能够处理800kbps光纤通信数据速率的小型光电二极管接收装置

2023-02-15

把光电二极管、两个运算放大器和一个比较器结合在一起(图1)就可以构成一个能够达到800kbps数据速率的光纤通信接收器。小巧的封装(运放采用5引脚SOT23封装，比较器采用8引脚µMAX®封装)使得PCB或者厚膜基板面积可以做得非常小。

图1. 两个运算放大器和一个比较器构成数据速率可达800kbps的微型光电二极管接收器

光电二极管工作在光电导模式，在IC1的输入端产生一个信号电压，互阻增益等于R2的值(在此为4700Ω)、运放(IC1和IC2)被连接成增益约为25V/V的同相放大器。所以电路的总互阻增益接近3MΩ：4700Ω × 25 × 25 = 2.99MΩ。运放的增益带宽决定了最大可用的数据速率为800kbps。

IC1和IC2之间的耦合电容消除了对IC1失调电压的放大，为了达到最佳的信号幅度和对称性，R6/R11分压网络将IC2的参考电压设在2.5V，R12/R13分压网络将比较器的参考电平设得略高一点(2.6V)，给系统一个噪声容限，同时也保证在没有信号的情况下，比较器的输出保持为低电平。

电容耦合不能传送直流信号，它允许信号的直流分量向参考电平偏移(如图2所示)，对于经过较长的静止期后出现的信号这种效应尤其明显，该效应直接受R7C3时间常数的影响，R7C3必须尽可能地大以减小这种效应，但R7必须保持在大约10kΩ (与反相输入端的电阻相匹配使得失调电压最小)。当输入信号低于参考电平时比较器不能翻转，所以经过一长串的1或0后如产生过大的偏移将会造成数据丢失(图3)。

图2. 图1中的耦合电容(C3)使IC2的输出和同相输入端波形发生“信号偏移”

图3. 该波形(图1中IC2的输出端)表明信号偏移会造成数据丢失(当波形穿过参考电压时，比较器输出变为低电平)。

再次要强调的是，IC3的参考电压应该比IC2的参考电压稍微高一点，使得没有信号的时候输出逻辑低电平(否则将IC3的参考电平设得低一点)。可以通过调整R12/R13分压网络来调整ΔV_REF，给系统提供了一个噪声容限，但应注意：ΔV_REF过低会在输出端造成错误的瞬变，ΔV_REF过高会使接收信号的时间特性变差。在不造成错误瞬变的情况下尽可能降低ΔV_REF的值，给IC2和IC3的失调电压值留下一定的裕量。

该系统为5V供电设计，但略微降低数据速率也可以工作在3.3V或3V，降低电源电压会使光电管的结电容增加(与偏置电压成反比)，该电容和电阻R2产生一低通极点，限制了光电管的频率响应。某种程度上，较低的电源电压使放大器的增益带宽积降低也影响到响应速度。电源电压改变时，该电路只需对一个地方稍做调整就可适应不同的电源电压：由于ΔV_REF随着电源的改变而变化，故需调整R12/R13以重新设置所需要的噪声容限。

类似观点的文章刊登在1997年10月1日的Electronic Design杂志。