Các bài thí nghiệm thông tin quan (Phần 2)

153 trang phuongnguyen 3040

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Các bài thí nghiệm thông tin quan (Phần 2)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

cac_bai_thi_nghiem_thong_tin_quan_phan_2.pdf

Nội dung text: Các bài thí nghiệm thông tin quan (Phần 2)

Bài tập 4-1 : Bộ tách quang Mục đích: Tìm hiểu các thiết bị trong hệ thống quang dùng để chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện. Tóm l−ợc: - Bộ tách quang có một bộ cảm biến quang đ−ợc che viền xung quanh bằng viền chắn. Viền chắn đảm bảo rằng chỉ công suất bức xạ bởi sợi quang đ−ợc chuyển đổi. Để tránh suy hao, viền chắn bao gồm một ống dùng để đồng chỉnh ống giữ sợi quang với bộ cảm biến quang. 1. Các loại bộ cảm biến nào đ−ợc dùng làm bộ tách quang? a. Các Led. b. Các phototransistor c. Các photodiode d. Cả b và c 153
- Bộ tách quang không cảm thụ ánh sáng nằm ngoài hình nón tiếp nhận của nó. - Bộ tách quang có góc nhận của nó (θA), bởi vậy cũng có khẩu độ số t−ơng ứng. NA = sin(θA) - Nếu khẩu độ số của sợi quang NA1 lớn hơn khẩu độ số NA2 của bộ tách quang thì một phần công suất bức xạ sẽ bị tổn hao LOSSNA: LOSSNA = 20lg(NA1/NA2) khi NA1>NA2 - Bộ tách quang không thể cảm thụ đ−ợc công suất bức xạ ở ngoài vùng cảm quang hiệu quả của nó. Nếu đ−ờng kính của chùm sáng Dia1 lớn hơn đ−ờng kính của vùng cảm quang hợêu quả Dia2 của bộ tách quang thì xảy ra suy hao công suất bức xạ LOSSUI: LOSSUI = 20 lg(Dia1/Dia2) Với Dia1>Dia2 - Nếu bộ tách quang có một thấu kính thì vùng cảm quang hiệu quả của nó có thể tăng lên. Đ−ờng kính vùng cảm quang hiệu quả Dia2 t−ơng đ−ơng bằng vùng cảm quang hiệu quả vật lý Dia2p của phần tử cảm quang, nhân với hệ số khuếch đại của thấu kính Lm: Dia2 = Dia2p x Lm 154
- Hệ số đáp ứng Rp là tỉ số giữa công suất bức xạ đầu vào bộ tách quang với dòng điện đầu ra t−ơng ứng Ip : Rp = Ip / Φe - Hệ số đáp ứng đ−ợc phân loại đối với từng b−ớc sóng, bởi vì độ nhạy của bộ tách quang thay đổi theo b−ớc sóng. 2. Tìm Hệ số đáp ứng của phototransistor tại 635 nm nếu hốc đáp ứng của nó tại 880 nm (100%) là 2 mA/àW a. 4 mA/àW c. 1 mA/àW b. 2 mA/àW d. 0.5 mA/àW Các b−ớc Thực hành: / Chức năng của bộ tách quang: 1. Hãy kiểm tra để đảm bảo chắc chắn rằng các cầu nối và các dây nối đã đ−ợc tháo ra khỏi bảng mạch. 2. Đặt bộ phát FOT về chế độ ANALOG bằng việc dùng các cầu nối hai đầu trên khối FIBER OPTIC TRANSMITTER. 3. Dùng sợi quang thủy tinh 1m loại 62.5/125 để nối bộ phát FOT với bộ thu FOR. 4. Tắt nguồn tấm đế tr−ớc khi chuyển các cầu nối trên khối POWER SUPPLY về vị trí ANALOG. Sau khi đặt xong các cầu nối này, bật cấp nguồn trở lại cho tấm đế. 155
Với phần phát FOT, trong chế độ ANALOG, dòng thay đổi thông th−ờng đảm bảo công suất 11.4 àW (Φe) tại đầu cuối sợi quang thủy tinh 1m 5. Nối một đồng hồ giữa FOR và đất (GND) và đặt chế độ đo áp một chiều 6. Đo điện áp một chiều tại jack đầu ra FOR (chế độ có nối): VFORC = mV Bộ thu FOR sử dụng một bộ khuếch đại nội kháng (Transimpedance Amplifier) để chuyển đổi dòng photodiode thành điện áp tại đầu ra FOR 7. Tháo cáp sợi quang thủy tinh khỏi bộ thu FOR và đo điện áp một chiều tại jack đầu ra FOR (chế độ không nối): VFORD = mV Công suất quang Φe VFOR Nối 650 mV Không nối 730 mV L−u ý : Các giá trị điện áp chuẩn trong bảng trên đ−ợc cho để tham khảo tại mục này và các mục sau. Tuy nhiên, các tính toán phải thực hiện trên các giá trị thực đo. 8. Tìm sự thay đổi VFOR (DV) khi công suất ánh sáng thay đổi từ không nối sang nối: DV = VFORD - VFORC = mV 156
/Suy hao tại tiếp giáp sợi quang-bộ tách quang: 9. Suy hao do lệch kích th−ớc LOSSUI = 20 lg(Dia1/Dia2) khi Dia1>Dia2 và suy hao do lệch khẩu độ số LOSSNA = 20lg(NA1/NA2) khi NA1>NA2. Tại tiếp giáp Sợi quang thủy tinh-Bộ tách quang nh− chỉ ra d−ới đây: Sợi quang thủy tinh Bộ tách quang NA1 = 0.28 NA2 = 0.35 Dia1= 62.5 àm Dia2= 250 àm thì tổng suy hao LOSSUI + LOSSNA là bao nhiêu? a. 14 dB c. 0 dB b. 12 dB d. –14 dB 10. Giả sử rằng công suất ra thực tế của FOT gần với giá trị thông dụng 11.4àW, hãy tính đáp ứng thu Rp Rp = DV/DΦe = mV/àW Hai trạng thái nối và không nối tạo nên DΦe bằng công suất quang của FOT. Các tham số của bộ thu quang Tham số Min. Typ. Max. Độ nhạy Rp 5.1 mV/àW7 mV/àW 10.9 mV/àW NA t−ơng đ−ơng 0.35 Dia t−ơng đ−ơng 250àm Vo DC (Φe=0) 0.7 V Tạp âm VNO (Φe=0) 0.30 mVrms 0.36 mVrms Sự thay đổi công suất ra thực tế DΦe của bộ phát FOT có thể trong khoảng (5ữ20àW) 11. Bạn có thể xác định đ−ợc độ nhạy thực tế của bộ thu FOR (Rp) a. Có b. Không 12. Giả sử rằng thay đổi công suất ra thực tế DΦe của bộ phát FOT là nhỏ nhất (DΦe min=5àW), hãy tính thay đổi điện áp ra nhỏ nhất mong đợi của bộ thu. DV min= DΦe min x Rp min = mV 157
13. Giả sử rằng thay đổi công suất ra thực tế DΦe của bộ phát FOT là lớn nhất (DΦe max=20àW), hãy tính thay đổi điện áp ra lớn nhất mong đợi của bộ thu. DV max= DΦe max x Rp max = mV DΦe = 5 ữ 20àW Rp = 5.1 ữ 10.9 mV/àW DV min = 25.5 mV DV typ. = 80 mV DV max= 218 mV 14. Giá trị DV nhận đ−ợc có nằm trong khoảng DV min ữ DV max? a. Có b. Không 15. Vo DC là điện áp ra một chiều của FOR khi không có bức xạ công suất đ−a đến bộ tách quang(Φe=0àW). Bạn sẽ quan sát đ−ợc điện áp ra của bộ thu FOR là 730 mV khi nó không đ−ợc nối với nguồn quang. Giá trị Vo DC mà bạn đo đ−ợc có phù hợp với tham số đã cho của bộ thu quang (FIBER OPTIC RECEIVER Specification)? a. Có b. Không 16. Bộ thu tạo ra cả tạp âm nhiệt (thermal noise) và các tiếng nổ (Shot noise) mà chúng t−ơng tự nh− một điện áp ngẫu nhiên trên đầu ra của bộ thu FOR. Nhà sản xuất xác định rằng điện áp nhiễu (VNO) cực đại là 0.36 mVrms khi không có tín hiệu quang đầu vào. Tạp âm thu cũng có thể đ−ợc đánh giá nh− công suất tạp âm quang đầu vào t−ơng đ−ơng (PN) và nó cũng đ−ợc gọi là tạp âm nền. PN là công suất bức xạ (Φe) mà nó tạo ra VNO nếu nó không đ−ợc tạo bởi bộ thu. Tạp âm nền đ−ợc tính bằng cách chia VNO cho độ nhạy Rp: PN = VNO/Rp = àW 158
Tính tạp âm nền tiêu chuẩn (PN typ.) theo biểu thức trên. Nhà sản xuất bộ thu xác định công suất bức xạ đầu vào đỉnh (Φe) là 55àW (-12.6 dBm). Các tham số của bộ thu quang Tham số Min. Typ. Max. Độ nhạy Rp 5.1 mV/àW7 mV/àW 10.9 mV/àW NA t−ơng đ−ơng 0.35 Dia t−ơng đ−ơng 250àm Vo DC (Φe=0) 0.7 V Tạp âm VNO (Φe=0) 0.30 mVrms 0.36 mVrms 17. Tính điện áp ra chuẩn (VOUT) của bộ thu khi (Φe) là 55àW. VOUT = Vo DC – (Rp x Φe) = mV 18. Nối lại sợi quang thủy tinh 1m giữa bộ phát FOT với bộ thu FOR. 19. Nối máy phát sóng chuẩn (Signal Generator) đến jack T-IN. Đ−a đầu đo CH1 của oscilloscope đến T-IN để quan sát tín hiệu từ máy phát. 20. Điều chỉnh máy phát sóng chuẩn tạo tín hiệu 20KHz, 500 mVp-p, hình sin, quan sát tín hiệu này trên CH1 của oscilloscope. 159
21. Đ−a đầu đo CH2 của oscilloscope đến FOR để quan sát tín hiệu ra. Điều chỉnh oscilloscope để có thể quan sát một số chu kỳ của tín hiệu vào (trên CH1) và của tín hiệu ra (trên CH2). 22. Quan hệ về pha nh− thế nào giữa tín hiệu quang đầu vào bộ thu với tín hiệu điện đầu ra? VOUT = Vo DC – (Rp x Φe) = mV a. 0o b. 45o c. 90o d. 180o 23. Điều chỉnh máy phát sóng chuẩn tạo tín hiệu 20KHz, 500 mVp-p, xung vuông, quan sát tín hiệu này trên CH1 của oscilloscope. Khả năng của đầu ra bộ thu FOR theo dõi các thay đổi trong tín hiệu quang đầu vào đ−ợc xác định bởi băng thông của nó Các tham số của bộ thu quang Tham số Min. Typ. Max. Độ nhạy Rp 5.1 mV/àW7 mV/àW 10.9 mV/àW NA t−ơng đ−ơng 0.35 Dia t−ơng đ−ơng 250àm Mức tĩnh Vo DC (Φe=0) 0.7 V Tạp âm VNO (Φe=0) 0.30 mVrms 0.36 mVrms S−ờn lên/xuống tr/tf 14ns 19.5ns BW-tr product (BWxtr) 0.35 Băng thông BW 25 MHz 160
Thông th−ờng bộ thu này có thời gian s−ờn lên là 14 ns và 0.35 thời gian s−ờn lên-băng thông tạo thành (0.35 = BW x tr) 24. Tính băng thông chuẩn của bộ thu này: BW = 0.35/ tr = MHz 25. Tính băng thông cực tiểu −ớc đoán của bộ thu này: BW = 0.35/ tr max= MHz 26. Thời gian s−ờn xuống tf của tín hiệu vào trên CH1 có giống có thời gian s−ờn lên tr của tín hiệu ra trên CH2 không? a. Có b. Không 27. Nối cáp sợi quang thủy tinh đến phototransistor. Đặt cầu nối RANGE về vị trí HI và đ−a đầu đo CH2 của oscilloscope đến EMITTER của khối PHOTO TRANSISTOR. Các thay đổi trong công suất ra của bộ phát FOT gây ra sự thay đổi dòng quang của phototransistor. Dòng quang đ−ợc khuếch đại bởi hệ số khuếch đại dòng tải (β) của transistor, tạo ra sự thay đổi lớn trong dòng Ip (qua tải Emitter 1KΩ). Trở Emitter 1KΩ chuyển đổi dòng Ip thành điện áp, đ−ợc hiển thị trên CH2 của oscilloscope. 28. Đo cẩn thận thời gian s−ờn lên của tín hiệu trên kênh CH2: tr = ns 161
