一种基于光纤传输的监测信号处理系统

光纤长度的计算要考虑整个系统的光纤通道的损耗，主要有耦合损耗，也就是插入损耗，光纤的传输损耗，和光接收器对驱动光功率的要求。在我们这个光连接系统中如果传输速率超过2 MHz的话，光在其中传输就会发生色散，发生色散的原因和光源的波长及光纤的长度有关，在这个系统中，不需要很高的传输速率，只有不超过5 kHz的速率，这在传输长度不太长的情况下，不超过20 km，色散作用会很小，所以在计算光的传输损耗时，可以不考虑这个损耗，只需要考虑计算光的固有损耗(Power Budget)就行了。

通过分析对所使用的光收发一体化模块的光学和电学特性的分析，可以用式(1)来计算所使用的光纤长度：

式中：l(max)为可以选择的最大的光纤长度(m)；PRL，min为光接收器允许的最小光功率(mW)；PT(min)为LED耦合进入光纤的最小耦合功率(mW)；OPM为光功率裕度(mW)，应该考虑LED老化和供电电压波动等原因；α(min)为最大光纤损耗(dB／m)。这里允许使用的最长距离为20 km。

同时要考虑接收器的动态范围，所谓动态范围是指接收器能敏感的最小光功率和接收器所能承受的最大光功率之差分别用PRL，min和PRL，max来表示。其中，光纤在传输光的过程中所允许使用的最短距离由PRL，max决定，这个最短距离可用式(2)来表示：

式中，l(min)为可用的最短光纤长度(m)；PT(max)为发射管耦合进入光纤的最大光功率(mW)；PRL，max为接收管可以承受的最大光功率输入(mW)；α(min)为光纤的最小衰减系数(dB／m)；本系统允许使用的最短光纤长度为0.5 m。

3 光接收信号处理

光接收部分由光检测器，放大器和信号处理电路组成。它把光纤中传来的光信号转换为电信号，并将其放大。它有数字光接收和模拟光接收两种模式，选用的光接收器件是ATR-X5XXL光收发一体化模块中的接收部分，通过光接收器，可以直接得到一个数字输出电压了。这个数字输出电压也是TTL电平信号。它的高电平的范围为最低高电平为2.4 V，最大可以达到电源电压。低电平的范围为最高允许的低电平为0.4 V，最低为0 V。

为了再现输入的模拟信号波形，需要把这个数字信号通过信号处理变成模拟信号。这个过程是由数模转换器即D／A转换器来完成的。由于A／D7894_10的十四位输出是完全补码形式的，为了简化电路，同时也防止在操作过程中出现不必要的错误，要求所选用的D／A转换器是能以完全补码串行输入的。与此同时，它的工作时序和工作速度应该和A／D7894_10相匹配。本文采用AD7840作为D／A转换芯片。

AD7840是十六位补码输入，电压输出方式，满幅度输出电压的范围为±3 V，双电源±5 V供电，外接+3 V的参考输入电压。可以工作在串行和并行模式，它的串行最高工作时钟频率可允许达到6 MHz，典型功耗为70 mW，它的逻辑控制方便，能用简单的数字电路设计工作时序。它采用24引脚双列直插式封装，使用简单。

它的方式控制及读时序如表2所示。

任意输入数字量和模拟电压量之间的关系计算方法如下式所示：

其中：-8192≤N≤8191，VREFIN为AD7840的参考输入，大小为+3 V。

AD7840的最小分辨电压是1LSB=FS／16 384=6／16384=366μV，其中6表示它的输出电压的峰-峰值为6 V，16 384是它的最大的可能输入编码。

当AD7840的外围和时序得到了满足后，它就把数字信号转换成模拟信号了。

4 处理结果及分析

4.1 处理结果

4.1.1 万用表测量结果

把光纤传来的数字信号送到它的输入端，用万用表测量的结果如表3所示，最后用双踪示波器得到的结果如图3所示。

4.1.2 示波器观察结果

示波器观察结果如图3所示。

4.2 结果分析

系统分别对信号进行数模和模数转换处理，采用光信号传输，用光纤作为传输信号通道。所设计的系统体积小，重量轻，性能良好，实时性强，可以远距离办公，能实现程序控制，监测手段安全可靠。经过这样的处理和传输后在一定的速率范围内可以达到相对准确的程度，通过示波观察后发现信号基本得到了再现。实践证明这种方法经济实用，且电压越高，经济效益越好。

作者：韦英华 (连云港职业技术学院 机电工程学院 江苏 连云港 222003)