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　　在传统的演播环境中都是用同轴电缆传输未压缩数字视频信号，而3g sfp光发射模块的设计实现能使光纤代替同轴电缆进行信号传输。sfp光发射模块又称小型可热插拔光发射模块，它的作用是通过模块内的发射组件tosa将电信号转换成光信号，使得信号可以用光纤进行传输。

　　当前，国内外光发射模块市场以2.5g为主，10g光发射模块和40g光发射模块也在迅速地发展。对于传输高清数字视频信号的sfp光发射模块，仅支持速率为1.485 gbps的1080i和720p视频信号，3g sfp的研究则针对全高清1080p视频信号，速率达2.97 gbps.

　　本文研究了3g sfp光发射模块，其作用是将速率为2.97 gbps的数字视频信号转换成光信号，用光纤传输代替传统的同轴电缆传输，不仅大大地节约了基础设备的资金投入，同时也给管理员维护升级带来了便利。

　　1 光发射模块基本原理

　　这里的3g指的是3g sdi串行链路标准。串行数字接口（serial digital interface,sdi）是itur bt.656以及移动图像和电视工程师协会（smpte）提出的串行链路标准，在演播环境中通过75 ω同轴电缆来传输未压缩的数字视频。该标准的版是smpte 259m.随着1080i和720p等高清视频标准的出现，对接口进行了调整以处理更高的1.485 gbps数据速率，由smpte 292m进行定义。幸运的是，为了支持1080p和数字影院等分辨率更高的图像质量，smpte批准了名为smpte 424m[1]的新标准，sdi数据速率达到了2.97 gbps,这一标准也称为3g sdi.

　　3g sfp光发射模块的设计要满足sfp msa多源协议[2]和sff8472协议的要求。该发射模块主要由tosa及ld驱动电路组成。tosa即光发射组件，包括激光器ld和光电二极管pd,其作用是把光信号转换成电信号，而ld驱动电路用于驱动控制ld.首先，输入模块的电信号由ld驱动电路接收，并调制到ld的驱动电流上，驱动激光器发出带有数据调制信号的激光。ld驱动电路具备自动功率控制（apc）功能，可通过检测背光二极管产生的光电流来实现闭环控制。通过apc环路，ld驱动电路可动态调节ld驱动电流的大小。

　　作为发射模块的重要功能部件的选择，必须依据各类型光源器件的特点和匹配性能需求来进行选择和设计。常用光源的半导体发光器件主要有3种：led发光管、fp激光器、dfb激光器。它们各自特点如下：led发光管输出光功率低、发散角大、光谱宽、调制速率低、价格低廉，适合短距离通信；fp激光器输出光功率大、发散角较小、光谱较窄、调制速率高，适合中距离通信；dfb激光器是在fp激光器的基础上采用光栅滤光器件使其只有一个纵模输出，性能优于fp激光器，成本较高，用于长距离通信。

　　3g sfp光发射模块主要用于在演播室环境中传输高清视频信号，传输距离不会超过10 km.综合考虑，选择1310 nm fp型激光器作为tosa的激光器。

　　在ld驱动电路的设计上，采用mcu加外围电路的方式。 mcu芯片采用adn2873,该款芯片完全符合sff8472要求，工作速率为50 mbps~4.25 gbps,内带自动功率控制环路，3.3 v供电，满足3g sfp光发射模块的数据速率要求。

　　2 光发射功能的主要性能研究

　　在光发射模块中，激光二极管是半导体器件。温度升高时，它的阈值电流增大，光功率电流曲线斜率就降低。光功率电流（pi）曲线如图1所示。

图1 光功率电流（pi）曲线

　　设计光发射模块重要的指标是模块的平均光功率和消光比。要使所设计的光发射模块工作稳定，就要保证平均光功率和消光比维持在一个稳定的范围内。

　　平均光功率pavg用公式表示为：

　　其中，p1表示高电平时光功率，p0表示低电平时光功率。apc环路通过调节偏置电流变化可以维持pav的稳定。消光比er的公式：

　　要想稳定er就要知道p1和p0.在知道平均光功率pavc的情况下，由于光幅度功率ppp是光功率与光功率的差值（即ppp=p1-p0），因此，p1和p0可以用pavg和ppp表示，即消光比的稳定与平均光功率和光幅度功率有关，在驱动电路中通过调节调制电流变化维持ppp稳定。

　　adn2873内部结构如图2所示。adn2873内置apc自动功率控制环路，外接mpd背光二极管后形成一个闭环反馈回路。当输出平均光功率变化时，流过mpd二极管的电流也相应地发生变化，apc环路根据这种变化相应调整偏置电流大小，达到稳定平均光功率的目的。在adn2873中，反馈电流impd就是引脚pavset到地的电流。设计时pavset外接电阻，反馈电流impd等于pavset端电压与该电阻的比值，而pavset端电压是芯片内部固定电压（为1.2 v），所以只需要知道外接电阻的大小就能确定impd的大小。apc电路根据impd的变化自动调节偏置电流，保证平均光功率稳定。

　图2 adn2873内部结构图

　　同样，在引脚erset外接电阻rerset.由图2可知，标准电压12 v经过了100倍的放大，那么调制电流imod=1.2 v×100/rerset.rerset是热敏电阻，当模块温度改变时，热敏电阻改变电阻值以补充激光器随温度影响的变化，通过校准温度系数值来稳定调制电流，从而达到维持消光比稳定的目的。

　　3  测试结果及分析

　　测试中用模拟的pathological图样信号作为测试信号，给3g sfp光发射模块提供2.97 gbps的pathological图样信号，测试温度为常温25 ℃，供电电压为3.3 v,选用4.25g滤波器。发射光眼图如图3所示。从图3可以看到清晰的眼图，同时可以读出峰峰抖动值为72.11 ps,上升时间为123.4 ps,下降时间为135.7 ps,上升时间不得超过165 ps,下降时间不得超过180 ps,即所设计的3g sfp光发射模块可满足传输3g sdi信号的要求。

图3 发射光眼图