光纖傳輸語音電路設(shè)計(jì)

1、東 北 石 油 大 學(xué)課 程 設(shè) 計(jì)課 程 光電檢測(cè)技術(shù) 題 目 光纖傳輸語音電路設(shè)計(jì) 院 系 電子科學(xué)學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 2015年3月13日東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程 光電檢測(cè)技術(shù)題目 光纖傳輸語音電路設(shè)計(jì)專業(yè) 姓名 學(xué)號(hào) 主要內(nèi)容： 應(yīng)用集成電路、光敏二極管、三極管，設(shè)計(jì)光電發(fā)射與接收電路，光纖傳輸語音信號(hào)的功能?；疽螅?） 設(shè)計(jì)光纖傳輸語音信號(hào)的框圖。2） 設(shè)計(jì)光信號(hào)發(fā)射電路及光信號(hào)接收電路。3） 傳輸距離200米左右。4） 調(diào)試安裝。5） 完成課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。主要參考資料：1）李芳健編著.光纖通信相關(guān)技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2010.11.

2、2) 雷御堂編著，光電信息技術(shù)M.北京：電子工業(yè)出版社. 2006.4.3) 黃繼昌等編著.檢測(cè)專用集成電路及應(yīng)用M. 北京：人民郵電出版社，2006.10.完成期限 2015.3.92015.3.13 指導(dǎo)教師 專業(yè)負(fù)責(zé)人 2015年3月9日第1章 概述1.1選題背景光纖傳輸語音技術(shù)其實(shí)就是光纖通信技術(shù)。光纖通信技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，是基于電力通信的基礎(chǔ)上的。光纖通信，即光導(dǎo)纖維通信，是以光波作為信息載體，以光導(dǎo)纖維作為傳輸媒介，以實(shí)現(xiàn)信息傳遞的一種通信方式。隨著當(dāng)今世界科技的迅猛發(fā)展，光纖通信技術(shù)從光通信中脫穎而出，已成為現(xiàn)代通信的主要支柱之一，也是世界新技術(shù)革命的重要標(biāo)志和未來信息社會(huì)中各種

3、信息的主要傳送工具，在現(xiàn)代電信網(wǎng)中起著舉足輕重的作用。近年來，光纖通信的發(fā)展速度之快、應(yīng)用面之廣是通信史上罕見的，這主要在于它的通信容量大，傳輸距離遠(yuǎn)，信號(hào)串?dāng)_小，保密性能好，傳輸質(zhì)量佳，抗電磁干擾，而且尺寸小，重量輕，壽命長(zhǎng)，成本低等特點(diǎn)。光纖通信技術(shù)應(yīng)用迅速增長(zhǎng)，自1977年光纖系統(tǒng)首次商用安裝以來，電話公司就開始使用光纖鏈路替代舊的銅線系統(tǒng)。今天的許多電話公司，在他們的系統(tǒng)中全面使用光纖作為干線結(jié)構(gòu)和作為城市電話系統(tǒng)之間的長(zhǎng)距離連接。提供商已開始用光纖/銅軸混合線路進(jìn)行試驗(yàn)。這種混合線路允許在領(lǐng)域之間集成光纖和同軸電纜，這種被稱為節(jié)點(diǎn)的位置，提供將光脈沖轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光接收機(jī)，然后信號(hào)再

4、經(jīng)過同軸電纜被傳送到各個(gè)家庭。近年來，作為一種通信信號(hào)傳輸?shù)那‘?dāng)手段，光纖穩(wěn)步替代銅線是顯而易見的，這些光纜在本地電話系統(tǒng)之間跨越很長(zhǎng)的距離并為許多網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供干線連接。光纖是一種采用玻璃作為波導(dǎo)，以光的形式將信息從一端傳送到另一端的技術(shù)。今天的低損耗玻璃光纖相對(duì)于早期發(fā)展的傳輸介質(zhì)，幾乎不受帶寬限制并具有獨(dú)一無二的優(yōu)勢(shì)，點(diǎn)到點(diǎn)的光學(xué)傳輸系統(tǒng)由三個(gè)基本部分構(gòu)成：產(chǎn)生光信號(hào)的光發(fā)送機(jī)、攜帶光信號(hào)的光纜和接收光信號(hào)的光接收機(jī)。光纖傳輸設(shè)備傳輸方式可簡(jiǎn)單的分成：多模光纖傳輸設(shè)備和單模光纖傳輸設(shè)備。光纜傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)與發(fā)展形成了它的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。相對(duì)于銅線每秒1.54MHz的速率，光纖網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行速率達(dá)到了每秒

