高精密光傳輸放大系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

　　反相輸入放大器的輸入電阻R_i=U_i/I_i。對于高精度、低漂移的放大器，保證R_b=R_i//R_f是非常重要的。若在該運放前端再加一反相放大器，調(diào)整R_i、R_b、R_f的值大小，使放大系數(shù)為-1，此時即構成了輸入與輸出同相的按比例放大的高精度運算放大電路。圖3為由一片OPA2277構成的同相放大電路。

　　若經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換還原后的電信號幅值不夠，可進行第二次放大以獲得理想的幅值。需要注意的是，在電路設計中，為抑制干擾，在每個運放接電源的引腳處都加了去耦電容，在電路的電源輸入端加入了濾波電容。

　　1.2 光傳輸電路

　　光傳輸電路由光發(fā)送電路和光接收電路兩部分組成。在電信號進入光傳輸電路前，首先要進行光電轉(zhuǎn)換。實現(xiàn)這一功能的芯片我們選用AD650。AD650是一款由ADI公司生產(chǎn)的具有優(yōu)異性能的V/F轉(zhuǎn)換和F/V轉(zhuǎn)換集成電路。它采用電荷平衡式V/F轉(zhuǎn)換原理，輸入可為單極性電壓、雙極性電壓或差分電壓，輸出為矩形波^[2]。AD650采用集電極開路輸出，輸出端經(jīng)過上拉電阻接電源，能與CMOS、TTL電路兼容。AD650電源電壓范圍寬、功耗低，它采用雙電源供電，典型值為±15V，靜態(tài)電流小于8mA^[3]。

　　1.2.1 光發(fā)送電路

　　圖4為電/光轉(zhuǎn)換及光發(fā)送電路原理圖。電信號從AD650的引腳3進入，經(jīng)內(nèi)部轉(zhuǎn)換后的光信號從AD650的引腳8輸出，對于頻率值起關鍵作用的定時電容C3(CT)應選用精確度高的瓷介電電容以減少器件本身帶來的誤差，同時輸入電阻RIN(VR1和R1)取值應適中，以避免在電位器調(diào)整中因旋轉(zhuǎn)角度不同而人為產(chǎn)生誤差。

　　其中，電/光轉(zhuǎn)換的輸出頻率為：

　　        (2)

　　式中，f_out為輸出頻率，U_IN為輸入電壓，C_T的單位為pF，44pF為C_T引腳的分布電容。

　　1.2.2 光接收電路

　　圖5為光/電轉(zhuǎn)換及光接收電路原理圖。輸入信號頻率fin首先經(jīng)過微分電路從AD650的引腳9進入，變成負脈沖，經(jīng)內(nèi)部轉(zhuǎn)換后的直流電壓從AD650的引腳1輸出，其大小與輸入頻率fin成正比^[4]?？烧{(diào)電阻分別用作滿度校準和零度校準。

　　電光、光電轉(zhuǎn)換采用在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的Agilent公司生產(chǎn)的HFBR系列光收發(fā)器。電光轉(zhuǎn)換發(fā)射器選用HFBR1528，光電轉(zhuǎn)換接收器選用HFBR2528。具體電路如圖4、圖5所示。推薦的標準型號光纖是1mmPOF塑料光纖，既經(jīng)濟又便于使用^[5]。