Điện dung làm hạn chế độ rộng băng của phototransistor này khoảng 438 KHz. Sự giảm băng thông của bộ thu quang từ 25 MHz xuống 438 kHz làm tăng s−ờn lên từ 14 ns lên 800 ns. - Phản hồi âm có thể đ−ợc dùng để giảm hệ số khuếch đại của phototransistor, tăng băng thông của mạch và giảm s−ờn lên. - Thời gian yêu cầu để truyền một tín hiệu mức cao (tplh) không luôn bằng thời gian yêu cầu để truyền một tín hiệu mức thấp (tphl). Sự khác nhau giữa các thời gian truyền này (tphl - tplh) làm sai (méo) độ rộng xung đầu ra (tpw) Nhà sản xuất đánh giá rằng méo độ rộng xung của bộ thu FOR (tphl - tplh) không lớn hơn 2 ns khi sử dụng tín hiệu vào 40àW. 29. Tín hiệu quang có độ rộng 6 ns và méo độ rộng xung (tphl - tplh) của bộ thu FOR là 2 ns. Hãy tính độ rộng xung đầu ra của bộ thu FOR. a. 8 ns b. 6 ns c. 4 ns d. 2 ns 162
Tóm l−ợc: Các bộ tách quang là tác nhân của các suy hao chuyển tiếp giữa sợi quang và bộ biến đổi quang-điện. Độ nhạy là một tham số của bộ tách quang, đáp ứng (phản ứng) tr−ớc công suất quang tác động vào nó. Sự khác nhau giữa thời gian truyền s−ờn lên và s−ờn xuống gây ra méo độ rộng xung tại đầu ra của bộ tách quang. 163
Câu hỏi kiểm tra: 1. Sử dụng một bộ tách quang với băng thông đ−ợc làm tăng bởi: a. Giảm độ rộng xung c. Tăng s−ờn lên b. Tăng s−ờn xuống. d. Tăng suy hao chuyển tiếp 2. Bộ thu quang FOR trong bảng mạch FIBER OPTIC COMMUNICATIONS a. Sử dụng photodiode c. Có một đầu ra đảo b. Chuyển đổi dòng quang thành điện áp d. Tất cả các điều trên 3. Th−ớc đo của một bộ tách quang tr−ớc công suất quang là gì? a. Độ nhạy c. Công suất tạp âm quang đầu vào t−ơng đ−ơng b. Băng thông d. Đ−ờng kính t−ơng đ−ơng 4. Một phototransistor có công suất vào 2àW và dòng quang 20 mA. Tính độ nhạy của phototransistor đó. a. 10 mV/àW b. 10 mA/àW c. 0.1 mV/àW d. 0.1 mA/àW 5. Xác định suy hao do lệch vùng lõi LOSSUI khi một sợi quang thủy tinh 100/140 àm đ−ợc ghép đến một bộ thu FOR có đ−ờng kính thu hiệu dụng 110 àm LOSSUI = 20 lg(Dia1/Dia2) khi Dia1>Dia2 a. –2.1 dB b. 0 dB c. 0.83 dB d. 2.1 dB 164
Bài tập 4-2: Mạch đầu ra Mục đích: Tìm hiểu các mạch t−ơng tự và mạch số dùng làm giao tiếp với bộ tách quang. Kiến thức cơ bản: Mạch ra của bộ thu chuyển đổi tín hiệu ra của bộ tách quang thành dạng phù hợp với các thành phần khác của hệ thống. Bộ thu quang FOR trong bảng mạch sử dụng một diode quang PIN. một bộ khuếch đại chuyển đổi trở kháng thực hiện việc biến đổi trở kháng ra cao của photodiode thành đầu ra bộ thu có trở kháng 20Ω. Về tổng thể bộ thu quang FOR đ−ợc xem nh− một bộ tách quang VOUT = Vo DC – (Rp x Φe) = mV Bộ thu FOR chuyển đổi các thay đổi trong công suất quang DΦe , t−ơng ứng tin tức, thành các thay đổi về điện Một tụ ghép dẫn các thay đổi về điện (DV OUT) tới mạch ra của bộ thu, đồng thời ngăn thành phần một chiều DC. Việc ngăn thành phần một chiều tại đầu ra của bộ thu nhằm hạn chế hiện t−ợng trôi mức. Mạch ra t−ơng tự của bộ thu là một bộ khuếch đại đảo, nó sửa biên độ, trở kháng, pha, băng thông của tín hiệu. 165
1. Tại sao các mạch ra t−ơng tự và mạch ra số lại là các mạch đảo? a. Để đảo lại hàm đảo của bộ thu b. Hệ thống yêu cầu các tín hiệu đảo thao tác thực hành: Tr−ớc tiên chúng ta tìm hiểu về mạch ra của bộ thu t−ơng tự. 1. Tháo hết các cầu nối hai đầu khỏi bảng mạch. 2. Tắt nguồn tấm đế tr−ớc khi chuyển các cầu nối trên khối POWER SUPPLY về vị trí ANALOG. Sau khi đặt xong các cầu nối này, bật cấp nguồn trở lại cho tấm đế. 3. Nối máy phát sóng chuẩn (Signal Generator) đến jack R-IN. Đ−a đầu đo CH1 của oscilloscope đến R-IN để quan sát tín hiệu từ máy phát. Điều chỉnh máy phát sóng chuẩn tạo tín hiệu 20KHz, 100 mVp-p, hình sin. Quan sát tín hiệu này trên CH1 của oscilloscope. 4. Đ−a đầu đo CH2 của oscilloscope đến jack R-OUT. Quan sát tín hiệu trên CH2 của oscilloscope và điều chỉnh núm GAIN của khối ANALOG RECEIVER để tín hiệu ra tại R-OUT là 2 Vp-p. 5. Đo góc pha θ giữa các tín hiệu trên CH1 và trên CH2. θ = 6. Tụ nào dẫn tín hiệu AC vào mạch ra của bộ thu t−ơng tự ? a. 47àF b. 330pF Trở 100Ω và tụ 330pF tạo thành một bôl lọc thông thấp để gạt bỏ các thành phần tần số cao hơn băng thông thiết kế của bộ thu ANALOG RECEIVER. 166
Tải hiệu dụng của trở 2.2 KΩ cũng ảnh h−ởng đến băng thông của mạch. 7. Mức điện áp một chiều nào tại đầu vào của bộ khuếch đại ? a. Tùy thuộc vào điện áp nguồn b. Giống tín hiệu gốc (từ máy phát sóng chuẩn) c. 0 VDC d. Không phải các điều trên. 8. Ngắt máy phát sóng chuẩn. 9. Đầu ra của bộ khuếch đại (quan sát trên CH2) có điện áp ra gần 0 VDC? a. Đúng b. Sai 10. Nối lại máy phát sóng chuẩn vào jack R-IN và đo hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại, bỏ qua sự lệch pha. AV = VOUT/VIN = Để bù suy hao công suất hệ thống, hệ số khuếch đại của bộ thu t−ơng tự đ−ợc điều chỉnh trong khoảng 5ữ200 Tiếp theo chúng ta tìm hiểu về mạch ra của bộ thu số. 11. Tắt nguồn tấm đế tr−ớc khi chuyển các cầu nối trên khối POWER SUPPLY về vị trí DIGITAL. Sau khi đặt xong các cầu nối này, bật cấp nguồn trở lại cho tấm đế. 12. Nối máy phát sóng chuẩn (Signal Generator) đến jack D-IN. Đ−a đầu đo CH1 của oscilloscope đến D-IN để quan sát tín hiệu từ máy phát. Điều chỉnh máy phát sóng chuẩn tạo tín hiệu 20KHz, 100 mVp-p, hình sin. Quan sát tín hiệu này trên CH1 của oscilloscope. 13. Đ−a đầu đo CH2 của oscilloscope đến jack D-OUT. 14. Đo điện áp của mức logic cao tại đầu ra D-OUT (trên CH2). D-OUT = V 167
15. Đo điện áp của mức logic thấp tại đầu ra D-OUT (trên CH2). D-OUT = V 16. Ngắt máy phát sóng chuẩn. Sử dụng dây nối để đấu jack D-IN với đất (GND). 17. C−ỡng bức đầu ra của bộ thu số (DIGITAL RECEIVER) ở mức thấp bằng cách nối đất DATA OUT để kiểm tra 18. Điện áp ra của bộ so sánh (trên IC LM360) là 0.25V. Sử dụng công thức bộ chia áp để tính điện áp trên đầu vào không đảo (VIN+) VIN+ = 250 mV/16 = 15.6 mV 19. Điện áp trên đầu ra đảo của bộ so sánh (trên IC LM360) là 3.5V. Hãy tính điện áp trên đầu vào đảo của bộ so sánh (VIN-) VIN- = 3500 mV/16 = 220 mV 20. Chênh lệch điện áp giữa các đầu vào của bộ so sánh theo tính toán là: VDIFF = VIN+ - VIN- = 15.6 – 220 = - 203 mV 21. Sử dụng đồng hồ để đo chênh lệch điện áp giữa các đầu vào của bộ so sánh trên các trở 1KΩ VDIFF = mV 168
22. Nếu bộ so sánh chuyển từ mức thấp sang mức cao thì điện áp một chiều thay đổi từ –203 mV sang 203 mV. Điện áp phản hồi (VDIFF) thay đổi cùng chiều với điện áp ra của bộ so sánh? a. Đúng b. Sai ™ Phản hồi d−ơng làm bộ so sánh có hiện t−ợng trễ. ™ Đầu vào của bộ so sánh cần v−ợt quá 203 mV của mức trễ để chuyển trạng thái đầu ra. ™ Tạp âm hệ thống thấp hơn mức trễ sẽ bị gạt. - Tín hiệu AC ghép tại các đầu vào loại bỏ thành phần một chiều, làm cho bộ so sánh không cảm nhận trôi mức DC. S−ờn lên và s−ờn xuống chứa thành phần thay đổi (AC), đ−ợc truyền qua các tụ ghép, làm chuyển trạng thái của bộ so sánh. - Bộ so sánh tách các thay đổi (chuyển trạng thái) và chốt sang trạng thái mới. 23. Tại sao đầu ra không đảo của bộ tiền khuếch đại điều khiển đầu vào đảo của bộ so sánh? a. Cung cấp trễ mức (quán tính) b. Tăng các mức DC c. Để đảo các mức ra của bộ so sánh. 24. Tháo cầu nối giữa D-IN (CH1) và đất. Nối máy phát sóng chuẩn (GEN) tới jack D-IN và nối CH2 của oscilloscope tới trở R27. 169
25. Điều chỉnh máy phát sóng chuẩn tạo tín hiệu 20KHz, 100 mVp-p, hình sin. Quan sát tín hiệu này trên CH1 của oscilloscope. Chú ý: Đầu ra của bộ tiền khuếch đại (CH2) bị xén (xung vuông). - Bộ lọc RC đ−ợc dùng để giới hạn băng thông của bộ khuếch đại và cải thiện khả năng chống nhiễu của hệ thống. - Trở 22Ω đặt hệ số khuếch đại cố định cho bộ tiền khuếch đại vi sai khoảng 200 - Bộ so sánh chuyển trạng thái khi điện áp chênh lệch đầu vào của nó thay đổi hơn 203mV - Bộ tiền khuếch đại làm giảm điện áp thay đổi yêu cầu để chuyển trạng thái của bộ so sánh và tăng độ nhạy của bộ DIGITAL RECEIVER. 26. Tính độ nhạy của mạch ra bộ thu: DVin=DVDIFF / AV = mV 27. Giả sử điện áp ra của bộ tiền khuếch đại không bị xén. Hãy tính sự thay đổi điện áp −ớc tính trên đầu vào vi sai của bộ so sánh với thay đổi mức 170
vào là DVin= 100 mV DVDIFF = DVin x AV 28. Có phải mức điện áp thực DVDIFF (CH2) lớn hơn so với mức yêu cầu (203 mV) để chuyển trạng thái của bộ so sánh không? a. Có b. Không 29. Đ−a đầu đo CH1 đến D-OUT và điều chỉnh CH1 về thang đo 2V/Div 30. Đầu ra cắt của bộ tiền khuếch đại (CH2) ảnh h−ởng bất lợi đến hoạt động của bộ thu DIGITAL RECEIVER? a. Đúng b. Sai 171
Tóm l−ợc: - Bộ lọc RC trong mạch thu giới hạn băng thông để cải thiện khả năng chống nhiễu. - Mạch ra của bộ thu ANALOG RECEIVER có khả năng điều chỉnh hệ số khuếch đại để bù các suy hao của hệ thống. - Các mạch đầu ra của bộ thu t−ơng tự (ANALOG RECEIVER) và bộ thu số (DIGITAL RECEIVER) đều đ−ợc ghép ac làm cho chúng không nhạy cảm với hiện t−ợng trôi mức dc. - Mạch ra của bộ thu số sử dụng bộ so sánh điện áp vi sai, kết hợp với trễ mức (ng−ỡng). - Bộ tiền khuếch đại làm tăng độ nhạy của mạch ra của bộ thu số (DIGITAL RECEIVER). 172