5、2.5GB。從帶寬看，很大的優(yōu)勢(shì)是：光纖具有較大的信息容量，這意味這能夠使用尺寸很小的電纜，將來就不用更新或者增強(qiáng)傳輸光纜中信號(hào)。隨著因特網(wǎng)的迅速普及以及寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的快速發(fā)展，人們對(duì)信息的需求呈現(xiàn)出爆炸性的增長(zhǎng)，幾乎是每半年翻一番。在這樣的背景下，信息高速公路建設(shè)已然成為世界性熱潮，而作為信息高速公路的核心和支柱的光纖通信技術(shù)更是成為重中之重。很多國(guó)家和地區(qū)不遺余力地斥巨資發(fā)展光纖通信技術(shù)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)，光纖通信事業(yè)得到了空前的發(fā)展。此外，由于信息的生產(chǎn)、傳播、交換以及應(yīng)用對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全有著決定性的影響，所以，與其它行業(yè)相比，光纖通信更具有特殊意義。1.2發(fā)展前景目前，在光纖通信領(lǐng)

6、域應(yīng)用方面有幾個(gè)發(fā)展熱點(diǎn)。首先是超高速傳輸系統(tǒng)和向超大容量波分復(fù)用系統(tǒng)的演進(jìn)，現(xiàn)在雖然取得了一定的突破，但還是處于試驗(yàn)研究階段。然后是光傳送聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，即建立既可以實(shí)現(xiàn)超大容量光網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性、重構(gòu)性、透明性，又允許網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)和業(yè)務(wù)量的不斷增長(zhǎng)、互連任何系統(tǒng)和不同制式的信號(hào)的光聯(lián)網(wǎng)。建設(shè)一個(gè)最大透明的、高度靈活的和超大容量的國(guó)家骨干光網(wǎng)絡(luò)，不僅可以為未來的國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施(NJJ)奠定一個(gè)堅(jiān)實(shí)的物理基礎(chǔ)，而且也對(duì)我國(guó)下一世紀(jì)的信息產(chǎn)業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的騰飛以及國(guó)家的安全有極其重要的戰(zhàn)略意義。從國(guó)內(nèi)方面來看，在國(guó)內(nèi)各研發(fā)機(jī)構(gòu)、科研院所、大學(xué)的科研人員的共同努力下，我國(guó)已研制開發(fā)了一些具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)

7、的光纖通信高技術(shù)產(chǎn)品，取得了一批重要的研究與應(yīng)用成果。這些研究工作和突出成果為O-TIME(光時(shí)代)計(jì)劃的實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為我國(guó)的信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)做出了重大貢獻(xiàn)?，F(xiàn)在光纖通信技術(shù)雖然已經(jīng)發(fā)揮出了巨大的作用，但還有許多應(yīng)用能力處于閑置，今后隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展先導(dǎo)的信息需求也必然不斷增長(zhǎng)，光纖通信技術(shù)在應(yīng)用需求的推動(dòng)下，一定會(huì)有日新月異的發(fā)展！第2章 光纖傳輸語音電路設(shè)計(jì)原理2.1 光纖傳輸語音電路圖1光纖傳輸語音電路圖發(fā)射器元器件選擇：IC1選用LM358集成電路。VQ1選用BC547三極管。C1選用0.1F單體電容。VD選用IF-E96光電發(fā)射器(藍(lán)底粉紅點(diǎn))。其他元器

8、件如圖所示。接收器元器件選擇：VT選用IF-D93光電檢測(cè)器(黑底紅點(diǎn))。C2、C3、CA、C6均選用0.1F單體電容。其他元器件如圖所示。 此電路可以通過1mm塑料光纜傳送語音。發(fā)射器電路板(KIT26 T)上有一個(gè)話筒和調(diào)制LED發(fā)光的線路。LED裝在塑料殼中以便于連接FO光纜進(jìn)行發(fā)送。在接收器(KIT26 R)板上有光電接收器、揚(yáng)聲器及用于將檢測(cè)到的光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)、放大并且轉(zhuǎn)換為聲波的電路。語音信號(hào)以光波形式在光纜內(nèi)傳輸、不受任何電場(chǎng)和磁場(chǎng)的影響。傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)。每個(gè)電路板需要一個(gè)9V電池，但連續(xù)使用時(shí)建議使用整流電源。裝置中安裝有4.3m直徑1mm的塑料光纜。此線路能很好地

