования вобласти волоконно-оптических технологий такими крупнейшими компаниями как Lucent Technologies, Norton, Siemens, IBM, Corning, Alcoa Fujikura.

Крупным производителемоптических соединителей в России является фирма « Перспективные Технологии ».Основными поставщиками оптических шнуров в России являются фирмы «Вимком-Оптик»,«Телеком Комплекс Сервис». Многие потребители оптических шнуров имеютсобственную сборку (РОТЕК, ЭЛОКОМ).

В процессе эксплуатацииВОСПИ можно отметить ряд их достоинств:

·      Высокая помехозащищенность отвнешних электромагнитных воздействий, которая решает проблемы электромагнитнойсовместимости радиоэлектронных средств.

·      Широкая полоса пропускания.Обуславливается высокой несущей частотой (возможность передачи по одномуоптическому волокну  информации в несколько терабит).

·      Малое затухание светового сигналав волокне. В настоящее время промышленное оптическое волокно имеет затухание0,2 – 0,3 дБ на длине волны 1,55 мкм в расчете на 1 км. Малое затухание и небольшаядисперсия позволяют строить участки линий без ретрансляции протяженностью до100 км и более.

·      Низкий уровень шумов.

·      Малый вес и объем

·      Высокая защищенность отнесанкционированного доступа (трудно подслушать информацию, не нарушаяприема-передачи).

·      Длительный срок эксплуатации.Процесс деградации волокна значительно замедлен и срок службы ВОК составляет примерно25 лет.

Волоконно-оптические сетиимеют, конечно и недостатки:

·      Высокая стоимость интерфейсногооборудования. Также требуется высоконадежное коммутационное оборудование,оптические соединители, разветвители, аттенюаторы.

·      Дорогостоящий монтаж иобслуживание оптических линий.

·      Требуется специальная защитаволокна.

1.  Волоконно-оптические системы передачи информации. (ВОСПИ)

 

1.1.1.   Принципы  построения ВОСПИ.

 

Оптическиеволокна производятся разными способами, они обеспечивают передачу оптическогоизлучения на разных длинах волн, имеют различные характеристики и выполняютразличные задачи. Все оптические волокна делятся на две основные группы:многомодовые MMF иодномодовые SMF.

Наиболееочевидным путем увеличения информационной емкости волоконно-оптических системсвязи является расширение спектральной области для передачи информации.Практически все современные  системы связи работают в диапазонах длин волнλ=1,3мкм и λ=1,55мкм. Использование всего спектрального диапазонаволокна позволяет резко увеличить информационную емкость волоконно-оптическихсистем со спектральным уплотнением каналов. С учетом дальнейшего прогресса волоконно-оптическихтехнологий можно предположить, что используя только спектральный интервал1,2-1,7мкм, в будущем можно будет передавать по одному волокну информацию соскоростью в 1000 тбит/с. Для реализации таких систем связи потребуются новыеисследования и разработка новой элементной базы.

         Информация, которая должна быть передана ввиде электрического сигнала, модулирует световой поток, который передается поволоконным световодам или через атмосферу.

         Шумовой характеризлучения источников света, как правило, ограничивает применяемые видымодуляции излучателей и в практически используемых системах, находят местомодуляции по интенсивности излучения. На приемном конце переданная информациядемодулируется. Основным элементом построения ВОСПИ соответствует структурнойсхеме, приведенной на рис.1.1.

Рис. 1.1

/>

1.   Источник сигнала

2.   Усилитель модулятор

3.   Лазерный излучатель

4.   ВОК (волоконно-оптический кабель)

5.   Фотодиод

6.   Усилитель

Передающиеоптические модули:

Передающие оптические модулиРОМ-3155 выпускаются на основе импортных MQW InGaAsP/InP Фабри Перолазерных диодов, интегрированных со схемой управления с дифференциальным PECL- входом. Модули имеют TTL – вход включения лазерного излучения и выходаварийного состояния лазерного диода (открытый коллектор). Предназначены дляработы в цифровых волоконно-оптических линиях связи со скоростью передачиинформации 2..155 Мбит/с. Технические характеристики приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1. технические характеристики.

Параметр

РОМ – 3155

Длина волны излучения, нм 1290..1330 Скорость передачи, Мбит/с. 2..155 Мощность излучения, дБм -3..0 Тип оптического волокна одномодовое

Тип разъема*

FC/PC Тип корпуса DIL — 14 Напряжение питания, В 4,75..5,25

 

* — тип разъема может быть изменен по согласованию сзаказчиком.