Các câu hỏi kiểm tra: 1. Những phần tử nào xác định giới hạn trên về tần số của mạch ra t−ơng tự này? a. 2.2KΩ và 47àF c. 5KΩ và 330pF b. 100Ω và 47àF d. 100Ω , 2.2KΩ và 330pF 2. Tại sao hệ số khuếch đại của mạch ra của bộ thu t−ơng tự (ANALOG RECEIVER) lại cần phải điều chỉnh đ−ợc? a. Cải thiện khả năng chống ồn b. Bù các suy hao công suất hệ thống c. Đảm bảo phối hợp mức logic d. Tăng năng l−ợng quang Φe của seri 7400 3. Các trở 15KΩ có tác dụng gì? a. Giảm hệ số khuếch đại của bộ so sánh b. Phản hồi âm c. Ng−ỡng d. Ghép AC 4. Bộ khuếch đại MC1733 đ−ợc dùng với mục đích gì? a. Cung cấp ng−ỡng (Trễ mức) b. Giảm ồn c. Cải thiện độ nhạy d. Không phải các điều trên 5. Mục đích của mạch ra bộ thu là gì? a. Cung cấp đầu ra t−ơng thích với hệ thống. b. Chuyển đổi quang-điện c. Chuyển đổi điện-quang d. Cung cấp khả năng điều chỉnh. 173
Kiểm tra chung bài 4 1. Trong phần thu FOR, bộ tách quang là : a. Một bộ tách xung b. Không có tổn hao ghép c. Chuyển đổi quang-điện d. Có đầu ra tín hiệu điện 2. Một photodiode có công suất vào khoảng 5àW và dòng quang là 25 mA. Độ nhạy của diode đó là bao nhiêu? a. 125 mA.àW b. 20 mA-àW c. 5 mA/àW d. 0.2 àW/mA 3. Giảm băng thông của một bộ tách quang : a. Giảm độ rộng xung b. Tăng thời gian xuống c. Giảm thời gian lên d. Tăng suy hao ghép 4. Cho các tham số của bộ thu quang: Các tham số của bộ thu quang Tham số Min. Typ. Max. Độ nhạy Rp 5.1 mV/àW7 mV/àW 10.9 mV/àW NA t−ơng đ−ơng 0.35 Dia t−ơng đ−ơng 250àm Vo DC (Φe=0) 0.7 V Tạp âm VNO (Φe=0) 0.30 mVrms 0.36 mVrms Tính tạp âm nền cực đại trong bộ thu này: PN = VNO/Rp = àW a. 0.04àW b. 0.05àW c. 0.07àW d. 0.09àW 5. Tính suy hao lệch vùng lõi LOSSUI khi một sợi quang với Dia vùng lõi là 980 àm đ−ợc ghép đến một bộ thu FOR cho ở mục 4. LOSSUI = 20 lg(Dia1/Dia2) khi Dia1>Dia2 a. 11.9 dB b. 1.2 dB c. 5.9 dB d. 0 dB 6. Mạch ra của bộ thu đ−ợc dùng với mục đích gì? a. Cung cấp đầu ra phù hợp hệ thống. b. Phối hợp trở kháng c. Phối hợp mức d. Tất cả các điều trên. 175
7. Ghép AC trong mạch ra của bộ thu số làm cho: a. Ngăn ngừa sự nhận biết xung. b. Hạn chế đáp ứng tần số cao c. Loại trừ trôi mức DC d. Tất cả các điều trên. 8. Bộ tiền khuếch đại trong bộ thu số (DIGITAL RECEIVER) : a. Có đầu ra phối hợp với seri 7400. b. Tăng độ nhạy c. Tăng mức ng−ỡng d. Sử dụng phản hồi d−ơng 9. Bộ so sánh trong bộ thu số (DIGITAL RECEIVER) : a. Có đầu ra số. b. Sử dụng phản hồi d−ơng c. Cung cấp mức ng−ỡng d. Tất cả các điều trên 10. Tại sao các bộ lọc RC đ−ợc sử dụng tại đầu vào của các mạch ra trong các bộ thu : a. Tạo ng−ỡng. b. Tăng băng thông c. Giảm ồn d. Tăng hệ số khuếch đại. 176
Bài 5 các hệ thống thông tin quang. Mục đích: - Tìm hiểu các phép đo, kiểm tra trên các hệ thống thông tin quang. - Tính toán dự trữ năng l−ợng quang cho một liên kết sợi quang. Bạn sẽ kiểm định các kết quả của bạn bằng các dụng cụ đo nh− oscilloscope, đồng hồ, và các theo dõi trực tiếp. Kiến thức cơ bản: Trong chi tiêu ngân quỹ của gia đình bạn, bạn th−ờng bắt đầu bằng việc thống kê l−ơng và các nguồn thu nhập khác của gia đình bạn, và sau đó trừ các chi phí nh− các khoản thuê m−ớn, các nhu yếu phẩm, các tiện nghi sinh hoạt. Nếu các chi tiêu của bạn lớn hơn các khoản thu nhập, thì ngân quỹ sẽ bị thâm hụt, và bạn cần tiến hành các điều chỉnh t−ơng ứng. Lý t−ởng là khi các khoản thu nhập của bạn lớn hơn các khoản chi tiêu. Trong tr−ờng hợp đó, bạn sẽ có tích lũy v−ợt trội cho mục đích an toàn hoặc sử dụng cho các mục đích xa xỉ, đầu t−, sửa chữa nhà cửa, cải thiện điều kiện sống, Cũng t−ơng tự nh− vậy, ng−ời thiết kế sử dụng một quỹ công suất quang để cân đối với tổng công suất quang sử dụng cho hệ thống sợi quang (thu nhập đối lập với tổng chi phí bởi các thành phần của hệ thống). Trong một liên kết quang điển hình, một bộ phát có thể đ−ợc nối đến một bộ thu thông qua hàng loạt các cáp sợi quang đ−ợc mắc nối tiếp nhau. Có một suy hao công suất quang t−ơng ứng với từng phần của liên kết đó. Ví dụ connector thứ nhất có suy hao L1, tiếp đó là đoạn cáp có suy hao L2, và tiếp tục nh− thế. Công suất ra của bộ phát POUT trừ tổng suy hao hệ thống L1, L2, L3, phần còn lại (hiệu) PIN cần lớn hơn hoặc bằng công suất tối thiểu PIN min yêu cầu bởi bộ thu để đủ khả năng tái chuyển đổi tín hiệu quang. Mức công suất tối thiểu là Ng−ỡng thụ cảm của bộ thu. Hình sau chỉ ra 2 ví dụ về suy hao công suất. Ví dụ A, Phần công suất phụ 177
còn lại (so với mức PIN min) sau khi tất cả các suy hao đã đ−ợc trừ từ công suất ra của bộ phát. Phần này đ−ợc gọi là dự trữ công suất quang OPM. Trong ví dụ B, các suy hao đủ lớn, v−ợt quá công suất đầu vào thu tối thiểu (PIN min). Trong tr−ờng hợp này bạn cần tiến hành các điều chỉnh cần thiết để quỹ công suất quang không bị thâm hụt. 1. Bạn cần tiến hành các điều chỉnh nào để giúp hệ thống giữ trong quỹ công suất quang? a. Tăng công suất phát b. Chọn bộ thu có Ng−ỡng thụ cảm tốt hơn c. Giới hạn số cáp và connector d. Tất cả các điều trên. từ liên kết quang Một kiểu quỹ khác liên quan đến các hệ thống thông tin quang đó là quỹ thời gian lên. Tất cả các thành phần của liên kết quang phải hoạt động với tốc độ đủ nhanh để thỏa mãn yêu cầu về băng thông của ứng dụng. Các connector, các mối ghép, các bộ ghép th−ờng không ảnh h−ởng đến tốc độ của hệ thống. Vì thế, quỹ thời gian lên chỉ liên quan đến bộ phát (Transmitter), bộ thu (Receiver) và sợi quang (Fiber). Thời gian lên của hệ thống đ−ợc tính bằng căn bậc hai tổng bình ph−ơng của từng thời gian lên thành phần và nhân với 1.1 để cho phép 10% các yếu tố mất phẩm chất của các phần tử: 2. Ví dụ, một hệ thống có thời gian lên là 17,5ns. Bộ thu có thời gian lên là 10ns và sợi có thời gian lên là 1.75ns. Hãy tính thời gian lên yêu cầu của bộ phát? tr(Trans) = ns L−u ý: Không sử dụng hệ số 1.1 khi giải đối với từng thời gian lên thành phần. Hệ số này chỉ dùng để dự phòng sự mất phẩm chất đối với toàn bộ hệ thống. 178
Các khái niệm và từ mới: Quỹ công suất quang Optical Power Budget : Một quỹ mà nó đảm bảo công suất quang tại đầu thu đủ để thực hiện việc liên lạc. Chênh lệch giữa công suất cực tiểu của bộ phát với Ng−ỡng thụ cảm của bộ thu. Dự trữ công suất quang Optical Power Margin : Chênh lệch giữa công suất quang của bộ phát, sau khi đã trừ các suy hao của các thành phần hệ thống, với Ng−ỡng thụ cảm của bộ thu. Quỹ thời gian lên- Rise Time Budget- Một dự trữ mà nó đảm bảo rằng thời gian lên của toàn bộ các thành phần trong một mối liên kết sợi quang đáp ứng yêu cầu dịch vụ. Độ nhạy của bộ thu Receiver sensitivity – Một tham số của tín hiệu quang yếu nhất mà bộ thu có thể thu đ−ợc khi đảm bảo tái tạo tín hiệu khả dụng, có thể biểu diễn bằng đơn vị àW hoặc dBm. Hệ số biến đổi Responsivity- tỷ lệ tín hiệu ra của photodiode với công suất quang đầu vào. Khoảng động Dinamic Range – Hiệu giữa các mức công suất max và min hiệu quả. 179
Các thiết bị và dụng cụ cần dùng cho bài thí nghiệm: - Tấm đế FACET - Bảng mạch FIBER OPTIC COMMUNICATIONS - Nguồn 15Vdc (Nếu cần) - Đồng hồ vạn năng - Oscilloscope hai tia - Máy phát sóng chuẩn, sine. 180
Bài tập 5-1: Quỹ công suất quang Optical Power Budget Mục đích: Tìm hiểu về quỹ công suất quang áp dụng cho một liên kết sợi quang trên bảng mạch. Bạn có thể kiểm nghiệm kết quả bằng các thiết bị đo. Thuyết minh: Mỗi bộ phát (Transmitter) cho ra một tổng công suất quang cụ thể đ−a vào liên kết sợi quang. Tín hiệu quang đ−ợc truyền đến bộ thu (Receiver) thông qua các sợi quang và các mối ghép. Suy hao có thể xảy ra tại các điểm khác nhau dọc theo đ−ờng truyền của liên kết quang đó. Mối điểm ghép (nguồn quang-sợi quang, sợi quang-sợi quang, sợi quang-bộ tách quang) có thể là nguồn gốc của hàng loạt các kiểu suy hao công suất. Bản thân cơ cấu ghép gây ra suy hao công suất. Các suy hao phụ có thể là hậu quả của sự lệch khẩu độ số, lệch vùng ghép nếu nh− sử dụng các kiểu cáp khác nhau. Các sợi quang cùng góp phần làm suy hao công suất. Mọi sợi quang đều có suy hao là hàm phụ thuộc vào độ dài và thành phần sợi quang đó. Đối với các nguyên nhân đó, cần dùng thủ tục chung để tính quỹ công suất quang OPB đối với hệ thống cho tr−ớc bất kỳ. Tín hiệu khả dụng là tín hiệu mà nó đảm bảo tỷ số tín/tạp (S/N) sao cho tỷ lệ lỗi bít BER tạo ra có thể chấp nhận đ−ợc. Hình vẽ này cho thấy một ví dụ đơn giản về các suy hao công suất quang trải dọc theo tuyến liên kết thông tin quang. 181
Tại mỗi điểm ghép nối suy hao công suất là một hàm nhảy bậc. 1. Có thể kể ra những suy hao gì tại các điểm ghép nối? a. Lệch khẩu độ số (NA mismatch). b. Lệch vùng (Area mismatch) c. Cơ cấu ghép (Connector mechanics) d. Tất cả các nguyên nhân trên. Đối với mỗi sợi quang, công suất nh− một đ−ờng dốc đi xuống, trong khi suy hao sợi quang là một hàm tăng theo chiều dài của sợi. Trong tr−ờng hợp lý t−ởng, công suất phát tối thiểu, sau khi trừ đi các suy hao của các phần tử hệ thống, vẫn lớn hơn công suất tối thiểu mà bộ thu yêu cầu (Ng−ỡng thụ cảm bộ thu). Độ chênh lệch giữa hai mức này chính là Dự trữ công suất quang (OPM- Optical Power Margin). Thông th−ờng dự trữ đó khoảng từ 3 đến 6 dB đảm bảo công suất đủ lớn khả dụng tại đầu thu để tái tạo lại tín hiệu thực trong điều kiện xấu nhất. Hình vẽ cũng chỉ ra các giá trị dB để biểu diễn ví dụ bằng các con số. Mức phát tối thiểu –10 dBm và ng−ỡng thụ cảm cực đại của bộ thu là -30dBm. Suy hao tại mỗi mối ghép là 1dB. Giả sử rằng cả hai sợi quang đều là sợi quang thủy tinh 62.5àm và có suy hao 3dB/Km, chiều dài mỗi sợi là 2Km, suy hao trên mỗi sợi sẽ là 6dB. Công suất thu đ−ợc tại đầu thu là: (-10dBm) – 1dB – 6dB – 1dB – 6dB – 1dB = -25dBm 2. Với công suất thu tại đầu thu nh− trên và ng−ỡng cảm thụ của bộ thu (-30dBm). Hãy tính Dự trữ công suất quang của hệ thống này. OPM = dB 3. Dự trữ công suất quang tính đ−ợc có ý nghĩa gì? a. Hệ thống bị thâm hụt công suất quang. b. Hệ thống trong khoảng dự trữ công suất quang. 182