9、傳送信號(hào)通過183m光纜。注意：這里使用的塑料光纜不是1m的玻璃光纜,使用玻璃光纜可以在更遠(yuǎn)的距離(約32km)內(nèi)通信。而塑料光纜實(shí)驗(yàn)應(yīng)用十分方便，而且在電子噪聲環(huán)境中進(jìn)行短距離通信有明顯的抗干擾效果。此電路組裝在單面印制線路。整體流程圖如下圖：聲電轉(zhuǎn)換電流放大電光轉(zhuǎn)換光纜傳 輸光接收器光電轉(zhuǎn)換電流放大電聲轉(zhuǎn)換揚(yáng)聲輸出MIC聲音入圖2光電檢測(cè)電路模塊組成框圖2.2 元器件的選擇2.2.1 LM358集成電路圖3 LM358集成電路 LM358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源

10、電壓無關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。LM358 的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。LM358集成電路的特點(diǎn)：.內(nèi)部頻率補(bǔ)償.低輸入偏流.低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流.模輸入電壓范圍寬，包括接地.差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍.直流電壓增益高(約100dB) .單位增益頻帶寬(約1MHz) .電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?330V).雙電源(±1.5 一±15V) 2.2.2 BC547三極管晶體管參數(shù)型號(hào):BC547反壓:50V電流:0.2A功率:0.5W頻率:300MHZ代換:-備注:NPN功率三極管的主要

11、作用是電流放大，以共發(fā)射極接法為例（信號(hào)從基極輸入，從集電極輸出，發(fā)射極接地），當(dāng)基極電壓UB有一個(gè)微小的變化時(shí)，基極電流IB也會(huì)隨之有一小的變化，受基極電流IB的控制，集電極電流IC會(huì)有一個(gè)很大的變化，基極電流IB越大，集電極電流IC也越大，反之，基極電流越小，集電極電流也越小，即基極電流控制集電極電流的變化。但是集電極電流的變化比基極電流的變化大得多，這就是功率三極管的放大作用。IC 的變化量與IB變化量之比叫做功率三極管的放大倍數(shù)（=IC/IB, 表示變化量。），功率三極管的放大倍數(shù)一般在幾十到幾百倍。 工作電壓/電流 用這個(gè)參數(shù)可以指定該管的電壓電流使用范圍. 特征頻率fT 當(dāng)f= f

12、T時(shí),三極管完全失去電流放大作用.如果工作頻率大于fT,電路將不正常工作. hFE 電流放大倍數(shù). VCEO 集電極發(fā)射極反向擊穿電壓,表示臨界飽和時(shí)的飽和電壓. PCM 最大允許耗散功率. 封裝形式 指定該管的外觀形狀,如果其它參數(shù)都正確，封裝不同將導(dǎo)致組件無法在電路板上實(shí)現(xiàn)2.2.3 IF-E96光電發(fā)射器IF-E96是一款低成本，高速，可見紅色LED封裝在一個(gè)“無連接器”式的塑料光纖包。輸出頻譜是由一個(gè)砷化鎵鋁產(chǎn)生,其峰值在660nm處，PMMA塑料光纖的最佳傳輸窗中的一個(gè)。器件封裝設(shè)有一個(gè)內(nèi)部的微透鏡和一個(gè)精密模制PBT外殼以最大化光耦合到標(biāo)準(zhǔn)1000微米芯塑料光纖纜。在IF-E96的

13、性能/價(jià)格比是高VOL-特別有吸引力UME設(shè)計(jì)應(yīng)用。可見紅色輸出在PMMA低衰減 塑料光纖，并有助于排除故障的安裝。當(dāng)與一個(gè)IF-D96使用 PHOTOLOGIC探測(cè)器對(duì)IF-E96可以達(dá)到5 Mbps的數(shù)據(jù)率?？焖俎D(zhuǎn)換時(shí)間和低衰減使IF-E96為一個(gè)優(yōu)秀的設(shè)備選擇低成本的模擬和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)鏈路可達(dá)75米。IF-E96光電發(fā)射器特點(diǎn)：.低成本高性能.在低成本高性能.可見紅色輸出輔助故障排除.傳輸損耗低用PMMA塑料光纖.快速轉(zhuǎn)換時(shí)間.配合標(biāo)準(zhǔn)1000m的核心護(hù)套塑料光纖電纜.無需光學(xué)設(shè)計(jì).內(nèi)部的微透鏡的高效光耦合.廉價(jià)的塑料外殼連接器.連接器，纖維少終止.不透光的房屋提供無干擾的傳輸.符合RoHS

