高精密光传输放大系统的设计与实现

　　反相输入放大器的输入电阻R_i=U_i/I_i。对于高精度、低漂移的放大器，保证R_b=R_i//R_f是非常重要的。若在该运放前端再加一反相放大器，调整R_i、R_b、R_f的值大小，使放大系数为-1，此时即构成了输入与输出同相的按比例放大的高精度运算放大电路。图3为由一片OPA2277构成的同相放大电路。

　　若经过光电转换还原后的电信号幅值不够，可进行第二次放大以获得理想的幅值。需要注意的是，在电路设计中，为抑制干扰，在每个运放接电源的引脚处都加了去耦电容，在电路的电源输入端加入了滤波电容。

　　1.2 光传输电路

　　光传输电路由光发送电路和光接收电路两部分组成。在电信号进入光传输电路前，首先要进行光电转换。实现这一功能的芯片我们选用AD650。AD650是一款由ADI公司生产的具有优异性能的V/F转换和F/V转换集成电路。它采用电荷平衡式V/F转换原理，输入可为单极性电压、双极性电压或差分电压，输出为矩形波^[2]。AD650采用集电极开路输出，输出端经过上拉电阻接电源，能与CMOS、TTL电路兼容。AD650电源电压范围宽、功耗低，它采用双电源供电，典型值为±15V，静态电流小于8mA^[3]。

　　1.2.1 光发送电路

　　图4为电/光转换及光发送电路原理图。电信号从AD650的引脚3进入，经内部转换后的光信号从AD650的引脚8输出，对于频率值起关键作用的定时电容C3(CT)应选用精确度高的瓷介电电容以减少器件本身带来的误差，同时输入电阻RIN(VR1和R1)取值应适中，以避免在电位器调整中因旋转角度不同而人为产生误差。

　　其中，电/光转换的输出频率为：

(2)

　　式中，f_out为输出频率，U_IN为输入电压，C_T的单位为pF，44pF为C_T引脚的分布电容。

　　1.2.2 光接收电路

　　图5为光/电转换及光接收电路原理图。输入信号频率fin首先经过微分电路从AD650的引脚9进入，变成负脉冲，经内部转换后的直流电压从AD650的引脚1输出，其大小与输入频率fin成正比^[4]。可调电阻分别用作满度校准和零度校准。

　　电光、光电转换采用在工业生产中广泛使用的Agilent公司生产的HFBR系列光收发器。电光转换发射器选用HFBR1528，光电转换接收器选用HFBR2528。具体电路如图4、图5所示。推荐的标准型号光纤是1mmPOF塑料光纤，既经济又便于使用^[5]。