Các b−ớc Thực hành: / Trong quy trình này bạn sẽ: - Sử dụng tín hiệu 1MHz, dạng xung vuông cho liên kết quang số. - Đo công suất ra của tín hiệu truyền qua cáp sợi quang thủy tinh 1m. 1. Tắt nguồn tấm đế tr−ớc khi chuyển các cầu nối trên khối POWER SUPPLY về vị trí DIGITAL. Sau khi đặt xong các cầu nối này, bật cấp nguồn trở lại cho tấm đế. 2. Dùng các cầu nối 3 vị trí để định hình chế độ số (DIGITAL) cho cả khối phát FIBER OPTIC TRANSMITTER và khối thu FIBER OPTIC RECEIVER. 3. Nối một đầu dây nối màu đen tới chân TP1-CLK trên khối RS-232 INTERFACE. Gắn một đầu cắm (hook-tip probe) vào đầu còn lại của dây nối đó và cắm đầu cắm đó vào jack DATA IN trên khối DIGITAL TRANSMITTER. 4. Đ−a đầu đo CH1 của oscilloscope đến jack D-OUT trên khối DIGITAL TRANSMITTER. 5. Đo tần số của tín hiệu D-OUT. fCLK = MHz 183
6. Nối đầu ra của bộ phát FOT với đầu vào bộ thu FOR dùng cáp sợi quang thủy tinh 1m kết cuối bằng các connector kiểu ST. Tránh để cáp bị cong, soắn mà chúng có thể gây ra các suy hao phụ. Trong các b−ớc tiếp sau bạn sẽ bắt đầu xác định quỹ công suất quang bằng việc xác định ng−ỡng thụ cảm của bộ thu FOR trên bảng mạch. Tham số Ký hiệu Min. Typ. Max. Unit Công suất tạp âm quang đầu vào -43.7 -40.3 dBm P t−ơng đ−ơng (rms) N 0.042 0.094 àW Phần này của mảng dữ liệu bộ thu chỉ ra giá trị rms của công suất tạp âm quang đầu vào t−ơng đ−ơng PN. PN chỉ ra tổng tạp âm trên toàn băng thông thu. Nó dùng để biểu diễn biên độ của tạp âm nội t−ơng đ−ơng tạp âm quang đầu vào theo dBm thay cho cách biểu diễn cũ rms. Nếu công suất quang đỉnh-đến-đỉnh (p-p) đầu vào thu đ−ợc bằng PN, thì tỷ số đỉnh-đến-rms S/N là 1. Tăng công suất quang sẽ làm tăng S/N. Để đảm bảo tỷ lệ lỗi bít tốt hơn 10-9 thì công suất quang đỉnh-đến-đỉnh đầu vào cần ít nhất 12 lần lớn hơn công suất tạp âm rms t−ơng đ−ơng (PR>12PN). Bạn có thể chuyển đổi quan hệ này theo đơn vị dB bằng cách sử dụng biểu thức sau: 10 lg(PR(àW)/PN(àW)) = 10 lg(12PN/PN) = 10 lg12 = 11dB Điều này có nghĩa là, công suất quang đầu vào cần ít nhất 11dB lớn hơn công suất quang t−ơng đ−ơng của tạp âm đầu vào để đạt BER khoảng10-9. Kết quả này giúp ta tìm ng−ỡng thụ cảm của phần thu quang (bộ thu) 184
7. Trong tr−ờng hợp xấu nhất, công suất quang t−ơng đ−ơng của tạp âm đầu vào của bộ thu là -40.3dBm. Hãy tìm ng−ỡng thụ cảm của bộ thu Ng−ỡng thụ cảm = tạp âm + 11dB = -40.3dBm + 11dB =-29.3dBm 8. Chuyển Ng−ỡng thụ cảm của bộ thu theo đơn vị àW Ng−ỡng thụ cảm = 10(dBm +3) = àW Hình vẽ chỉ ra quan hệ của tạp âm thu và ng−ỡng thụ cảm của bộ thu, trên cơ sở đó tính toán quỹ công suất quang. Các b−ớc tiếp theo xác định dự trữ công suất quang OPM bằng việc xác định công suất ra tối thiểu PRmin của bộ phát trên bảng mạch. Phần này của dữ liệu bộ phát gắn liền với sợi quang thủy tinh 1m 62.5/125àm mà bạn đã dùng trong bảng mạch. Các tham số điện/quang Công suất ra đỉnh đo tại đầu ra cáp 1m 9. Đây là một phần dữ liệu bộ phát liên quan đến sợi quang thủy tinh 62.5/125àm mà bạn đã dùng trong bảng mạch. Công suất ra của bộ phát đ−ợc cho tại các dòng tải 60mA và 100mA. Công suất ra tối thiểu của bộ phát là bao nhiêu khi dòng tải 60mA? a. –14dBm b. -16dBm c. –17.5dBm d. -19dBm 10. Tính công suất t−ơng đ−ơng –19dBm theo àW [Pmin(dBm)/10 +3] [-19/10 +3] Pmin (60mA) = 10 = 10 = 12.6àW 185
11. Bộ phát trên bảng mạch hoạt động ở dòng cực tiểu 35mA. Để tìm công suất tối thiểu tại 35mA, hãy nhân công suất tối thiểu tính đ−ợc ở 60mA với thừa số 35/60. Pmin (35mA) = Pmin (60mA) x 35/60=12.6 x 35/60=7,34àW 12. Tính công suất t−ơng đ−ơng Pmin (35mA) theo dBm Pmin (35mA) = 10 lg(Pmin (35mA)/1mW) =110 lg(7.34/1000)= -21.3 dBm Sử dụng ph−ơng pháp tính nh− trên, dựa vào Pmax(60mA) xác định đ−ợc công suất cực đại tại dòng 35mA Pmax(35mA) là 23.4àW hay –16.3dBm. Các mức công suất Pmin(35mA), Pmax(35mA) tìm đ−ợc theo cả hai đơn vị àW và dBm đ−ợc thêm vào bảng tham số bộ phát. L−u ý rằng, các mức công suất của bộ phát giả định rằng bộ phát đ−ợc ghép với sợi quang thủy tinh 1m. Khi bạn nối cáp 1m, thì điều đó có nghĩa rằng tất cả các suy hao nguồn quang-sợi quang, suy hao cáp đã đ−ợc tính cho tới kết nối thu. 13. Bộ thu có một cổng quang đ−ờng kính 250àm. Sẽ không có suy hao lệch vùng LOSSUI tại đầu thu, bởi vì ánh sáng đi từ: a. Một đ−ờng kính nhỏ sang đ−ờng kính lớn hơn. b. Một đ−ờng kính lớn sang đ−ờng kính nhỏ hơn. Khẩu độ số NA=0.35 đối với bộ thu và NA= 0.275 của sợi quang, vì thế suy hao do lệch khẩu độ số cũng không xảy ra vì ánh sáng đi từ sợi quang có NA thấp hơn sang bộ thu có NA cao hơn. Suy hao công suất quang đối với mối ghép sợi quang-bộ tách quang bị giới hạn 1 dB dự trữ cho suy hao phụ do connector. 186
Bạn đã xác định rằng công suất phát cực tiểu là -21.3dBm, trừ 1dB do suy hao tại mối ghép sợi quang-bộ tách quang, còn lại -22.3dBm là công suất ra của bộ phát. Suy hao khác cần đ−ợc xem xét đó là sự biến chất của nguồn quang theo thời gian. Thông th−ờng dự phòng cho lý do này là 3dB. Nh− thế còn lại -25.2dBm. 14. Tính l−ợng dự trữ công suất quang: OPM = Một ứng dụng thực tế của các tính toán quỹ công suất hệ thống là việc xác định số sợi quang cực đại mà bạn có thể thêm vào tr−ớc khi quỹ công suất quang bị hụt quá ng−ỡng. Nếu bạn thêm một sợi quang thủy tinh thứ hai và giữa đoạn cáp sợi quang thủy tinh 1m và bộ thu thì connector sẽ gây ra suy hao phụ là 1dB, vì thế suy 187
hao cực đại cho phép cáp sợi quang thêm vào có thể gây ra là 3dB (4-1)dB. 15. Nếu độ tiêu hao của sợi quang thủy tinh là 3dB/Km thì đoạn cáp thêm vào có thể có độ dài cực đại là bao nhiêu, nếu suy hao cực đại cho phép cáp sợi quang thêm vào có thể gây ra chỉ là 3dB? Lmax = Suy hao max/suy hao theo km = 3dB/(3dB/km) = 1Km Bạn cũng có thể dùng ph−ơng pháp tính toán này để tính độ dài cực đại cho phép của các loại cáp và số connector cực đại của một liên kết quang từ các tham số cho tr−ớc của bộ phát và bộ thu. Trong các b−ớc trên, bạn đã tính dự trữ công suất quang OPM cho tr−ờng hợp xấu nhất của công suất ra bộ phát và tr−ờng hợp xấu nhất của tạp âm trên đầu vào bộ thu. Bạn có thể tính dự trữ OPM thực tế đối với hệ thống trên bảng mạch bằng cách đo sự bất ổn định đầu ra bộ thu (out swing) và áp dụng với tr−ờng hợp xấu nhất của điện áp tạp âm ra bộ thu. Tham số Ký Min. Typ. Max Unit Điều kiện hiệu o điện áp tạp 0.30 0.36 TA= 25 C PR=0àW VNO mV âm ra rms 0.43 PR=0àW Dữ liệu bộ thu trên đây cho thấy, điện áp tạp âm ra rms cực đại là 0.43mV. Để BER là 10-9 thì giá trị đỉnh cần ít nhất là 11dB cao hơn mức tạp âm hoặc 12 lần cao hơn điện áp tạp âm ra Ng−ỡng cảm thụ (BER=10-9) = 12 x 0.43mV = 5.16 mV Ng−ỡng cảm thụ đ−ợc biểu diễn theo mV và đ−ợc sử dụng trong tính toán dự trữ công suất thực tế. Suy hao connector Công suất phát Pin (thu) dBm dB dBm àW Max -16.3 1 -17.3 18.6 Min -21.3 1 -22.3 5.9 Công suất đầu vào bộ thu đối với liên kết đ−ợc nối trên bảng mạch bằng công suất bộ phát trừ đi 1dB do suy hao connector . Giá trị của công suất đầu vào bộ thu theo àW đ−ợc ghi trong cột cuối. Bạn có thể xác định biến động của đầu ra bộ thu bằng cách nhân công suất vào với độ nhạy. 16. Tính biên độ cực đại trên đầu ra bộ thu: Vo max = mV 188
Công suất Suy hao Pin (Bộ thu) Vo (Bộ thu), mV bộ phát connector dBm àW Max -16.3 dBm 1dB -17.3 18.6 228.8 Min -21.3 dBm 1dB -22.3 5.9 27.1 Sử dụng ph−ơng pháp trên, điện áp ra nhỏ nhất là khoảng 27.1mV, Các điện áp ra cực đại và cực tiểu của bộ thu đ−ợc đ−a vào cột cuối cùng. 17. Chuyển đầu đo CH1 của oscilloscope đến đầu ra bộ thu, jack d-iN. 18. Đo điện áp ra bộ thu: Vo = mVp-p 19. Giá trị đo đ−ợc 130 mV có nằm trong khoảng min-max đã định không? a. Có b. Không L−u ý, các giá trị chuẩn cho để định h−ớng bạn tại mụcnày và các mục tiếp theo. Tuy nhiên, các tính toán phải dựa vào các giá trị thực đo đ−ợc trong quá trình thực hiện các b−ớc. Bạn có thể xác định dự trữ công suất quang nhỏ nhất sử dụng tỉ số điện áp đầu ra thu và ng−ỡng thụ cảm tín hiệu theo mV. 20. Tính dự trữ công suất quang nhỏ nhất: OPMmin= 10 lg(Vo(min)/Sensitivity)= dB = 10 lg(27.1mV/5.16mV)= 7.2dB Tính đến độ biến chất của Led thì OPMmin = 4.2dBm 189
