Диссертация (1143140), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Диаметр просветлённого оптического объектива 4мм. Характеристики модуля ФПМ-СМ-О не уступают характеристикам лучших мировыхобразцов оптических приемников.Все фотоприёмные модули имеют малые габаритные размеры 29.519.512 мм(λ = 0.85мкм) и 29.519.516 мм(λ = 1.3 мкм), напряжения питания 5В, диапазон рабочихтемпературот–40до+60С, изготовленыпогибридно-плёночнойтехнологии.Разработанные фотоприёмные модули имеют высокую надежность, устойчивость к внешнимвоздействиям, позволили существенно увеличить качество и дальность передачи данных, поряду характеристик превосходят соответствующие отечественные аналоги.Разработанные малогабаритные гибридно-пленочные фотоприёмные модули нашлиширокое применение в аппаратуре волоконно-оптических систем передачи информации.Аппаратурой с применением фотоприёмных модулей ФПМ-ВЧ, ФПМ-ВЧМ, ФПМ-АРУ АОНПП «Ротек» (г.
Москва) в 1990 ÷ 1992 гг. были оснащены Всероссийская государственнаятелерадиокомпания (ВГТРК), Общественное Российское телевидение (ОРТ) г. Москва,республиканский радиотелецентр Гостелерадио республики Беларусь г. Минск, телецентры231республик Киргызстан г. Бишкек и Таджикистан г. Душанбе, республиканский телецентрреспублики Северная Осетия г. Владикавказ, всего более 200 республиканских ирегиональных телецентров.
Фотоприёмные модули были использованы на локальных линияхСП «Астелит» (Россия-Италия), СП «Макомнет» (Россия-США) между Москвой ипригородами для подачи сигналов к спутниковым системам связи (видео и телефонная связь).Фотоприёмные устройства ФПУ-01 серийно выпускались на предприятии НПО«Авангард» с 1987 г.
и применялись в изделиях специального назначения. Для ФПУ-01максимальная частота аналогового сигнала составляла 44 МГц, пороговое значениечувствительности 3·10-7 Вт (–35 дБм), динамический диапазон более 29 дБ.Фотоприёмные модули нашли широкое применение в аппаратуре локальных сетей связи,разрабатываемых на ЛНПО «Красная Заря» (в настоящее время АООТ «Информационныетелекоммуникационные технологии») г.
Санкт-Петербург.Фотоприёмные модули ФПМ-ВЧ были использованы для создания многомодовойволоконно-оптической линии передачи сигнала водородного стандарта, находящейся вэксплуатации в Институте прикладной астрономии РАН (г. Санкт-Петербург) с 1992 года[A31].Таким образом, разработанные и внедренные в промышленность фотоприёмные модуливолоконно-оптических линий связи перекрывают широкий спектр возможных применений отвысококачественного телевидения до управляемых подвижных объектов. Разработанныемалогабаритные фотоприёмные модули имеют чувствительность, сравнимую с лучшимимировыми образцами и нашли широкое применение в аппаратуре волоконно-оптическихсистем передачи информации.Фотоприёмныемодулинеоднократнодемонстрировалисьнароссийскихимеждународных выставках: «Экспоком-91», «Экспоком-92» в павильоне РоссийскойФедерации (г. Москва), «Конверсия-93» (г.
Москва), «Конверсия и высокие технологии1994 ÷ 1996 г.» (г. Москва), «Educom-96» (г. Санкт-Петербург).7.1.2 Разработка волоконно-оптического телевизионного модема студийного качестваРазработанные модули фотоприемных устройств внедрены в модемы передачителевизионного сигнала: а) студийного качества с цифровым кодированием и б) полногоцветового высококачественного телевизионного изображения с использованием частотноимпульсной модуляции (ЧИМ). При конструировании модемов использовались методикирасчетачувствительностиФПУ,предложенныевдиссертации.Дополнительнокпрактическим вопросам оптимизации чувствительности ФПУ при внедрении студийныхмодемовпередачителевизионныхсигналовпотребовалосьрешениепроблем:а)232мультиплексирования 4-х каналов передачи стереофонического звука и 2-х каналов передачиданных со скоростью 2.048 Мбит/с с низким уровнем (ниже -70 дБ) перекрестных искажениймежду каналами, б) обеспечения требований электромагнитной совместимости.
