Разработка оптического приемного устройства, страница 11

Все схемы активных RC – звеньев стремятся выполнить с высоким входным сопротивлением и низким выходным сопротивлением для устранения влияния  звеньев друг на друга.

Для реализации заданной передаточной характеристики остановим свой выбор на операционном усилителе (ОУ), который в дальнейшем будем полагать идеальным.  Идеальный операционный усилитель  - это усилитель с одинаковым и бесконечно большим усилением на всех частотах µ=∞ (у реальных ОУ µ=10³-10⁶),  входное сопротивление которого бесконечно велико, а выходное равно нулю .

Будим использовать включение ОУ по инвертирующей схеме, так как показано на рисунке 3.7. Тогда передаточная характеристика имеет вид:

.

Реализуем полученную передаточную функцию Т(р). Это типичная фильтровая функция второго порядка. Реализуем ее с помощью типового звена ФНЧ второго порядка, показанного на рисунке 3.8.

Передаточная функция такого звена:

Преобразуем реализуемую Т(р) к виду:

,

где

;      ;      .

Определяем коэффициенты и передаточную характеристику.

Сравнивая полученные выражения для Т(р), получаем условие для реализации передаточной функции Т(р) по схеме рисунка 3.8:

Поставляя значения коэффициентов в данные выражения и приняв R₀=10кОм, С₁=2мкФ, определяем остальные элементы фильтра.

R₂=5,5кОм; R₁=142кОм; С₂=6400мкФ.

Таким образом, в данной главе получили фильтр нижних частот, реализуемый по схеме рисунка 3.8, который обеспечивает заданные АЧХ и передаточную характеристики. Далее необходимо произвести восстановление тактовой частоты для правильного детектирования сигнала.

4 Восстановление тактовой частоты и регенерация сигналов

Схемы выделения тактовой частоты являются наиболее сложными и наиболее трудными для конструирования. Неудивительно, что разработка высокоскоростных схем выделения тактовой частоты отстает от разработки схем усилителей и демультиплексоров.

Схемы выделения тактовой частоты для импульсов, не имеющих нулевого уровня (в формате NRZ) можно отнести к двум основным категориям:

·  с фильтрами с разорванной петлей;

·  синхронной замкнутой петлей.

При использовании схемы с разорванной петлей периодические сигналы для синхронизации выделяются из сигналов принимаемой информации. Сначала используют нелинейную схему –1, усиливающую фронты импульсов для того, чтобы создать последовательность со скоростью передачи битов. Затем сигнал проходит через узкополосный фильтр – 2, настроенный на частоту, соответствующую скорости в битах, как показано на рисунке 4.1.

 

1 – нелинейная схема, определяющая границы импульса;

2 – SAW- фильтр;

3 – корректор;

4 –  схема задержки;

5 – схема решения.

 Избирательность фильтра должна быть очень высокой, чтобы свести до минимума “дрожание” сигнала синхронизации. Обычно для этой цели используют акустические фильтры поверхностных колебаний (SAW). Однако коммерчески доступные  фильтры SAW ограничены частотой 3ГГц. С выхода корректора сигнал поступает на схему задержки. На этом этапе осуществляется фазирование, то есть стробирующие импульсы, поступающие  с выделенной тактовой частотой на схему решения, выставляются в середине тактового интервала.

Схема с разорванной петлей привлекательна тем, что свободна от нестабильностей и нелинейных проблем таких, как частотная восприимчивость (захватывание) и полное изменение периода. Однако система с разомкнутой петлей обычно нуждается в ручной регулировке к центрам фронта через интервал бита. Эта одноразовая регулировка не будет вызывать изменение фазы из-за изменений температуры и старения элементов. Фильтр также является внешней частью электронного приемника и громоздким элементом, что дополнительно усложняет проблемы размещения и соединения элементов.

Системы с замкнутой петлей, наоборот, является легко интегрируемой и может непрерывно компенсировать изменение скорости следования битов, обусловленное внешними и внутренними причинами. В этом варианте используется управляемый напряжением генератор (VСО), подстраиваемый соответствующим образом, отфильтрованным сигналом ошибки. Составные части такой схемы показаны на рисунке 4.2. Входные сигналы поступают на схему решения и на нелинейную схему, определяющую границы импульсов. Далее сигнал поступает на схему обнаружения синхросигнала, в которой сравнивается поступивший сигнал и сигнал с выхода генератора тактовой частоты. В результате этого сравнения выявляется фазовая ошибка, которая усредняется и затем используется, чтобы управлять генератором VCO. Тактовая частота с выхода генератора поступает на схему задержки, которая, как и в случае схемы с разорванной петлей, выставляет стробирующий импульс в середине тактового интервала.

 

1 – нелинейная схема, определяющая границы импульса;

2 –схема обнаружения синхросигнала;

3 – фильтр петли;

4 – управляемый напряжением генератор (VCO) –4;

5 – задержка;

6 – схема решения.

PLL – фазо – замкнутая петля.

Существует несколько особых причин для конструирования однокристального (в одном чипе) устройства. Для интегральных решений (создание ИМС) будет использован вариант с  фазо – разомкнутой петлей PLL.  Эта схема имеет несколько преимуществ с точки зрения интеграции. Простые схемы генераторов могут быть реализованы с достаточно малым джиттером фазы. Схема с PLL может быть использована для дальнейшей очистки спектра и уменьшение дрожания и дрейфа частоты.

Упрощенная блок схема саморегулирующей схемы способной работать на высоких частотах  представлена на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3 – схема исправляющего детектора с восстановлением тактовой частоты и информационного сигнала.