21. Dự trữ công suất quang trên cơ sở đo điện áp ra là bao nhiêu? OPMđo= dB 22. Bạn có kết luận gì từ Dự trữ công suất quang thực tế? a. Hệ thống trong tình trạngcó dự trữ b. Hệ thống trong tình trạng thâm hụt công suất. Trong phần tiếp sau, bạn sẽ nối thêm một đoạn sợi quang vào giữa sợi quang thủy tinh và bộ thu. Bạn sẽ sử dụng các tính toán cho sợi quang 1m để so sánh. Trong phần này bạn sẽ đo tín hiệu ra bộ thu trong liên kết quang mà nó sử dụng cáp sợi quang thủy tinh 1m nối với cáp sợi quang thủy tinh 5m. Bạn sẽ tìm hiểu về ảnh h−ởng suy hao connector và các suy hao cáp trên quỹ công suất quang hệ thống. 23. Tháo connector ST đầu sợi quang khỏi bộ thu. Dùng một ống ghép, nối thêm một cáp sợi quang thủy tinh 5m vào giữa cáp thủy tinh 1m và bộ thu nh− trên hình vẽ. Hãy đảm bảo để không tạo thành các đoạn cong hoặc soắn cáp, tránh gây suy hao uốn cong quá giới hạn. 24. Đo điện áp ra bộ thu: Vo = mVp-p Cáp Điện áp ra bộ thu Vo 1m sợi quang thủy tinh Vo 1m.G= mV 1m + 5m sợi quang thủy tinh Vo 1m.G+5m.G= mV 190
25. Tính sự khác nhau về công suất giữa 2 cấu hình cáp bằng cách dùng tỉ số công suất giữa hai điện áp thu đầu ra: dP(dB) = 10 lg(Vo 1m.G/ Vo 1m.G+5m.G) = dB Suy hao connector = 1dB, Suy hao sợi = 3dB/Km 26. Suy hao công suất mà bạn tìm đ−ợc là do 5m cáp và mối ghép quang thêm vào. Thành phần nào gây suy hao công suất lớn hơn? a. Connector b. Sợi quang Dự trữ công suất quang mà bạn đã tìm đ−ợc là hiệu của công suất bộ phát trừ bỏ suy hao connector, suy hao do 1m sợi quang thủy tinh và sự mất phẩm chất của Led. Khi thêm vào đoạn cáp thứ hai và connector, thì suy hao tổng của chúng không thể v−ợt quá Dự trữ công suất quang OPM. Giả sử mối ghép (connector) đ−ợc coi nh− một suy hao 1dB, thì phần suy hao còn lại đ−ợc quy cho cáp (suy hao do sợi). 27. Nếu cáp sợi quang thủy tinh có độ suy hao 3dB/Km, độ dài cáp sẽ là bao nhiêu để suy hao tổng là 10.0dB? Lmax = (10dB – 1dB)/(3dB/Km) = Km Phần tiếp sau, bạn sẽ đo đầu ra bộ thu của một liên kết quang mà trong đó sợi quang thủy tinh 1m đ−ợc nối với một sợi quang chất dẻo. Bạn sẽ đ−ợc thấy ảnh h−ởng suy hao connector và suy hao cáp trong quỹ công suất quang. 191
28. Tháo bỏ đoạn cáp thủy tinh 5m. Nối thay vào đó là một đoạn cáp sợi quang chất dẻo (sợi quang nhựa) 1m. Hãy đảm bảo để không tạo thành các đoạn cong hoặc soắn cáp, tránh gây suy hao uốn cong quá giới hạn. 29. Đo điện áp ra bộ thu: Vo = mVp-p Chú ý: Nếu bạn gặp khó khăn khi đo tín hiệu này, h∙y giả định một giá trị tín hiệu khoảng 5mVp-p Cáp Điện áp ra bộ thu Vo 1m sợi quang thủy tinh Vo 1m.G= mV 1m sợi thủy tinh + 5m sợi thủy tinh Vo 1m.G+5m.G= mV 1m sợi thủy tinh + 1m sợi nhựa Vo 1m.G+1m.P= mV 30. Tính sự khác nhau về công suất giữa 2 cấu hình cáp bằng các dùng tỉ số công suất giữa hai điện áp thu đầu ra: dP(dB) = 10 lg(Vo 1m.G/ Vo 1m.G+1m.P) = dB Cáp Điện áp ra bộ thu Vo dP(dB) 1m sợi quang thủy tinh Vo 1m.G= mV 1m sợi thủy tinh + 5m sợi thủy tinh Vo 1m.G+5m.G= mV 1m sợi thủy tinh + 1m sợi nhựa Vo 1m.G+1m.P= mV Ghi các giá trị điện áp ra bộ thu. Xác định các chênh lệch công suất của các cấu hình cáp khác nhau và ghi các giá trị đó vào bảng. Lấy hiệu của giá trị dP1m.G+1m.P và giá trị dP1m.G+5m.G để tìm chênh lệch do thay thế 5m sợi quang thủy tinh bằng 1 m sợi quang chất dẻo. Nếu giá trị này lớn hơn Dự trữ công suất quang OPM (11dB) thì bạn có thể kết luận rằng quỹ công suất đã bị hụt khi thay vào 1m cáp nhựa. Mặc dù bạn đã có thể đo một mức điện áp ra thấp tại đầu ra bộ thu, tuy thế nó không đủ mạnh để đảm bảo một tỉ lệ lỗi bít BER khoảng 10-9 192
Có hàng loạt các yếu tố có thể gây suy hao công suất đáng kể khi sử dụng cáp quang chất dẻo. Để xác định yếu tố nào gây suy hao lớn nhất, bạn có thể bắt đầu bằng việc tính suy hao sợi. Độ suy hao sợi của cáp nhựa là 200dB/Km 31. Tính suy hao sợi do 1m cáp nhựa gây ra LOSSFiber = 0.001 x 200 = 0.2 dB Bạn đã có thể kết luận rằng suy hao sợi là không đáng kể. Các yếu tố khác có thể gây suy hao là lệch vùng lõi, lệch khẩu độ số. 32. So sánh khẩu độ số và đ−ờng kính lõi của cáp nhựa và bộ thu. Điều gì gây suy hao công suất lớn hơn? Bảng một vài tham số của cáp nhựa và bộ thu Cáp nhựa Bộ thu NA = 0.46 NA = 0.35 Dia = 980àm Dia = 250àm a. Do lệch khẩu độ số b. Do lệch vùng lõi Kiểu suy hao dB Lệch khẩu độ số -2.37 Lệch vùng lõi -11.87 Suy hao sợi -0.2 Bạn đã có thể thấy qua bảng trên rằng, ghép lệch vùng lõi là nguyên nhân gây suy hao đáng kể nhất làm hụt quỹ công suất quang của liên kết khi sử dụng đoạn cáp sợi quang nhựa. 193
Các kết luận: 1. Quỹ công suất quang OPB- Optical Power Budget xác định khả năng còn lại bao nhiêu công suất sau khi đã trừ các suy hao hệ thống từ công suất bộ phát. 2. Dự trữ công suất quang OPM- Optical Power Margin là chênh lệch giữa công suất bộ phát, trừ bỏ các suy hao hệ thống với ng−ỡng cảm thụ. 3. Bạn có thể dùng OPM để tính độ dài cáp cực đại hoặc số connector có thể đ−a vào hệ thống trong giới hạn quỹ công suất cho tr−ớc. 4. Quỹ thời gian lên Rise-time Budget đảm bảo rằng tất cả các phần tử trong hệ thống sợi quang hoạt động đủ nhanh để đáp ứng các yêu cầu băng thông của ứng dụng. 194
Các câu hỏi kiểm tra: 1. Để xác định Quỹ công suất của một hệ thống bạn cần tính đối với toàn bộ các suy hao công suất từ : a. Các connector b. Suy hao sợi c. Lệch khẩu độ số và kích th−ớc vùng lõi d. Tất cả các điều trên 2. Dự trữ công suất quang là chênh lệch giữa công suất có thể của bộ phát sau khi đã loại bỏ các suy hao và: a. Độ nhạy bộ thu b. Ng−ỡng cảm thụ của bộ thu c. Độ mất phảm chất của Led d. Suy hao lệch sợi-bộ tách 3. Một ng−ời thiết kế sử dụng gì để chắc chắn rằng các thành phần của hệ thống quang hoạt động đủ nhanh đáp ứng các yêu cầu của một ứng dụng? a. Định luật Ôm b. Quỹ công suất quang c. Quỹ tần số d. Quỹ thời gian lên 4. Một bộ phát đ−ợc nối với một bộ thu qua 1500m cáp sợi quang thủy tinh, kết cuối hai đầu bằng các connector ST. Dự trữ công suất quang OPM là bao nhiêu? a. 2.8dB b. 9dB c. 12dB d. 11.5dB 5. Một hệ thống quang có dự trữ công suất quang OPM = 16dB. Tính độ dài cực đại của sợi quang nhựa có thể thêm vào tr−ớc khi tiếp xúc đến ng−ỡng cảm thụ của bộ thu? (Giả sử không thêm vào các connector)? a. 80m b. 80Km c. 12.5Km d. Không xác định. biết độ suy hao của sợi quang nhựa là 200dB/Km 195
Bài tập 5-2 Thiết bị đo kiểm cáp sợi quang. Mục đích: Tìm hiểu về thiết bị đo kiểm tra cáp sợi quang và kỹ thuật sử dụng Thuyết minh: Các thiết bị kiểm tra quang bao gồm: - Nguồn quang Fiber optic Light Source - Thiết bị đo công suất quang Fiber optic Power Meter nguồn quang thiết bị đo công suất quang fiber-optic light source fiber-optic Power Meter - Thiết bị đo phản xạ miền thời gian Optical Time- Domain Reflectometer Các nguồn quang bao gồm một bộ phát FOT, mạch điều khiển và nguồn cung cấp đơn giản (loại portable). Trên một vài khối, connector quang có thể thay đổi để cung cấp các ứng dụng khác nhau. 196
Bộ đo công suất quang bao gồm một bộ thu quang FOR, một mạch ra đã hiệu chuẩn, và một màn hiển thị số. Bộ thu quang FOR thu các tín hiệu quang từ sợi quang và chuyển thành tín hiệu điện. Mạch ra đo tín hiệu ra của bộ thu đối với b−ớc sóng đã chọn và đ−a ra tín hiệu thể hiện mức công suất quang đầu vào. Màn hiển thị số đ−a ra số đo công suất theo dBm hoặc àW. Trên một số Model connector quang có thể thay đổi để cung cấp các ứng dụng khác nhau. Nguồn quang và bộ đo quang có thể đ−ợc dùng để kiểm tra các cáp sợi quang và các connector. Thêm vào đó, bộ đo công suất quang còn có thể đ−ợc dùng để kiểm tra quỹ công suất bằng cách đo các mức công suất của hệ thống. 1. Công suất quang đ−ợc truyền qua cáp là bao nhiêu? a. -20.2àW b. -20.2dBm c. Không phải các điều trên 197
Thiết bị đo phản xạ miền thời gian Optical Time-Domain Reflectometer – OTDR hiển thị biên độ và thời gian của các phản xạ quang. Một OTDR bao gồm một bộ tách tia (Beam splitter), một bộ thu-phát quang, một mạch xung, một màn hiển thị. - Mạch xung (Pulse Circuit) phát ra các xung, chúng đ−ợc dùng để điều khiển bộ phát quang và đồng bộ dữ liệu trong hiển thị. Các xung này đ−ợc chuyển thành quang bởi bộ phát. Các xung quang truyền qua bộ tách chùm và đ−ợc ghép tới connector đầu ra. - Công suất quang phản xạ bởi các khiếm khuyết của sợi quang đ−ợc đ−a ng−ợc lại bộ thu và đ−ợc xử lý và đ−a ra màn hiển thị. 198
- trục Y trên OTDR cho thấy công suất phản xạ ng−ợc từ cáp. Trục X chỉ thị về thời gian. - Sử dụng chiết xuất khúc xạ hiệu dụng ηeff của sợi quang và tốc độ ánh sáng trong chân không (c=300 000Km/s) thì thời gian (t) có thể đ−ợc chuyển đổi thành khoảng cách D theo biểu thức: D = (c*t)/(2*ηeff) khi chiết xuất hiệu dụng ηeff của sợi quang đ−ợc đ−a vào OTDR thì tia X sẽ chỉ thị trực tiếp khoảng cách D 2. Mối ghép gây Phản xạ Fresnel cách bao xa dọc theo cáp? a. 35Km b. 3.5Km c. 3.5às d. Không phải các đáp án trên - Tất cả các sợi quang có khiếm khuyết phân bố. Các khiếm khuyết đó phản xạ một tỉ lệ ánh sáng cố định trở lại thiết bị đo OTDR. - Sợi quang gây suy hao ánh sáng tỷ lệ khoảng cách mà tia phản xạ đi qua. Độ nghiêng của đ−ờng OTDR thể hiện suy hao sợi theo dB/Km. 199
