光检测器把来自光纤的光信号转变为电信号，经过放大进入均衡器，均衡器把脉冲信号均衡成升余弦波再进行判决。具有升余弦波形的信号可以利用其“过零点判决”方法排除码间干扰以减少误码，同时升余弦均衡可以压缩信道中不必需的带宽以减少噪声。判决器的作用是对信号进行“0”“1”判决，信号超过“阈值”时确定为“1”，否则为“0”，以恢复数字信号。判决器是在时针脉冲到来时进行判决，其输出是经过整形定时的矩形脉冲数字信号。时钟提取线路从随机的脉冲信号中提取时钟脉冲供判决使用。通常时钟提取线路是采用高Q的LC槽路或超声表面波滤波器（SAW）或介质滤波器来提取时钟，也有采用锁相环的。自动增益控制线路的作用是维持输出信号的幅度稳定以保证判决正确，其工作原理是将输出信号经峰值检波后，负反馈回控前置放大器的工作点来调节放大器的增益，以调节输出信号幅度，使其保持恒定。也有用回控光检测器工作点来调节输出信号，这种方法不常采用。在APD光接收机中有电压变换电路以提供APD较高的偏压。
数字光接收机在数字光纤通信系统中的作用是将经光纤传输后衰减变形的微弱光脉冲信号通过光一电转换成为电脉冲信号,并给予足够的放大、均衡与定时再生还原成为标准的数字脉冲信号。
数字光接收机原理方框图如图2。它由光检测器(包括其偏压电路)、前置放大器、主放大器、自动增益控制电路(AGC)、均衡与时钟提取及判决电路组成。
光检测器是数字光接收机的核心器件,它将光脉冲信号转换成电脉冲信号。数字光纤通信中常用的光检测器主要有PIN光电二极管(PIN-PD,Positive-Intrinsie-NegativePhootDiode)和雪崩式光电二极管(APD，AvalnahcePhootDiode)。PIN光电二极管没有倍增,使用简单,工作偏压低,而且可以固定不变,不需要任何控制。APD具有很高的内部倍增因子,它与合理设计的电子放大器结合, 可以使ADP工作在最佳倍增工作状态。这样的数字光接收机能够得到比采用PIN光检测器的数字光接收机高10dB以内的接收灵敏度。但由于ADP需要较高的工作偏压(几十伏到两百伏)以及倍增特性受温度的影响较严重,因此使用起来也比较复杂。如图1中需要利用AGC电路对ADP的工作偏压进行控制,在要求较高的数字光接收机中,还必须对ADP采取温度补偿措施。
前置放大器是数字光接收机的关键部件,它与光检测器的合理匹配,要求能够得到从理论上可以得到的尽可能大的输出信噪比信号,并将这样的信号放大输出到有一定数量级的脉冲信号电压,一般为毫伏数量级。
主放大器是一个高增益的宽带放大器,它放大来自前置放大器输出的小信号电压。一般说来,通过主放大器放大的信号基本是无失真的前置放大器的输出信号。为了判决电平的需要,主放大器输出电压为1一3V(峰一峰值)。对于不同输人光功率信号,其放大增益可以通过AGC调整得到不同大小的数值,从而保证其输出电平幅度不变。
均衡电路一方面是为了得到有利于判决的信号输出波形,即信号波形引起的码间干扰小,按均衡的要求,具体的输出为升余弦频谱波形。另一方面是过均衡可以合理压缩主放大器过宽的带宽,减少数字光接收放大器的噪声,提高其输出信噪比。这样均衡后输出信号波形送到图1的判决电路可以得到最佳判决,从而得到理想的接收灵敏度。至于时钟提取的目的在于判决与定时的需要,即数字脉冲信号得以再生。
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光外差接收机简介