光纖語音電路的設計詳解—電路圖天天讀（256）

　　光纖語音電路就是把語音信號經光纖遠距離傳輸之后在接收端經光電檢測、放大器恢復為原始信號的電路。光纖通信系統(tǒng)是以光為載波，利用純度極高的玻璃拉制成極細的光導纖維作為傳輸媒介，通過光電變換，用光來傳輸信息的通信系統(tǒng)。目前，光纖光纜在我國通信網中已成為主流傳輸介質，光纜線路工程、光纖通信設備投資比重也越來越大，光纖通信技術已成為支撐通信業(yè)務網最重要的通信技術之一。隨著國際互聯(lián)網業(yè)務和通信業(yè)的飛速發(fā)展，光纖通信成為了現(xiàn)代通信的支柱， “信息高速公路”的骨干，光纖通信在現(xiàn)實生活中已得到了廣泛的應用，它作為一種新技術、新發(fā)展，將推動人類社會的文明進步和發(fā)展。

　　1、光纖通信系統(tǒng)的基本組成

　　最基本的光纖通信系統(tǒng)由數(shù)據(jù)源、光發(fā)送端、光學信道和光接收機組成。其中數(shù)據(jù)源包括所有的信號源，它們是話音、圖象、數(shù)據(jù)等業(yè)務經過信源編碼所得到的信號；光發(fā)送機和調制器則負責將信號轉變成適合于在光纖上傳輸?shù)墓庑盘?，先后用過的光波有 0.85、1.31 和 1.55 三個低損耗窗口。光學信道包括最基本的光纖，還有中繼放大器 EDFA 等；而光學接收機則接收光信號，并從中提取信息，然后轉變成電信號，最后得到對應的話音、圖象、數(shù)據(jù)等信息。在光纖通信系統(tǒng)中，光纖中傳輸?shù)氖嵌M制光脈沖“0”碼和“1”碼，它由二進制數(shù)字信號對光源進行通斷調制而產生。而數(shù)字信號是對連續(xù)變化的模擬信號進行抽樣、量化和編碼產生的，稱為 PCM（pulse code modulation），即脈沖編碼調制。這種電的數(shù)字信號稱為數(shù)字基帶信號，由 PCM 電端機產生。光纖通信系統(tǒng)的基本組成原理圖如下圖 1 所示：

　　1.1 光發(fā)射端機

　　光發(fā)射機是實現(xiàn)電 / 光轉換的光端機。它由光源、驅動器和調制器組成。其功能是將來自于電端機的電信號對光源發(fā)出的光波進行調制，成為已調光波，然后再將已調的光信號耦合到光纖或光纜中傳輸。電端機就是常規(guī)的電子通信設備。光發(fā)射機的原理圖如下圖 2 所示：

　　光源是光發(fā)射機的核心，其性能好壞將對光纖通信系統(tǒng)產生很大的影響。目前光纖通信系統(tǒng)使用的光源都是由半導體材料制成的，而半導體光源分兩種：發(fā)光管 LED 和激光管 LD。由于半導體激光器發(fā)出的是激光，發(fā)光功率大、譜線寬度窄，但電路結構復雜，溫度特性差。而半導體發(fā)光二極管發(fā)出的是熒光，發(fā)光功率不大，譜線寬度寬，但電路結構簡單、壽命長、價格便宜。在實驗室中經常用到。

　　1.2 光纖或光纜

　　光纖作為傳輸媒介，作用是將發(fā)射端機光源發(fā)出的光信號，經遠距離傳輸后耦合到接收端機的檢測器，完成信息傳輸任務。在通信中使用的光纖通常是由石英玻璃制成的，由纖芯和包層組成。目前，塑料光纖應用于低速、短距離的傳輸中。其構成光纖的纖芯與包層都是塑料材料。與大芯徑 50/125 和 的石英玻璃多模光纖相比，塑料光纖的芯徑高達 ，其接續(xù)時可使用不帶光纖定位套筒的便直注塑塑料連接器，即便是光纖接續(xù)中芯對準產生偏差都不會影響耦合損耗。正是塑料光纖結構賦予了其施工快捷，接續(xù)成本低等優(yōu)點。另外，芯徑 或更大則能夠消除在石英玻璃多模光纖中存在的模間噪音。

　　1.3 中繼器

　　含有光中繼器的光纖傳輸系統(tǒng)成為光纖中繼通信。光信號在光纖中傳輸一定的距離后，由于受到光纖衰減和色散的影響會產生能量衰減和波形失真，為保證通信質量，必須對衰減和失真達到一定程度的光信號及時進行放大和恢復。中繼器由光檢測器、光源和判決再生電路組成。它的作用有兩個：一個是補償光信號在光纖中傳輸時受到的衰減；另一個是對波形失真的脈沖進行整形。

　　1.4 光纖連接器、耦合器等無源器件

　　由于光纖或光纜的長度受光纖拉制工藝和光纜施工條件的限制，且光纖的拉制長度也是有限度的（如 1Km）。因此一條光纖線路可能存在多根光纖相連接的問題。于是，光纖間的連接、光纖與光端機的連接及耦合，對光纖連接器、耦合器等無源器件的使用是必不可少的。

　　1.5 光接收端機

　　光收信機是實現(xiàn)光 / 電轉換的光端機。它由光檢測器和光放大器組成。其功能是將光纖或光纜傳輸來的光信號，經光檢測器轉變?yōu)殡娦盘?，然后，再將這微弱的電信號經放大電路放大到足夠的電平，送到接收端的電端汲去。光接收機原理圖如下圖 3 所示：

　　2、光纖語音電路設計

　　光纖語音電路由三部分組成：光發(fā)射電路、光纖和光接收電路。其工作原理是：音頻信號最初是聲波，由發(fā)送器的電子麥克風轉換為電信號。此信號由 LM358 組成的音頻放大器放大，并且借助于一個單獨的晶體管控制 LED 的端電壓，將電信號轉換為光信號。光信號送入光纖或光纜。在光纖或光纜的另一端，光信號照射到接收器的光電檢測器上。光電檢測器再將其轉換為電信號。此信號被放大并送入揚聲器轉換為聲波恢復為原始信號。

　　2.1 發(fā)射器電路板

　　此電路主要是把音頻信號經麥克風轉換為電信號，電信號經濾波器、多級放大器把微弱的電流信號轉換為適合半導體二極管發(fā)光的電壓信號，在晶體管的調制下把電信號轉換為光信號送入光纖中進行傳輸。在發(fā)射器電路上有一個話筒和調制 LED 發(fā)光的線路。LED 裝在塑料殼中以便于連接光纖或光纜進行發(fā)送信號。在實驗室里設計操作可以使用 200m 長的塑料光纖傳送語音信號，也可以使用玻璃光纖在更遠的距離內通信。光纖語音發(fā)射器電路如下圖 4 所示：

　　2.2 光電接收器電路板

　　在接收器電路板上通過光電檢測器把光纖傳輸?shù)奈⑷醯墓庑盘栟D換為電信號，經電容濾波、運算放大器放大，把電流信號轉換為電壓信號，放大到適合揚聲器輸出的電壓，恢復原始的語音信號。光纖語音接收電路如圖 5 所示。

　　編輯點評：本文詳細的介紹了光纖通信系統(tǒng)的組成，為設計光纖語音傳輸電路提供理論基礎。在該電路系統(tǒng)中語音信號以光波形式在光纜內傳輸、不受任何電場和磁場的影響。傳輸距離遠，抗干擾能力強。每個電路板需要一個 9V 電池，元件簡單，易于實現(xiàn)，在實驗室就能操作完成。
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