3. Suy hao sợi là bao nhiêu đối với độ dài này của cáp? a. 2dB/Km b. 1dB/Km c. 0.5 dB/Km d. Không phải các đáp án trên - Giống nh− nguồn quang và bộ đo công suất quang, thiết bị OTDR có thể đ−ợc dùng để đo suy hao quang cũng nh− nhận biết các sự cố cáp và connector. Các b−ớc thực hành: 1. Tắt nguồn tấm đế tr−ớc khi chuyển các cầu nối trên khối POWER SUPPLY về vị trí ANALOG. Sau khi đặt xong các cầu nối này, bật cấp nguồn trở lại cho tấm đế. 2. Thiết lập bộ phát FOT về chế độ hoạt động t−ơng tự bằng cách đặt các cầu nối hai cực CATHODE và ANODE về vị trí ANALOG. 3. Sử dụng cáp sợi quang thủy tinh 5m 62.5/125 nối bộ phát (FOT) với bộ thu (FOR). 200
Bạn cần thiết lập một phần của một liết kết thông tin sợi quang. 4. Bằng cách nào bạn có thể kiểm tra cáp sợi quang 5m để xem nó có trong khoảng đặc tr−ng kỹ thuật của nó hay không? a. Đo tín hiệu ra của cáp bằng một thiết bị đo công suất. b. Sử dụng một nguồn quang và thiết bị đo công suất để kiểm tra cáp. c. Thay thế bộ phát bằng một nguồn quang. Phototransistor và một Led hồng ngoại IRED đ−ợc dùng làm thiết bị thử để kiểm tra suy hao của cáp sợi quang. 5. Nối một cáp sợi quang thủy tinh 1m giữa Led hồng ngoại IRED và phototransistor. Đặt cầu nối RANGE về vị trí LO và nối đồng hồ đo giữa EMITTER và GND. 6. Ghi chỉ thị công suất quang t−ơng đ−ơng trên đồng hồ : 1m = V Để thực hiện phép đo bạn cần dùng một cáp thủy tinh 1m làm cáp ghép nối (cáp ra của bộ phát). Đó là một ph−ơng pháp thực tế, cần sử dụng cáp ngắn để nối nguồn quang tới cáp mà bạn muốn kiểm tra. Cáp ghép nối này đ−ợc sử dụng để loại trừ các suy hao ghép tại tiếp giáp nguồn quang-sợi quang. Sau đó nó có thể đ−ợc dùng để thiết lập điều nghiên tại thiết bị đo công suất quang tr−ớc khi cáp ghép đ−ợc nối đến cáp mà bạn muốn kiểm tra. 7. Dùng một ống ghép để nối cáp sợi quang thủy tinh 5m vào giữa cáp thủy tinh 201
1m và phototransistor. 8. Ghi chỉ thị công suất quang t−ơng đ−ơng trên đồng hồ : 1m+5m = V Tính toán tìm suy hao cáp phụ thuộc vào việc thiết bị đo công suất đ−ợc đặt ở chế độ đo nào. Nếu thiết bị đo công suất đặt ở chế độ đo dBm thì cần trừ số đo 1m từ kết quả đo 1m+5m. Nếu thiết bị đo công suất đặt ở chế độ đo àW hoặc t−ơng đ−ơng thì sử dụng công thức tính dB: LOSS = 10 lg(P1/P2) Vì phototransistor thực hiện phép đo công suất t−ơng đ−ơng nên bạn dùng công thức dB để tính suy hao. 9. Tính suy hao của mối ghép quang và của cáp 5m : LOSS = 10 lg(1m/1m+5m)= dB 202
Bạn đã xác định rằng cáp 5m và mối ghép quang giữa sợi quang 1m và sợi quang 5m gây ra suy hao trên. Bạn có thể kết luận rằng cáp sợi quang hoạt động bình th−ờng, bởi vì suy hao của nó nhỏ hơn 6dB, nằm trong khoảng của quỹ công suất hệ thống. Tiếp theo chúng ta dùng phototransistor nh− một thiết bị đo công suất quang để kiểm tra đầu ra của bộ phát FOT. 10. Dùng cáp thủy tinh 1m để nối bộ phát FOT tới phototransistor và đặt cầu nối RANGE về vị trí HI. 11. Dùng phototransistor để đo công suất t−ơng đ−ơng tại đầu cuối của cáp thủy tinh 1m 1m = mV Phototransistor không thể hiệu chuẩn và không thể xác định công suất quang thực tế tại đầu ra của cáp. Một thiết bị đo công suất đã hiệu chỉnh có thể đo công suất quang thực tế tại đầu ra của cáp. Các phép đo công suất có thể đ−ợc dùng để kiểm tra các quỹ công suất và kiểm tra các phần có sự cố. 203
12. Nối cáp sợi quang thủy tinh 5m vào giữa bộ phát FOT và bộ thu FOR. 13. Dùng đồng hồ để đo điện áp giữa jack FOR và GND. 5m = mV 14. Tháo đầu cáp sợi quang 5m phía bộ phát (FOT), đo lại điện áp giữa jack FOR và GND. 0m = mV Một bất cập khi sử dụng nguồn quang và thiết bị đo công suất quang để kiểm tra cáp sợi quang đó là cả hai đầu cáp đều phải có khả năng tiếp cận để nối các thiết bị kiểm thử. Sẽ là rất phức tạp khi cần kiểm tra phát hiện sự cố trên tuyến liên kết quang đ−ợc đặt ngầm d−ới đất hoặc khi hai đầu của tuyến 204
liên kết quang ở cách xa nhau. Thiết bị OTDR sử dụng phản xạ để đánh giá sợi quang và vì thế nó chỉ yêu cầu nối đến một đầu của sợi quang khi cần kiểm tra, phát hiện sự cố. Thiết bị OTDR có thể tính toán để chỉ ra các vị trí dọc theo sợi quang nơi mà các phản xạ phát sinh, cho phép định vị nhanh và chính xác vị trí xảy ra sự cố. Sử dụng thiết bị OTDR mang lại các thuận tiện đáng kể khi tiến hành kiểm tra khắc phục sự cố của các hệ thống thông tin quang lớn. 205
Các tóm l−ợc: 1. Thiết bị kiểm tra sợi quang đ−ợc sử dụng để kiểm tra các thành phần quang trong một liên kết quang. 2. Thiết bị đo công suất quang có thể đ−ợc sử dụng để kiểm tra rằng liên kết quang có phù hợp với quỹ công suất quang của nó không. 3. Một nguồn quang và một thiết bị đo công suất quang có thể đ−ợc sử dụng để đo suy hao sợi và suy hao connector. 4. Thiết bị đo OTDR sử dụng các phản xạ để đánh giá các suy hao sợi và suy hao connector. 5. Thiết bị đo OTDR có thể chỉ ra vị trí phát sinh phản xạ dọc theo sợi quang, từ đó cho phép dễ dàng khoanh vùng các sự cố trên liên kết quang. 206
Các câu hỏi kiểm tra: 1. Thiết bị nào có thể chỉ ra khoảng cách đến một mối ghép quang có sự cố? a. Nguồn quang b. Thiết bị đo công suất quang c. Thiết bị OTDR d. Vôn mét số 2. Bạn sẽ dùng thiết bị nào để kiểm tra một bộ phát FOT? a. Nguồn quang b. Thiết bị đo công suất quang c. Thiết bị OTDR d. Ampemet 3. Thiết bị đo công suất quang th−ờng đ−ợc hiệu chỉnh theo : a. àW b. dBm c. V d. a và b 4. Thiết bị đo công suất quang đ−ợc hiệu chỉnh theo dBm đ−ợc sử dụng để đo suy hao sợi của 1Km cáp sợi quang. Công suất ra của nguồn quang đo tại điểm cuối của cáp sợi quang 1m là -15dBm (cáp sợi quang 1m đ−ợc dùng làm cáp đầu ra của nguồn quang). Cáp 1Km đ−ợc ghép nối tiếp với cáp đầu ra 1m đó và công suất ra ở cuối cáp 1Km là -20dBm. Tính suy hao của cáp 1Km? a. 20dB b. 15dB c. 5dB d. Không phải các dáp án trên 5. Đây là một đ−ờng OTDR của cáp 5Km. Liên kết thông tin quang sử dụng cáp này hiện không thể hoạt động. Tìm nguyên nhân sự cố? a. Hỏng mối ghép nguồn quang-sợi quang b. Hỏng connector tại 1.5Km c. Đứt cáp tại 3Km d. Không phải các đáp án trên 207
Các câu hỏi kiểm tra bài 5: 1. Thành phần nào trong các liệt kê d−ới đây không ảnh h−ởng đến quỹ công suất quang OPB? a. Biến chất của Led b. Suy hao sợi c. Băng thông của sợi d. Ng−ỡng cảm thụ của bộ thu 2. Hai sợi quang đ−ợc nối giữa bộ phát và bộ thu tạo ra một liên kết quang nh− trên hình vẽ. Điểm ghép nối nào xảy ra suy hao do lệch khẩu độ số và lệch vùng lõi? a. Nguồn quang-sợi quang b. Sợi quang-sợi quang c. Sợi quang-bộ tách quang d. Không phải các đáp án trên 3. Trong một hệ thống quang, độ nhạy (Responsivity) là tham số thuộc thành phần nào? a. Bộ thu b. Bộ phát c. Sợi quang d. Connector 4. Suy hao công suất nào th−ờng đ−ợc lập kế hoạch cho một connector quang? a. 0.1dB b. 1dB c. 10dB d. 100dB 5. Đơn vị đo nào th−ờng đ−ợc dùng trong tính toán quỹ công suất quang? a. mW b. àW c. mV d. dB 6. Một hệ thống quang có một dự trữ công suất quang là 6dB. Thành phần nào sau đây khi thêm vào hệ thống sẽ gây hụt dự trữ đó (quá ng−ỡng)? Tên thành phần Suy hao công suất Connector quang 1dB/connector. Sợi quang thủy tinh 3dB/Km Sợi quang nhựa 200dB/Km a. Thêm 3 connector b. Thêm 50m sợi quang nhựa c. Thêm 1500m sợi quang thủy tinh d. Không phải các đáp án trên 208
7. Thiết bị đo công suất quang đ−ợc hiệu chỉnh theo dBm đ−ợc sử dụng để đo suy hao sợi của 1Km cáp sợi quang. Công suất ra của nguồn quang đo tại điểm cuối của cáp sợi quang 1m là -10dBm (cáp sợi quang 1m đ−ợc dùng làm cáp đầu ra của nguồn quang). Cáp 1Km đ−ợc ghép nối tiếp với cáp đầu ra 1m đó và công suất ra ở cuối cáp 1Km là -18dBm. Tính suy hao của cáp 1Km? a. 8dB b. 10dB c. 18dB d. Không phải các đáp án trên 8. Thiết bị OTDR có thể sử dụng để làm gì? a. Đo phản xạ. b. Đánh giá suy hao sợi c. Xác định khoảng cách d. Tất cả các đáp án trên. 9. Bạn sẽ dùng thiết bị nào để kiểm tra một bộ thu FOR a. Nguồn quang b. Thiết bị đo công suất quang c. Thiết bị OTDR d. Tất cả các đáp án trên. 10. Đây là một đ−ờng OTDR của cáp 3Km. Liên kết thông tin quang sử dụng cáp này hiện không thể hoạt động. Tìm nguyên nhân sự cố? a. Hỏng bộ thu quang b. Hỏng connector tại 1.5Km c. Đứt cáp tại 2Km d. Đứt cáp tại 4Km 209
Bài 6 các hệ thống truyền thông cáp quang. Mục đích: - Khi hoàn thành bài học này bạn có thể hiểu và trình diễn các đ−ờng truyền thông cáp quang. Kiến thức cơ bản: Các đ−ờng truyền thông cáp quang t−ơng tự cung cấp các giao tiếp thoại và hình ảnh giữa các ng−ời sử dụng trên thế giới. Các đ−ờng truyền thông cáp quang số cung cấp các giao tiếp dữ liệu giữa máy tính và các ngoại vi máy tính. Bạn sẽ dùng bảng mạch fiber optic communication để thiết lập một đ−ờng truyền thông cáp quang t−ơng tự ở Bài tập 6-1 và thiết lập một đ−ờng truyền thông cáp quang số ở Bài tập 6-2. 210
Các thiết bị và dụng cụ cần dùng cho bài thí nghiệm: - Tấm đế FACET - Bảng mạch FIBER OPTIC COMMUNICATIONS - Nguồn 15Vdc (Nếu cần) - Đồng hồ vạn năng - Oscilloscope hai tia - Máy phát sóng chuẩn, sine. 211
