在光纖通信系統(tǒng)中，信息由LED或LD發(fā)出的光波所攜帶,，光波就是載波,。把信息加載到光波上的過程就是調(diào)制,。光調(diào)制方式按調(diào)制信號(hào)的形式可分為模擬信號(hào)調(diào)制和數(shù)字信號(hào)調(diào)制。目前，數(shù)字調(diào)制是光纖通信的主要調(diào)制方式,，也就是通常的PCM編碼調(diào)制,，以二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)“1”或“0”對(duì)光載波進(jìn)行通斷調(diào)制，并進(jìn)行脈沖編碼(PCM),。數(shù)字調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng),，中繼時(shí)噪聲及色散的影響不積累，因此可實(shí)現(xiàn)大容量,、長(zhǎng)距離傳輸,。
1 光發(fā)射機(jī)
　　簡(jiǎn)單地講，光傳輸系統(tǒng)中一個(gè)基本的光發(fā)射機(jī)主要包括光發(fā)射器" title="光發(fā)射器">光發(fā)射器件及其驅(qū)動(dòng)電路,。光發(fā)射器件有發(fā)光二極管(LED),、激光二極管(LD)或激光調(diào)制器(LM)；驅(qū)動(dòng)電路為系統(tǒng)光源提供合適的“開”,、“關(guān)”電流,。
1.1 數(shù)字光發(fā)射機(jī)基本結(jié)構(gòu)
　　在數(shù)字光纖通信中，激光發(fā)射機(jī)的主要組成部分如圖1所示,。線路編碼的作用是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合在光纖中傳輸?shù)拇a型,。調(diào)制電路" title="調(diào)制電路">調(diào)制電路完成數(shù)字信號(hào)的電—光轉(zhuǎn)換，將光信號(hào)加載到光源的發(fā)射光束上,，即光調(diào)制,。而光調(diào)制的方式有三種：直接強(qiáng)度調(diào)制、間接強(qiáng)度調(diào)制和相干調(diào)制,。光纖通信中常采用直接強(qiáng)度調(diào)制(適用于半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管),，即通過直接控制發(fā)光二極管(LED)或激光二極管(LD)的注入電流產(chǎn)生所需的光數(shù)字信號(hào)，改變LD或LED的注入電流調(diào)整其輸出光功率,，實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)度調(diào)制,。

　　理論上講，LED和LD都是電流控制的光發(fā)射器件, 其中最重要的性能取決于它們的I—P特性,，因此最直接的設(shè)計(jì)方法就是把驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)成受輸入信號(hào)控制的電流源,，并且必須能提供具有規(guī)定強(qiáng)度和波形的電流。實(shí)際應(yīng)用中將雙極性晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管(FET)作為電流輸出器件與光發(fā)射器件連接,，形成電流驅(qū)動(dòng)器,。常用的有單端電流驅(qū)動(dòng)器和射極耦合電流驅(qū)動(dòng)器。單端電流驅(qū)動(dòng)器的速度受晶體管和LED或LD的截止過程的影響,，因而只能應(yīng)用在低比特率的場(chǎng)合,。高比特率的電流驅(qū)動(dòng)器利用ECL(射極耦合邏輯)電路來設(shè)計(jì)，即數(shù)字調(diào)制電路中常用的射極耦合電流開關(guān),，其基本電路形式如圖2所示,。

1.2 數(shù)字調(diào)制電路的基本工作原理
　　圖2所示的射極耦合電流開關(guān)實(shí)際上是一個(gè)一邊為固定輸入V_BB,，另一邊為信號(hào)輸入端的射極耦合差分級(jí)，其工作原理" title="工作原理">工作原理與單輸入雙端輸出的差分放大器非常相似,，但它只對(duì)信號(hào)起傳遞作用,。其工作原理是：當(dāng)V_in＞V_BB時(shí)，Q₁管導(dǎo)通" title="導(dǎo)通">導(dǎo)通,，Q₂管截止,，電流全部流經(jīng)輸入管；當(dāng)V_in＜V_BB時(shí),，Q₂管導(dǎo)通，Q₁管截止,，電流流經(jīng)激光器,。從電流導(dǎo)通的情況看，相當(dāng)于一個(gè)電流開關(guān),，即電流型開關(guān)邏輯電路,。其射極耦合端接高阻抗的恒流源，構(gòu)成深度負(fù)反饋,，增加了ECL電路的輸入阻抗,，使晶體管可穩(wěn)定地工作在放大區(qū)。為了使輸出信號(hào)不受電源波動(dòng)的影響,，常采用負(fù)電源(VEE=-5.2V)供電,，而對(duì)管的集電極直接對(duì)地輸出(VCC=0)，這種接法又極大地提高了電路的速度,，改善了交流性能,。
2 ECL電流開關(guān)的應(yīng)用
　　目前，筆者在一個(gè)高速數(shù)字系統(tǒng)中應(yīng)用了ECL電流驅(qū)動(dòng)器,，其基本原理如圖3示,。其中Q₁、Q₂和Q5構(gòu)成基本的調(diào)制電路,，Q₃和Q₄實(shí)現(xiàn)電平移位,，集成器件MC10H124完成信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換(TTL→ECL)。MC10H124引腳功能如圖3所示,，使用時(shí)需注意,，在ECL電平輸出腳(如圖中②、④腳)要通過50Ω電阻外接-2V電壓,，未用的輸出腳通過50Ω電阻接地,，從②或④腳輸出ECL電平信號(hào)，第⑥腳接公共選通電壓(這里接+4V電壓),。
2.1 ECL電路的主要特點(diǎn)
　　對(duì)激光器進(jìn)行高速脈沖調(diào)制時(shí),，常采用ECL電流開關(guān)。它既有很快的開關(guān)速度，又能保持良好的電流脈沖波形,。從電路結(jié)構(gòu)上看,ECL屬于非飽和型數(shù)字邏輯,，工作時(shí)晶體管在放大和截止兩個(gè)狀態(tài)間轉(zhuǎn)換，不進(jìn)入飽和區(qū),，根除了TTL電路中晶體管由飽和到截止(即由“開”到“關(guān)”)轉(zhuǎn)換時(shí)所需釋放超量存儲(chǔ)電荷的“存儲(chǔ)時(shí)間”,，從根本上消除了限制速度的主要障礙——晶體管的飽和時(shí)間，極大地提高了ECL電路的速度,，其平均延遲時(shí)間達(dá)到亞納秒數(shù)量級(jí),。如果圖3中采用兩級(jí)差分電流開關(guān)并且雙邊驅(qū)動(dòng)，則既可改善電流脈沖的波形又可再提高開關(guān)速度,。
　　圖3中參考電壓V_BB作為ECL電路的重要組成部分,，通常取在ECL邏輯高、低電平的中心V_BB＝-1.3V(ECL的邏輯高電平V_OH=-0.8V,，低電平V_OL=-1.8V),，使高、低電平的噪聲容限基本相等,，電路在全工作溫度范圍內(nèi)噪聲容限的變化不會(huì)太大,。V_BB常與ECL電路共用負(fù)電源，在電阻分壓器的基礎(chǔ)上,，利用二極管和射極跟隨器電平移位構(gòu)成,。