Проблемаэлектромагнитной совместимости решена моделированием в пакетах SPECCTRA Quest SIExpert(компанияCADENCE),ProtelDXP(компанияALTIUM),чтообеспечиловысококачественную разводку многослойных печатных плат. В результате создан студийныйволоконно-оптический модем передачи видеосигнала в цифровой форме в реальном масштабевремени без потерь информации ВОМ-124, внешний вид которого представлен на рис 7-2,структурная схема – на рис. 7-3.Рис. 7-2 Студийный волоконно-оптический модем передачи видеосигнала в цифровойформе ВОМ-124ВидеоВидеоS-VideoВидеопроцессорВидеопроцессорПроцессоршины I2CПроцессоршины I2CПреобразовательПреобразовательДанные-1Данные-1Данные-2БуферДанныеЗвук-1(л)АудиофильтрАудиоАЦПЗвук-1(п)АудиофильтрАудиоАЦПЗвук-2(л)АудиофильтрЗвук-2(п)АудиофильтрпараллельногокодаВолоконно ВолокноФотооптическийприемноелазерустройствопоследовательногокодаS-VideoДанныеБуферДанные-2АудиоЦАПАудиофильтрЗвук-1(л)АудиоЦАПАудиофильтрЗвук-1(п)АудиоАЦПАудиоЦАПАудиофильтрЗвук-2(л)АудиоАЦПАудиоЦАПАудиофильтрЗвук-2(п)ввпоследовательныйпараллельныйРис.7-3 Структурная схема волоконно-оптического модема передачи видеосигнала вцифровой форме ВОМ-124Активная часть телевизионной строки видеосигнала оцифровывается 9-битным АЦП соскоростью выборок 27 МГц (цветовое разложение YUV 4:2:2), кадровые и строчныесинхроимпульсы передаются кодовыми комбинациями, запрещенными для отсчетоввидеосигнала.
Четыре аудиосигнала оцифровываются 24-битными АЦП со скоростьювыборок 48 кГц, что соответствует отношению сигнал/шум свыше 100 дБ. Потоки видео,данных (два канала по 2.048 Мбит/c) и аудио мультиплексируются в последовательный код.Преобразователи параллельно-последовательного и последовательно-параллельного кодовдля надежной синхронизации используют преобразование 16В-18В. Для настройкивидеопроцессора используется интерфейсная шина I2C, управляемая PIC-процессором.233Новизна данной разработки состоит в том, что впервые в РФ была разработана ивнедрена цифровая система передачи видеосигнала с частотой оцифровки телевизионногосигнала 27 МГц в соответствии со стандартами ITU-R BT 601 и ITU-R BT 656, чтосоответствует уровню профессионального студийного качества.Дальность передачи мультиплексированного потока с отношением сигнал/шум 72 дБсоставляет до 40 км при использовании лазера и одномодового волокна.
Модемы ВОМ-124внедрены в Центре Междугородной Связи «телецентра на Чапыгина, 6» в Санкт-Петербурге,а также в телестудиях регионального телевидения в г. Уфа, Гомеле и др.7.1.3 Разработка миниатюрного телевизионного волоконно-оптического модемаМиниатюрный телевизионный волоконно-оптический модем ОМ-1 разрабатывался, восновном, для внедрения в сети промышленной безопасности и управления производством,особенностью которых является эксплуатация их в условиях сильных помех. Таким образом,дополнительными требованиями являются обеспечение электромагнитной совместимости иразработка схемотехнических решений, обеспечивающих низкую стоимость изделия.Применение волоконной оптики в данном случае позволяет решить эти проблемы. Врезультате создан модем, внешний вид которого представлен на рис 7-4.Рис.
7-4 Миниатюрный телевизионный волоконно-оптический модем ОМ-1Дальность передачи видеосигнала с отношением сигнал/шум не ниже 60 дБ составляет 6км при использовании многомодового волокна и светодиодного источника, и до 40 км прииспользовании лазера и одномодового волокна. В состав модема входит ФПУ-ВЧ, основанноена методиках проектирования, предложенных в диссертации и защищенных авторскимисвидетельствами.Волоконно-оптический канал передачи полного цветового высококачественноготелевизионного изображения со звуковым сопровождением с использованием частотноймодуляции (ЧМ) состоит из блоков модулятора, волоконно-оптического кабеля идемодулятора. Структурная схема модема представлена на рис.