Припередаче на большие расстояния, когда отношение сигнал/шум на выходе приемникастановится недостаточным, в тракт включают ретрансляторы. Для передачи сигналаобычно используют световые импульсы. При этом применяют два вида модуляции:аналоговые, при которой информация передается изменением амплитуды, ширины илиположения импульсов; и цифровая – с кодированием информации комбинацией группыимпульсов.

Вданном дипломном проекте разрабатывается ФПУ для

ВОСПИ, использующуюаналоговую модуляцию. При аналоговой передаче, информационный сигнал модулируетподнесущую частоту, как правило, СВЧ диапазона, которая в

свою очередь управляетмощностью излучателя. Прием во всех случаях осуществляется с помощью фотоэлектрическихполупроводниковых приемников излучения, преобразующих энергию колебанийоптического диапазона в электрическую энергию. Электрический сигнал усиливаетсядо необходимого уровня усилителем низкой частоты.

Приразработке радиооптических преобразователей, используемых в аналоговых ВОСПИ,являющихся оптическими линиями связи между аналоговым фотоусилителем (АФУ) ивходом приемника ДЦВ диапазона, необходимо выполнить два основных требования:

1.                         При введении оптической линиимежду АФУ и приемником, электрическая пороговая чувствительность всей системыне должна ухудшаться, то есть отношение сигнал/шум должно оставаться прежним.

2.                         Динамический диапазон измененияпередаваемого полезного радиосигнала не должно быть меньше 60 дБ. для КВдиапазона и не меньше 40-45 дБ. для ДЦВ диапазона.

         Дляудовлетворения этих требований всей ВОСПИ необходимо обеспечить их выполнениекаждым элементом ВОСПИ: УМ, лазерным излучателем, ВОК, ФПУ.

         Ваналоговой ВОСПИ между АФУ и радиоприемником используются два радиооптическихпреобразователя: передающий радиооптический преобразователь, расположенныйнепосредственно в АФУ и выполняющий прямое радиооптическое преобразованиесигнала, приемный радиооптический преобразователь, находящийся на приемномконце ВОСПИ перед входом радиоприемника и осуществляющий обратныепреобразования оптического сигнала в радиосигнал.

         Вкачестве прямого радиооптического преобразователя выступаетусилитель-модулятор, возбуждаемый от радиосигнала с АФУ и модулирующий этимусиленным радиосигналом ток лазерного излучателя.

Лазерные модули для ВОЛС:

Лазерныемодули с оптическим волокном изготавливаются на основе импортных MQW InGaAsP/InP Фабри Перо лазерных диодов. выпускаются внеохлаждаемом исполнении, а также в

корпусеDIL – 14 совстроенном элементом Пельтье и в корпусе типа “оптическая розетка”. Техническиехарактеристики приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2. Технические характеристики.

Параметр

LFO-14-i*

LFO-17-i*

LFO-17m-i*

LFO-18-i*

Мощность излучения, мВт 1.0 2.0 1.0 1.0 Длина волны излучения, нм 1310 1310 850 1550 Тип оптического волокна SM MM MM SM

Тип разъема*

FC/PC FC/PC FC/PC FC/PC

 

* — тип разъема может быть изменен по согласованию сзаказчиком.

LFO-xx-ip – 4-pinнеохлаждаемый

LFO-xx-ir – “оптическаярозетка

LFO-xx-i – DIL-14 сэлементом Пельтье

         Радиооптическийпреобразователь, осуществляющий обратное преобразование оптического сигнала врадиосигнал, состоит из фотодиода и усилителя, то есть представляет из себяФотоприемное устройство (ФПУ).

         Фотоприемныемодули для ВОЛС:

Фотоприемныемодули серий PD-1375-ip/ir дляспектрального диапазона 1100..1650 нм. изготавливаются на основе импортных InGaAs PIN – фотодиодов. Выпускаются в неохлаждаемом исполнении,а также в корпусе типа “оптическая розетка” для стыковки с одномодовымволокном, оконцованным разъемом “FC/PC”.

Описание,оптические и электрические характеристики фотоприемного модуля PD-1375-ir приведены в конце этого пункта втаблице 1.3., а на рисунке 1.2. приведены схемы электрических соединений.