CPLD可編程信號產生及成形實驗_光纖發(fā)送系統(tǒng)實驗

1、實驗五 CPLD可編程信號產生及成形實驗1、 實驗目的 1.熟悉光纖通信原理實驗系統(tǒng)的電路組成。 2.熟悉光纖通信系統(tǒng)發(fā)送端信號產生的方法。 3.掌握CPLD可編程器件的開發(fā)應用及二次開發(fā)。 2、 實驗電路工作原理 光纖通信實驗系統(tǒng)中需要用到各種信號，除了不同頻率、不同脈沖寬度的時鐘信號、同步脈沖信號之外，還有正弦波、方波、偽隨機序列碼、CMI碼、PCM碼等測試信號，本實驗要求參加實驗者了解這些信號的產生方法、工作原理以及測量方法，并可通過CPLD可編程器件的二次開發(fā)生成這些信號，理論聯(lián)系實際，提高實際操作能力。 1. 電路組成信號發(fā)生器電路的功能是供給各實驗系統(tǒng)的各種時鐘信號、測試信號和其他

2、有用信號，它由以下電路組成： （1）CPLD可編程器件Xilinx公司的XC95108（2）偽隨機序列碼產生電路（3）正弦信號發(fā)生器電路（4）外加模擬與數字信號輸入電路（5）CMI編碼電路（6）模擬電話與數字電話輸入電路（7）誤碼測試輸入/輸出電路（8）HDB編碼電路2. 電路工作原理（1） CPLD可編程器件Xilinx公司的XC95108通過CPLD可編程器件Xilinx公司的XC95108進行編程，可實現(xiàn)下列輸出波形：A.2.048MHz主頻時鐘信號B.64KHz方波信號C.8KHz的幀同步成形信號D.偽隨機序列碼信號，其碼形為：000011101100101（十五位），碼元速率為：32

3、KHzE.CMI碼（1B2B碼）F.32KHz方波信號G.5B6B碼圖5-2為可編程信號發(fā)生器管腳定義圖：（2） 偽隨機碼發(fā)生器電路眾所周知，偽隨機序列碼也稱作m序列，它的顯著特點是：A.隨機特性B.預先可確定性C.可重復實現(xiàn)3、 實驗內容1.了解本實驗系統(tǒng)所用到的信號波形。2.熟悉CPLD可編程信號發(fā)生器各測量點信號波形。3.測量并分析各測量點波形及數據。4.學習CPLD可編程器件的編程操作。4、 實驗步驟及注意事項1. 接好電源，打開交流電源，打開開關K01、K02，使電路工作。2. 用示波器測出各測量點波形，并對每一測量點的波形加以分析。GND為接地點，測量各點波形時示波器探頭的地線應接

4、地良好。5、 測量結果由圖3可知，TP02是由CPLD可編程器件編程產生的64KHz的方波信號。由圖4可知，TP03是由CPLD可編程器件編程產生的8KHz的窄脈沖幀同步信號。由圖5可知，TP04是由CPLD可編程器件編程產生的32KHz的偽隨機碼。由圖6可知，TP05是由CPLD可編程器件編程產生的CMI碼。由圖7可知，TP06是由CPLD可編程器件編程產生的32KHz的方波信號。6、 實驗心得由此次實驗，我印象最深就是，數字信號的光源驅動電路與模擬驅動電路原理有一定的區(qū)別。半導體激光器是利用其在有源區(qū)中受激發(fā)射的器件，只有在工作電流超過閾值電流的情況下，才會輸出激光（相干光），因而是有閾值

5、的器件。本實驗利用光纖對各種數字信號進行傳輸，以了解和熟悉光纖傳輸數字信號系統(tǒng)的組成。用雙蹤示波器觀察光發(fā)模塊與光接收模塊各點的波形，并進行比較。數字信號有脈沖信號、NRZ碼，CMI碼。然后就是在示波器上調試一些微小的波形變化，并分析波形的產生過程及其要輸出什么波形，但最重要的還是實驗過程要靜下心來做就會收獲更大。實驗七 光纖發(fā)送系統(tǒng)實驗1、 實驗目的1.了解光源的發(fā)光特性。2.掌握光發(fā)端機所完成的電光變換原理。3.了解模擬光發(fā)端機和數字光發(fā)端機的區(qū)別。2、 實驗電路工作原理1. 電路的組成半導體光源由于體積小，壽命長，工作可靠，被廣泛應用于光纖通信尤其是數字光纖通信，其工作原理是將要傳輸的電

6、信號調制在光波上，然后將其光波注入到光纖電路中，其機理屬于注入電流發(fā)光，所以光發(fā)送電路必須提供出適當的電流。由于半導體光源工作時動態(tài)阻值小的特點，所以應盡量提高電光轉換的效率。本實驗系統(tǒng)在發(fā)送端發(fā)送的是模擬信號或數字信號，分別闡述其電路的組成。（1） 數字光發(fā)送系統(tǒng)數字光發(fā)送系統(tǒng)由數字信號源、數字信號選擇開關、數字接口電路、數字驅動電路和光發(fā)送模塊五部分組成，如圖7-1所示。圖71 數字光發(fā)送機框圖下面以甲方光發(fā)端機發(fā)送系統(tǒng)為例說明其電信號與光信號的傳輸流程：數字信號源提供64KHz方波、CMI碼、32Kb/s15位的PN碼、5B6B和數字電話五種信號輸入。數字信號選擇開關采用人工手工操作，對

