謝玉梅 周力行

     來源：《電子技術(shù)應(yīng)用》

     摘要：應(yīng)用串行同步傳輸原理，用一種小巧的光發(fā)射/接收器對設(shè)計(jì)成光纖通訊系統(tǒng)，接a/d采樣數(shù)據(jù)直接進(jìn)行遠(yuǎn)距離高速傳輸。實(shí)際證明該方法簡單、可靠，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

     關(guān)鍵詞：高速數(shù)據(jù)

     遠(yuǎn)距離采集 光纖通訊 多路同步

     電力變壓器局部放電在線定位監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一是準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)采集與傳輸。根據(jù)電力變壓器局部放電產(chǎn)生的超聲波和電脈沖信號頻率高、頻譜寬、幅度變化大，環(huán)境電磁干擾嚴(yán)重，以及電力變壓器與中心控制室距離一般在500m范圍以內(nèi)，而多路檢測信號集中在變壓器周期等特點(diǎn)，電力變壓器局部放電在線定位監(jiān)測系統(tǒng)的信號檢測采用現(xiàn)場集中數(shù)據(jù)采集方案，數(shù)據(jù)傳輸直接利用一種低價(jià)、高速、中遠(yuǎn)距離多模光纖hfbr-1414/2416發(fā)射/接收器對實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離光纖高速同步傳送。這樣可大大簡化控制器的電路結(jié)構(gòu)，省去繁瑣的數(shù)據(jù)傳輸編碼和解碼，數(shù)據(jù)傳輸速率也得以進(jìn)一步提高。

     1 hfbr光器件簡介

     由惠普公司生產(chǎn)的光纖hfbr-1414/2416發(fā)射/接收器對具有如下主要技術(shù)特性：

     ·發(fā)射光波長820nm

     ·最高數(shù)據(jù)傳輸速率155mbd

     ·最長傳輸距離4km

     ·適用光纖：50/125μm，62.5/125μm，100/140μm，200μmhcs

     ·工作溫度范圍：-40℃～+85℃

     ·st、sc、sma和fc四種連接頭選擇

     ·8管腳dip封裝

     hfbr-1414/2416光纖發(fā)射/接收器對的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與管理排列如圖1所示。hfbr-1414光纖發(fā)射器內(nèi)含個(gè)高效光功率激勵(lì)的鋁砷化鎵光發(fā)射器，該光發(fā)射器在60ma直流電流激勵(lì)下能向光纖中饋入光波長為820nm的光功率-12dbm。hfbr-2416光接收器由一個(gè)高效pin光電二極管和一低噪聲跨阻前置放大器電路組成。該放大器由于跨阻抗作用使得放大器的帶寬和非線性得到了較大的改善，同時(shí)也獲得了較大的動(dòng)態(tài)范圍。光信號經(jīng)光電二極管轉(zhuǎn)換成模擬電信號，放大后由射輸出器緩沖輸出，最大動(dòng)態(tài)范圍達(dá)23db，頻率響應(yīng)從直流到125mhz。

     2 發(fā)射/接收器對的ttl接口電路

     對于hfbr-1414光發(fā)射器必須提供足夠的正向驅(qū)動(dòng)電流if才能發(fā)出所需光功率，由高性能的cmos數(shù)字電路四二輸入正與非門74act00設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示。具有ttl電平的串行數(shù)據(jù)（或同步時(shí)鐘）從與非門u1d的輸入端12輸入，反相后由74act00的三個(gè)與非門u1a～u1c并聯(lián)輸出驅(qū)動(dòng)hfbr-1414光發(fā)射器，產(chǎn)生足夠的光功率。為避免驅(qū)動(dòng)器的電流特性對光發(fā)射器光學(xué)開關(guān)特性的影響，運(yùn)用頻率補(bǔ)償技術(shù)改善光信號的上升/下降沿，通過給hfbr-1414光發(fā)射器提供一定的預(yù)偏置電壓，來減小傳播延遲誤差所引起的脈寬失真。電路參數(shù)可由下列公式計(jì)算：

     r1={[（vcc-vf）+3.97(vcc-vf-1.6)]/ifon(a)}(

     ω)

     r2=(1/2) ·[(r1/3.97) ·(ω)]

     re=r2-1(ω)

     r3=r4=r5=3re(ω)

     c1={[2000(ps)]/r2}(pf)

     hfbr-2416光接收器的輸出為模擬電信號，為了與數(shù)字系統(tǒng)兼容，須通過圖3所示的高速比較電路進(jìn)行變換。比較電路由超高速、低功耗、高精度ttl比較器lt1016集成芯片和一些外圍元器件組成。hfbr-2416光接收器輸出的模擬信號經(jīng)c1、c2耦合到比較器的兩模擬輸入端，經(jīng)u1比較后恢復(fù)出與發(fā)射端相一致的ttl信號，以相反極性從兩輸出端輸出。電路中的r8、r9和c4組成低通濾波器，用以提高光接收器對電源和外部噪聲的抑制功能。比較器的輸入耦合電容由下式確定：

     c1=c2=2/{3(r1+r2)[data rate(bd)]}

     由光發(fā)射/