7-5.234ВидеосигналКорректорформывидеосигналаГУНF=60МГцАудиоКорректорформысигналаГУНF=10.7МГцУсилительограничительСхемауправлениялазеромЛазерВолоконнооптическийкабельФПУУсилительограничительПолосовойфильтр10.7 МГцЧМдемодуляторУсилительограничительВидеоус.корректорЧМдемодуляторзвукаФНЧФНЧкорректорУсилительВидеосигналУсилиАудиотельРис. 7-5. Структурная схема модема ОМ-1В состав модулятора сигнала изображения входят корректор формы видеосигнала,генератор высокой частоты, управляемый напряжением (ГУН), усилитель-ограничительуровня сигнала, схема управления полупроводниковым лазером и источник оптическогоизлучения (лазер или светодиод). Корректор формы видеосигнала вносит низкочастотныепредискажения и одновременно служит для устранения влияния высокочастотных помех наработу ГУН.
ГУН канала звукового сопровождения формирует ЧМ-сигнал на поднесущейзвука. Значение частоты поднесущей звука определяется гармониками цветовых поднесущихвидеосигнала и принята равной 10.7 МГц. Сигнал звукового сопровождения через корректорформы звукового сигнала поступает на генератор, управляемый напряжением, в которомосуществляется частотно-импульсная модуляция сигнала на частоте поднесущей звука10.7 МГц. Девиация ЧМ-сигнала звукового сопровождения составляет 50 кГц. ЧМ-сигналзвукового сопровождения суммируется с видеосигналом на входе ГУН ТВ-сигнала.
ГУНпредставляет собой быстродействующий мультивибратор, управляемый током. Несущаячастота составляет 60 МГц, девиация частоты 30 МГц. Усилитель-ограничитель уровняслужит для уменьшения амплитудных искажений частотно-модулированного сигнала. Схемауправления лазерным диодом служит для устранения влияния температуры и срока службына выходные характеристики излучателя. Входной сигнал для схемы управления снимается сфотодиода обратной связи.
Ток фотодиода, пропорциональный выходной оптическоймощности излучателя, после усиления и преобразования позволяет поддерживать уровеньвыходной мощности стабильным. В качестве источника оптического излучения в волоконнооптическом канале применяется полупроводниковый лазер. Выходная оптическая мощностьпри токе смещения 30 мА составляет величину порядка 1 мВт. Рабочая длина волныоптического излучения равна 1,3 мкм.
В качестве дополнительного варианта возможнодополнительное применение светодиодных излучателей (длина волны оптического измерения0,85 мкм и 1,3 мкм). Светодиодные излучатели используются в волоконно-оптических линияхнебольшой протяженности и способны обеспечить более долгий срок службы и меньшуюстоимость модема.Оптическийфотоприёмногосигналустройстваповолоконно-оптическому(ФПУ-ВЧ),котороекабелюпреобразуетпоступаетоптическийнавходсигналв235электрический.
Реальная чувствительность ФПУ, определяемая значением оптическоймощности, при которой на выходе демодулятора формируется ТВ-сигнал с отношениемсигнал/шум порядка 50 дБ, составляет величину 1 мкВт для длины волн = 0,85 мкм и 0,8мкВт для = 1,3 мкм. С выхода ФПУ предварительно усиленный электрический сигналпоступаетна4х-каскадныйусилитель-ограничитель,которыйпозволяетустранитьамплитудные искажения в волоконно-оптическом тракте. Динамический диапазон усилителяограничителя по входному сигналу превышает 60 дБ.
В усредняющей схеме сигнал с выходаусилителя-ограничителяпреобразуетсявпоследовательностькороткихимпульсоводинаковой длительности, частота следования которых совпадает с частотой входногосигнала. В результате усреднения этой последовательности импульсов на выходевырабатывается сигнал, пропорциональный входному сигналу, сложенному с некоторойпостояннойсоставляющей.Спомощьюпоследующеговидеоусилителя-корректораосуществляется выделение суммарного сигнала видеоизображения и сигнала звуковогосопровождения. Фильтр нижних частот ФНЧ эффективно подавляет сигнал звуковогосопровождения, представляет собой RC-фильтр Баттерворта 6-го порядка с полосойпропускания 8 МГц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