7、J301進行選擇，見圖7-2所示，可見有以下列集中選擇狀況：A.64KHz方波B.32KHz偽隨機碼C.CMI碼D.數字電話E.誤碼測試輸入數字接口電路為電平轉換器MC10116。它把TTL電平轉換為ECL電平，以適應驅動電路的要求。數字驅動電路為一查分電路，它是一個電流源電路，用來把電壓脈沖轉換成電流脈沖去驅動半導體發(fā)光二極管。圖7-2是它們的信號傳輸流程圖。圖7-2 數字光纖信道傳輸流程圖光發(fā)送模塊把電流脈沖變成光脈沖注入光纖，它完成對光載波的調制。（2） 模擬光發(fā)送系統(tǒng)模擬光發(fā)送系統(tǒng)由模擬信號源、模擬信號選擇開關、模擬接口電路、模擬驅動電路和光發(fā)送模塊五部分組成，如圖7-3所示。圖73

8、模擬光發(fā)送機框圖模擬信號源提供正弦波、外輸入、模擬電話三種模擬信號。模擬信號的選擇輸入由J302開關，其信號連接關系見圖7-4所示。模擬接口電路為一級射隨器，用作阻抗匹配把高阻抗輸入變成低阻抗輸出，以適應模擬驅動電路的要求。模擬驅動電路為一級電流放大器，用來把電壓控制信號變成電流控制信號去驅動半導體發(fā)光二極管。光發(fā)送模塊把注入電流強度的變化轉換成光強度的變化，實現(xiàn)對光載波的強度調制。7-4 模擬光纖信道傳輸流程圖2. 實驗電路光發(fā)送系統(tǒng)實驗電路的方框圖如圖7-9所示，點原理圖如圖7-10所示。圖中MC10116和BG301、BG302組成數字接口和驅動電路。MC10116送出ECL電平的雙路信

9、號Q和Q，BG301，BG302組成差分高速驅動電路。BG303、BG304組成模擬接口電路和模擬驅動電路。W302為可調電位器，阻值為10K，以適應不同的輸入阻抗。一般調好后不動，W301，W303電位器的聯(lián)合調整以控制注入半導體光源的電流，同時以滿足低輸出阻抗，調試時要用示波器邊調邊觀測，監(jiān)測其注入電流的大小。K301為雙刀雙擲自鎖開關，若做數字信號光傳輸實驗時，將自鎖開關按下令其接通；此時發(fā)光二極管D301不亮；若做模擬信號光傳輸實驗時，將自鎖開關抬起令其斷開。此時，發(fā)光二極管D301亮，表示有模擬信號通過。圖7-9 光發(fā)送系統(tǒng)方框圖3. 數字光發(fā)送系統(tǒng)的消光比大多數光發(fā)送系統(tǒng)即使在“斷

10、”的狀態(tài)也會發(fā)射一些光功率，這與半導體激光器的發(fā)射特性和偏置狀態(tài)有關。例如當偏置電流小于閾值電流時，在“0”比特期間由于自發(fā)輻射亦有一些輸出功率，而當偏置電流大于或等于閾值電流時，“0”比特期間輸出功率將更大。我們將光發(fā)送系統(tǒng)在“1”比特時的輸出功率P1與在“0”比特時的輸出功率P0之比的對數值稱為消光比。用公式表示為：；EXT值越小，光發(fā)送系統(tǒng)的性能好。3、 實驗內容1.測量并分析數字光發(fā)送的波形及數據。2.測量并分析模擬光發(fā)送的波形及數據。3.對應光發(fā)送，試測量光收端的波形及數據。4、 實驗步驟及注意事項1. 選擇“數字電話”后，按下自鎖開關K301接通數字信號光傳輸系統(tǒng)，用示波器觀察測量點TP301、TP302波形，并且記錄TP302信號的幅度（峰-峰）。由圖6可知，TP301的波形的幅度為4.7V。TP302波形的峰-峰值為300mv，且與TP301形狀相同，相位相反，波形有衰減，以滿足光偏和內印驅動電路的注入電路的要求，因此波形幅度衰減的很小，測量時應注意示波器的電壓量程的位置。分別選擇“64KHz方波”，“偽隨機序列碼”，“CMI碼”，“誤碼測試信號”所得JP301，JP302波形對比圖，如圖7，8，9，10所示?？梢?，TP302的波形與TP301相同，只是相位相反，有衰減。2. 選擇“模擬電話”后，抬起自鎖開關K301斷開數字信號光傳輸，接通模擬信號光傳輸系統(tǒng)，用