Bài tập 6-1: thông tin quang t−ơng tự ANALOG Communication Mục đích: Cung cấp khả năng mô tả và trình diễn các đặc tính quan trọng của một liên kết thông tin sợi quang t−ơng tự. Thuyết minh: Một liên kết thông tin sợi quang t−ơng tự chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang, truyền tín hiệu quang đó qua cáp sợi quang và chuyển đổi ng−ợc từ tín hiệu quang thành tín hiệu t−ơng tự. Trong ví dụ này, một liên kết video sợi quang đ−ợc sử dụng để kết nối tín hiệu video tổng hợp (composite video signal) băng gốc đến một màn hình video. Kiểu truyền này yêu cầu tần số tín hiệu khoảng từ 30Hz đến 4.2MHz Tổ chức ủy ban hệ thống truyền hình quốc gia (NTSC) đã phát triển tiêu chuẩn truyền hình sử dụng tại các quốc gia : Mỹ, Canada, Nhật và một số n−ớc khác. Tiêu chuẩn này giới hạn băng thông video đến 4.2MHz. 212
1. Băng thông tổng yêu cầu cho các tín hiệu video tổng hợp và audio là bao nhiêu? a. 4.500 MHz b. 4.525 MHz c. 4.200 MHz Một cáp đồng trục 75Ω đ−ợc dùng để nối camera đến bộ phát FOT. 2. Để tối −u việc truyền tín hiệu video, trở kháng vào bộ phát FOT phải là bao nhiêu? a. 50 Ω b. Không xác định. c. 75 Ω Bộ phát FOT chuyển đổi tín hiệu video Camera thành các tín hiệu quang tỷ lệ, các tín hiệu này đ−ợc phát qua cáp sợi quang. Bộ thu quang FOR chuyển đổi ng−ợc lại từ tín hiệu quang thành tín hiệu video, truyền nó qua cáp đ−ờng trục 75 Ω đến màn hình (MONITOR) 213
3. Độ dài sợi quang cực đại là bao nhiêu để đảm bảo rằng suy hao nhỏ hơn 10dB?. Chỉ tính suy hao đối với cáp sợi quang. Xem trợ giúp 6-1 Trợ giúp 6-1 Độ dài max= Km 4. Tại sao băng thông của bộ thu FOR giới hạn đến 5MHz? a. Cáp sợi quang làm giảm độ rộng băng xuống 5MHz. b. Để tăng tỷ số S/N trên đầu ra của bộ thu. c. Để giảm tỷ số S/N trên đầu ra của bộ thu. Các b−ớc Thực hành: 1. Tắt nguồn tấm đế tr−ớc khi chuyển các cầu nối trên khối POWER SUPPLY về vị trí ANALOG. Sau khi đặt xong các cầu nối này, bật cấp nguồn trở lại cho tấm đế. 2. Trong khối ANALOG TRANSMITTER, đặt các connector hai đầu của các cầu nối CATHODE và ANODE về vị trí ANALOG. 3. Trên khối FIBER OPTIC RECEIVER đặt cầu nối FOR về vị trí ANALOG. 214
4. Nối đầu ra của bộ phát FOT với đầu vào bộ thu FOR dùng cáp sợi quang thủy tinh 1m kết cuối bằng các connector kiểu ST. 5. Nối một cầu nối giữa T-IN và VIDEO-IN 6. Nối máy phát sóng chuẩn đến điểm T-IN của khối ANALOG TRANSMITTER. 7. Đ−a đầu đo CH1 của oscilloscope đến jack T-IN và đ−a đầu đo CH2 đến jack R-OUT của khối ANALOG RECEIVER. 8. Đặt máy phát sóng chuẩn tạo tín hiệu 1Vp-p, 1KHz, sin (quan sát trên CH1) 9. Điều chỉnh hệ số khuếch đại tổng thể của liên kết bằng việc núm GAIN trên khối ANALOG RECEIVER đối với tín hiệu 1Vp-p, sin trên CH2. Hình trên cho thấy sơ đồ nguyên lý đơn giản của khối ANALOG TRANSMITTER và khối ANALOG RECEIVER sử dụng trong bảng mạch. Trong phần này, tín hiệu hình sin đ−ợc sử dụng để xác định tần số cắt d−ới . 10. Trong liên kết quangnày kiểu ghép nào đ−ợc sử dụng tại các đầu vào của các bộ khuếch đại U1 và U5? a. Ghép một chiều (DC) b. Ghép xoay chiều (AC) 215
Tần số cắt d−ới đối với bộ phát ANALOG TRANSMITTER đ−ợc xác định bằng một bộ lọc thông cao gồm tụ điện C1 và trở R2, kết hợp với bộ lọc thông thấp C2 và R3 11. Xác định tần số cắt d−ới theo C1 và R2 sau đó nhân với 0.8 để tính đến hiệu quả của C2 và R3 1 f 1t = ì 0.8 = (Hz) 2π ì R2 ì C1 12. Tính tần số cắt d−ới đối với mạch ghép RC đầu vào của bộ ANALOG RECEIVER : 1 f 1r = = (Hz) 2π ì ()R7 + R8 ì C 4 f1t = 26.6Hz, f1r = 1.47Hz. (L−u ý, đây là các giá trị chuẩn cho để định h−ớng bạn tại mụcnày và các mục tiếp theo. Tuy nhiên, các tính toán phải dựa vào các giá trị thực.) 13. Khi duy trì tín hiệu vào 1Vp-p (trên CH1), đo f1mea bằng cách giảm dần tần số của máy phát sóng chuẩn cho đến khi tín hiệu R-OUT trên CH2 giảm 216
đến 0.7 Vp-p (-3dB). Ghi tần số cắt d−ới đo đ−ợc đó: f1mea = Hz 14. So sánh giá trị của f1mea (32.0 Hz) đo đ−ợc với các giá trị tính đ−ợc đối với các mạch ANALOG TRANSMITTER và ANALOG RECEIVER. ANALOG TRANSMITTER f1t = 26.6Hz theo tính toán ANALOG RECEIVER f1r = 1.47Hz theo tính toán Toàn bộ liên kết quang f1mea =32.0 Hz đo đ−ợc 15. Mạch ghép thông cao nào xác định tần số cắt d−ới (f1) của liên kết thông tin quang này? a. ANALOG TRANSMITTER b. ANALOG RECEIVER 16. Đặt máy phát sóng chuẩn tạo tín hiệu 1Vp-p, 200KHz, hình sin trên CH1. Trong phần thao tác này, tín hiệu vào sin, 200kHz đ−ợc dùng làm tín hiệu đầu vào của liên kết quang này, chúng ta sẽ quan sát hình dạng tín hiệu ra Trong liên kết thông tin quang này, độ rộng băng bị giới hạn bởi bộ lọc thông thấp bố trí tại đầu vào của bộ ANALOG RECEIVER. 17. Tính tần số cắt trên (f2) 1 f 2 = = Hz 2π ì C 5 ì R7 // R8 217
Không có bộ lọc thông thấp, mạch này cho phép truyền các tín hiệu video với băng thông từ 34Hz đến 20MHz. 18. Tại sao bộ lọc thông thấp thêm vào để giới hạn tần số cắt trên (f2) d−ới 5.04 MHz? a. Để giảm tạp âm xuất hiện tại đầu ra của bộ thu b. Để tăng tần số cắt d−ới (f1) c. Để tăng toàn bộ băng thông. So sánh tín hiệu ra (CH2) với tín hiệu vào (CH1) 19. Dạng sóng tín hiệu ra có tuân theo hình dạng của tín hiệu vào 200 kHz, 1Vp-p, hình sin hay không? a. Có b. Không 20. Tháo các đầu của máy phát sóng chuẩn và của oscilloscope khỏi bảng mạch. Trong phần tiếp theo, bạn sẽ nối bộ khuếch đại MIC AMPLIFIER và bộ khuếch đại AUDIO AMPLIFIER vào liên kết thông tin quang t−ơng tự này. Một th đ−ợc đ−a vào đầu vào MIC và tín hiệu ra của bộ khuếch đại AUDIO AMPLIFIER sẽ đ−ợc quan sát. 21. Trên khối ANALOG TRANSMITTER, dùng cầu nối để nối jack MIC OUT đến jack T-IN. Còn Trên khối ANALOG RECEIVER , dùng cầu nối để nối jack R-OUT đến jack AUDIO IN. 22. Điều chỉnh chiết áp LEVEL của khối MIC AMPLIFIER và chiết áp VOLUME của khối AUDIO AMPLIFIER đến vị trí cực đại (Fully CCW) sau đó trả về 1/4 động trình. 218
Đặt cầu nối AUDIO OUT về vị trí SPKR. 23. Gãi trên bề mặt của MICROPHONE. 24. Bạn có nghe thấy kết quả hành động của bạn trên loa không? a. Có b. Không Đây là sơ đồ rút gọn của khối MIC AMPLIFIER và khối AUDIO AMPLIFIER đã đ−ợc nối đến liên kết thông tin quang t−ơng tự. Âm thanh thu đ−ợc bởi MIC đ−ợc chuyển thành tín hiệu quang, đ−ợc truyền trên sợi quang và đ−ợc chuyển đổi ng−ợc lại thành âm thanh tại loa. Bộ khuếch đại MIC AMPLIFIER khuếch đại tín hiệu ra của MIC. Chiết áp LEVEL điều chỉnh tổng mức tín hiệu lấy từ tín hiệu ra của MIC để đ−a vào đầu vào chân 2 vi mạch U6 (đầu vào đảo). Vi mạch U6 loại LM386 là bộ khuếch đại công suất âm tần điện áp thấp, hệ số khuếch đại của nó đặt nội tại khoảng 20. Mức khuếch đại có thể tăng nhờ việc thêm vào một tụ điện 219
hoặc tổ hợp tụ-trở giữa chân 1 và chân 8. 25. Trong khối AUDIO AMPLIFIER, đặt cầu nối AUDIO OUT về vị trí NC (không nối). 26. Trong khối MIC AMPLIFIER, nối một máy phát sóng chuẩn đến đầu trên của trở 2.2 kΩ. 27. Đặt máy phát sóng chuẩn tạo tín hiệu 100 mVp-p, 1kHz, sine 28. Đ−a đầu đo CH1 của oscilloscope đến chân 2 của vi mạch U6 và đ−a CH2 đến điểm MIC OUT. Điều chỉnh núm LEVEL để tín hiệu tại đầu vào của bộ khuếch đại (trên CH1) là 10 mVp-p. 29. Đo tín hiệu đầu ra (MIC OUT) trên CH2 VMIC OUT = Vp-p 30. Tính độ khuếch đại của vi mạch U6 U6input = 10 mVp-p Gain (Hệ số k.đ) = U6output = 2.00 Vp-p 220
31. Điều chỉnh lại núm LEVEL để tín hiệu tại đầu ra của bộ khuếch đại MIC OUT (trên CH2) là 1Vp-p. 32. Chuyển đầu đo CH2 của oscilloscope về chân giữa của connector AUDIO OUT trên khối AUDIO AMPLIFIER. Chuyển đầu đo CH1 của oscilloscope đến đầu trên của trở 2.2 kΩ trên khối MIC AMPLIFIER. AUDIO AMPLIFIER khuếch đại tín hiệu ra từ bộ ANALOG RECEIVER để kích loa (SPKR) Chiết áp VOLUME điều chỉnh tổng tín hiệu ra mà nó đ−ợc đ−a đến chân 2 (đầu vào đảo) của bộ khuếch đại U7. AUDIO AMPLIFIER sử dụng cùng loại bộ khuếch đại âm tần điện áp thấp giống nh− MIC AMPLIFIER nh−ngđ−ợc định dạng khác nhau. 33. Bộ khuếch đại U7 có độ khuếch đại bao nhiêu? a. 20 b. 200 221
34. So sánh tín hiệu âm tần đầu ra (CH2) với tín hiệu âm tần đầu vào (CH1) 35. Dạng sóng tín hiệu ra có tuân theo hình dạng của tín hiệu vào 1 kHz, 1Vp-p, hình sin hay không? a. Có b. Không 222
Các kết luận: 1. Trong liên kết thông tin quang băng rộng, băng thông của bộ thu FOR đ−ợc giới hạn để tăng tỷ lệ S/N tại đầu ra. 2. Một liên kết quang t−ơng tự băng gốc có khả năng truyền tín hiệu video màu trên các khoảng cách lớn. 3. Trong liên kết thông tin quang, tần số cắt d−ới đ−ợc xác định bởi một mạch ghép đầu vào tại bộ phát hoặc bộ thu. 4. Các bộ khuếch đại âm tần đ−ợc nối đến liên kết sợi quang để truyền các tín hiệu thoại. 223
Các câu hỏi kiểm tra: 1. Trong liên kết thông tin quang này, mạch ghép đầu vào nào xác định tần số cắt d−ới ? a. C5, R8 b. C1, R2 và C2, R3 c. C3, R6 d. C4, R7 và R8 2. Độ dài sợi cực đại nào đảm bảo chắc chắn suy hao nhỏ hơn 8dB? a. 2.75 Km b. 4.44 Km c. 8.69 Km d. Không đủ thông tin 3. Để tối −u việc ghép tín hiệu video, trở kháng vào bộ phát FOT phải là bao nhiêu? a. Rất nhỏ b. 50 Ω c. 75 Ω d. Rất lớn 224
4. Để tăng độ khuếch đại của liên kết quang âm tần này: a. Bỏ tụ C8 khỏi vi mạch U6 b. Thêm một tụ điện giữa chân 5 và chân chung trên U7 c. Giảm giá trị của C12 d. Thêm một tụ giữa chân 1 và chân 8 trên U7 5. Trong liên kết sợi quang này, một tín hiệu 5 MHz đến tại đầu vào của oscilloscope bị sai pha do: a. 10 m sợi quang thủy tinh (200MHzkm) b. Bộ lọc thông cao của ANALOG TRANSMITTER. c. Bộ lọc thông thấp của ANALOG RECEIVER. d. Cáp đồng trục. 225