14、規(guī)定2.2.4 IF-D93光電檢測(cè)器IF-D93是裝在一個(gè)“無連接器”式的塑料光纖包非常高靈敏度光電復(fù)合探測(cè)器。對(duì)IF-D93的光學(xué)響應(yīng)的范圍是從400到1100納米，使得它具有廣泛的可見光和近紅外LED和其它光源相容。這包括用于最佳的發(fā)送在PMMA塑料光纖fiber.The探測(cè)器包650納米可見紅色LED設(shè)有一個(gè)內(nèi)部的微透鏡和一個(gè)精密模制PBT外殼，以確保與標(biāo)準(zhǔn)1000M芯塑料光纖纜高效光耦合。對(duì)IF-D93是適合于需要高靈敏度的低速光鏈路。 觸發(fā)速率高達(dá)每千是可能使用IF-D93和一個(gè)合適的LED 源。光電復(fù)合晶體管的操作提供了非常高的光 增益， 省去了擴(kuò)增后在許多電路。綜合對(duì)IF-D9

15、3的設(shè)計(jì)使得它在各種簡(jiǎn)單，具有成本效益的解決方案。 IF-D93光電檢測(cè)器特點(diǎn)：.配合使用標(biāo)準(zhǔn)1000M芯護(hù)套塑料光纖電纜.沒有光學(xué)設(shè)計(jì)要求.價(jià)格便宜，但堅(jiān)固的塑料外殼連接器.內(nèi)部的微透鏡的高效光耦合.連接器，纖維少終止.不透光的房屋提供干擾自由傳輸.非常高光靈敏度.符合RoHS規(guī)定第3章 光纖傳輸語音電路設(shè)計(jì)3.1電路圖與工作原理3.1.1根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)給出電路圖 圖4 發(fā)射器電路圖 圖5 光電接收電路線路說明：音頻信號(hào)最初是聲波，由發(fā)射器的電子麥克風(fēng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。此信號(hào)由LM358組成的音頻放大器放大，并且借助于一個(gè)單獨(dú)的晶體管控制LED的端電壓將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。光信號(hào)送入塑料光纜。

16、在光纜的另一端，光信號(hào)照射到接收器的光電管上。光電管再將其轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)。此信號(hào)被放大并送入揚(yáng)聲器轉(zhuǎn)換為聲波。如果不能工作，焊接質(zhì)量差是電路不工作的最常見的原因。首先在明亮的光線下仔細(xì)檢查所有焊點(diǎn)，其次查看所有元件（包括IC和電解電容器）是否在PCB板的正確位置。最后，用萬用表檢查各器件的電壓。再檢查是否正確地處理了光纜的端頭，并且正確地插入了發(fā)送器的LED和接收器中。第4章 結(jié)論這是一次綜合性的課程設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)中在輸入端和接收端中采用聲音和電流的轉(zhuǎn)換，傳輸過程中采用光纖技術(shù)傳播，光電檢測(cè)技術(shù)完美的運(yùn)用于整個(gè)設(shè)計(jì)之中，將光信號(hào)傳輸?shù)囊嫣幈憩F(xiàn)的淋漓盡致，同時(shí)讓我更熟悉了模擬電路中電流的走向及放大

17、增益等等過程，讓我把各個(gè)課程的所學(xué)結(jié)合在了一起。今天，人們使用光纖系統(tǒng)承載數(shù)字電視、語音和數(shù)字是很普通的一件事，在商用與工業(yè)領(lǐng)域，光纖已成為地面?zhèn)鬏敇?biāo)準(zhǔn)。在軍事和防御領(lǐng)域，快速傳遞大量信息是大范圍更新?lián)Q代光纖計(jì)劃的原動(dòng)力。盡管光纖仍在初期發(fā)展階段，但總有一天光控飛行控制系統(tǒng)會(huì)用重量輕、直徑小又使用安全的光纜取代線控飛行系統(tǒng)。光導(dǎo)纖維與衛(wèi)星和其他廣播媒體一起，代表著在航空電子學(xué)、機(jī)器人學(xué)、武器系統(tǒng)、傳感器、交通運(yùn)輸及其他高性能環(huán)境使用條件下的商用通信和專業(yè)應(yīng)用的新的世界潮流。參考文獻(xiàn)1李芳健編著.光纖通信相關(guān)技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2010.11.2雷御堂編著，光電信息技術(shù)M.北京：電子工業(yè)出版社. 2006.4.3黃繼昌等編著.檢測(cè)專用集成電路及應(yīng)用M. 北京：人民郵電出版社，2006.10.4肖景和編著，集成運(yùn)算放大器應(yīng)用精粹M，北京：人民郵電出版社，2006.11 5陳振官等編著，光電子電路制作實(shí)例M，北京：國(guó)防工業(yè)出版社2006.4. 東北石油大學(xué)