Bài tập 6-2 thông tin quang số digital fiber-optic communication. Mục đích: Cung cấp khả năng mô tả và trình diễn một liên kết thông tin sợi quang số sử dụng tín hiệu số RS-232 ghép kênh thời gian và mã hóa Manchester. Thuyết minh: Một ứng dụng của liên kết thông tin quang số là truyền dữ liệu nối tiếp. Các cổng nối tiếp chuẩn là giao tiếp cơ sở của các máy tính, các thiết bị đầu cuối số liệu và các thiết bị liên quan đến máy tính khác. Cổng nối tiếp chuẩn EIA RS-232 sử dụng một số tín hiệu để liên lạc một cách hiệu quả. D−ới đây là những tín hiệu chung của cổng nối tiếp RS-232 và các chân gán của chúng trên các connector chuẩn 25 chân (DB-25) và connector 9 chân (DB-9) 226
Bằng việc ghép kênh theo thời gian (TDM), một số tín hiệu số có thể đ−ợc truyền trên cùng một sợi quang. Trong hệ thống này, bốn tín hiệu đ−ợc truyền trên cùng một sợi quang. Số liệu trong hệ thống này đ−ợc truyền trên một sợi quang theo một h−ớng. Điều này đ−ợc hiểu nh− dạng cáp đơn công. Trong bảng mạch, các khối MUX, MOD, DEMOD, DEMUX đ−ợc chứa trong một dãy cổng có khả năng lập trình FPGA. Để truyền số liệu theo hai h−ớng đồng thời thì mỗi h−ớng cần một hệ thống đơn công. Hệ thống này đ−ợc hiểu là hệ thống song công, nó th−ờng sử dụng một cáp kép. FPGA (Field-Programmable Gate Array) trên bảng mạch chứa tới hàng ngàn cổng logic. FPGA đ−ợc định hình bằng ch−ơng trình đã nạp trong EPROM trên bảng mạch mỗi lần cấp nguồn. 227
Đây là sơ đồ khối cấu hình FPGA FPGA chứa phần mạch phát và phần mạch thu. - Khối SELECT&SYNC cung cấp các tín hiệu định thời cần thiết cho khối mạch giao tiếp RS-232 (RS-232 INTERFACE) - TCLK là tín hiệu 8 MHz xung vuông đ−a từ bộ dao động thạch anh. TCLK đ−ợc chia 8 để tạo tín hiệu CLK 1. Tần số tín hiệu CLK là bao nhiêu? a. 8 MHz b. 4MHz c. 2 MHz d. 1 MHz - Khối SELECT&SYNC liên tục tạo các mẫu nhị phân hệ 4 tại các đ−ờng S0 và S1 - Các đ−ờng S0 và S1 tuần tự chọn kênh của bộ ghép 4 kênh MUX để tạo thành tín hiệu số đã ghép MNRZ. - Khối SELECT&SYNC cũng tạo các xung đồng bộ SYNC để nhận biết kênh 1 của MUX đ−ợc chọn. - Tín hiệu số liệu sau ghép MNRZ sau đó đ−ợc mã hóa Manchester bởi một bộ điều chế mã hóa đồng bộ Manchester (MOD) - Số liệu đã mã hóa Manchester đ−ợc cấp tại jack TDATA trên bảng mạch, và có thể đ−ợc truyền qua cáp sợi quang thông qua bộ DIGITAL TRANSMITTER. - Điều chế Manchester đ−ợc dùng chung trong các mạng LAN để cho phép một số máy tính liên lạc với nhau. 228
- Một tín hiệu đ−ợc Điều chế Manchester có thể đ−ợc tạo bởi một mạch exclusive-OR (cộng module 2) giữa số liệu NRZ với tín hiệu CLK đảo sao cho tín hiệu nhịp có thể tách đ−ợc ra tại đầu thu. - Một bộ Điều chế Manchester đơn có thể đ−ợc tạo từ một cổng XOR đơn. D CLK M 0 0 0 M = D ⊕ CLK 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Hàm chức năng và bảng chân lý của mạch XOR Do sự khác nhau về thời gian truyền giữa dữ liệu DATA và các tín hiệu nhịp CLOCK nên bộ Điều chế Manchester đơn giản có thể tạo ra các xung hẹp gây nên do bất đồng bộ. Bảng mạch thực tế chứa tổ hợp mạch phức tạp hơn để ngăn ngừa các bất đồng bộ trên đầu ra. 229
- Bộ điều chế Manchester trong FPGA bao gồm mạch XOR của bộ điều chế đơn, 2 mạch Triger D, các mạch XOR khác và mạch NAND. - Các Triger D đồng chỉnh số liệu (MNRZ) với nhịp (CLK) để ngăn ngừa các bất đồng bộ trên đầu ra TDATA. - Tín hiệu đồng bộ đảo (#SYNC) cũng đ−ợc mã hóa vào tín hiệu ra đã điều chế (TDATA) bằng cách khóa tín hiệu nhịp khi đồng bộ chu kỳ. - Số liệu đã mã hóa Manchester đ−ợc truyền bằng quang có thể đ−ợc thu qua bộ thu DIGITAL RECEIVER và đ−a ra jack RDATA. - Bộ giải điều chế Manchester (DEMOD) tái tạo lại tín hiệu số liệu đã ghép (MNRZ), các tín hiệu CLK, SYNC từ số liệu đã mã hóa Manchester tại jack RDATA. Các tín hiệu số liệu (MNRZ) và các tín hiệu CLK, SYNC đ−ợc tái tạo lại đ−ợc gọi là DEMOD, RECCLK, và RECSYNC t−ơng ứng. - Bộ thu sử dụng tín hiệu định thời của nó (TCLK) để tái tạo các tín hiệu RECCLK và RECSYNC. - Bộ giải điều chế Manchester gồm một Triger D, một cổng XOR và 2 mạch giữ chậm số. - Mỗi mạch giữ chậm số đ−ợc tạo bằng cách sử dụng bộ đếm tự xác lập lại, giống nh− một mạch khởi động (đa hài đơn). - Tín hiệu RDATA đ−ợc giải điều chế bởi cổng XOR , mạch giữ chậm số thứ nhất và một mạch lật để chuyển đổi tín hiệu CLK thành RECCLK và các số liệu đã ghép (MNRZ) thành DEMOD. 230
- Mạch giữ chậm số thứ hai chuyển đổi tín hiệu SYNC thành RECSYNC - Các tín hiệu RECCLK và RECSYNC đ−ợc sử dụng để chuyển đổi các tín hiệu S0 và S1 thành các tín hiệu DMS0 và DMS1, chúng dùng cho bộ phân kênh DEMUX để tách 4 kênh thông tin thành 4 tín hiệu độc lập. Bộ liên kết thông tin quang số này cho phép tới 4 tín hiệu giao tiếp RS-232 đ−ợc truyền trên cùng một sợi quang. Bảng mạch thực hành đ−ợc định cấu hình để truyền 4 tín hiệu RS-232 (TX, DTR, RTS, và DCD) trên cùng một sợi quang. Bảng mạch thực hành cũng có thể thu các tín hiệu đó trên sợi quang và cung cấp các tín hiệu RS-232 (RX, DSR, CTS, và DCD) tại connector cổng nối tiếp đó. Hai bảng mạch FIBER OPTIC COMMUNICATIONS có thể đ−ợc sử dụng để cung ccấp một liên kết thông tin quang song công giữa hai máy tính hoặc thiết bị đầu cuối số liệu. 231
Bảng mạch thực hành đ−ợc định hình nh− thiết bị mạng (DCE) tại cổng nối tiếp 9 chân t−ơng thích máy tính cá nhân (PC) Các mức điện áp tại giao tiếp RS-232 trong khoảng +3Vữ+25V và -3Vữ-25V. Vi mạch 24 chân trên bảng mạch là một bộ thu-phát RS-232. Nó gồm 5 đ−ờng phát và 5 đ−ờng thu, chúng hoạt động nh− các bộ chuyển đổi để chuyển đổi các mức tín hiệu RS-232 thành các mức logic 5V và ng−ợc lại. Mỗi đ−ờng phát chuyển đổi các mức logic 0V và 5V thành các mức điện áp RS-232 đối với các tín hiệu h−ớng đi. Mỗi đ−ờng thu chuyển đổi các mức điện áp RS-232 thành các mức logic 0V và 5V đối với các tín hiệu h−ớng về. 232
Bộ thu-phát này cũng đảo các đầu vào và các đầu ra. 2. Đầu ra bộ thu sẽ ra sao nếu đầu vào RS-232 để hở? a. Mức thấp (LOW) b. Mức cao (HIGH) thao tác thực hành: 1. Tắt nguồn tấm đế tr−ớc khi chuyển các cầu nối trên khối POWER SUPPLY về vị trí DIGITAL. Sau khi đặt xong các cầu nối này, bật cấp nguồn trở lại cho tấm đế. 2. Trên khối RS-232 INTERFACE đặt cầu nối DCD về vị trí T của nó. 3. Dùng một dây nối màu đen để nối chân V+ trên TP1 đến chân TX trên TP2. Thao tác này đặt mức cao (HIGH) trên đầu vào TX của cổng RS-232. 4. Đ−a đầu đo CH1 của oscilloscope đến đến chân #TX trên TP1. 5. Mức logic nào trên đ−ờng #TX? a. Mức thấp (LOW) b. Mức cao (HIGH) Ba đầu ra khác #DTR, #RTS, và #DCD-T có mức cao (HIGH) vì các đầu vào RS-232 để hở. 6. Đ−a đầu đo CH1 của oscilloscope đến chân CLK trên TP1. 7. Đ−a đầu đo CH2 của oscilloscope đến chân SYNC trên TP1. 8. Đặt cả hai kênh của oscilloscope ở thang 5V/Div. Khởi động trên s−ờn d−ơng của CH2. 233
9. Đ−a đầu đo CH1 của oscilloscope đến chân MNRZ trên TP1. 10. Khe thời gian nào (kênh nào) có mức logic thấp (LOW)? a. 1 b. 2 c. 3 d. 4 Khoảng thời gian của mỗi chu kỳ nhịp CLK là một thời gian bit (bit- time), nó là khoảng thời gian của một bit dữ liệu trong tín hiệu số liệu ghép (MNRZ). 11. Có phải mỗi cm trên l−ới chia của oscilloscope biểu diễn đúng một thời gian bit (bit-time)? a. Có b. Không Mỗi thời gian bit (bit-time) (mỗi cm trên oscilloscope) thể hiện một khe thời gian (Time Slot-TS) khác nhau đối với tín hiệu số liệu ghép (MNRZ). Tuy nhiên, khe thời gian 1 (TS1) dài 2 thời gian bit bởi vì nó bao hàm cả xung đồng bộ (SYNC-pulse) Xung SYNC xuất hiện khi tín hiệu CLK nhận mức thấp (LOW). 234
Điểm giữa của xung SYNC chỉ ra điểm giữa của khe thời gian kênh 1 trong tín hiệu ghép. Các mạch lật (flip-flop) trong mạch điều chế (MOD) làm cho dữ liệu đã mã hóa Manchester tại TDATA bị giữ chậm nửa thời gian bit. Điều này làm cho các khe thời gian của dữ liệu đã mã hóa Manchester (TDATA) bị chuyển dịch nửa chu kỳ nhịp. Khe thời gian 1 (TS1) là khe thời gian đồng bộ. Bạn có thể sử dụng sự khởi đầu của xung SYNC để tìm điểm đầu của khe thời gian 1 (TS1). 235
12. Đ−a đầu đo CH1 của oscilloscope đến chân TDATA trên TP1 (hoặc đến jack TDATA). Trong tín hiệu dữ liệu đã mã hóa Manchester (TDATA), nửa đầu của mỗi thời gian bit thể hiện dữ liệu trong mỗi kênh ghép MUX. Nửa sau của mỗi khe thời gian chứa phần bù của dữ liệu đó. 13. Quan sát tín hiệu TDATA trên kênh CH1 của oscilloscope, hãy cho biết dữ liệu trong khe thời gian 1 (TS1) a. 0 b. 1 14. Hãy cho biết dữ liệu trong khe thời gian 2 (TS2) Xem hình trên a. 0 b. 1 15. Hãy cho biết dữ liệu trong khe thời gian 3 (TS3) Xem hình trên a. 0 b. 1 16. Hãy cho biết dữ liệu trong khe thời gian 4 (TS4) Xem hình trên a. 0 b. 1 236
17. Thiết lập một liên kết thông tin quang số nh− chỉ ra trên hình vẽ 18. Đ−a đầu đo CH1 của oscilloscope đến chân RECCLK trên TP1 19. Đ−a đầu đo CH2 của oscilloscope đến chân RECSYNC trên TP1 20. Tín hiệu nhịp tái tạo (RECCLK) có giống tín hiệu nhịp gốc (CLK) ? a. Có b. Không 21. Xung RECSYNC có xảy ra sau mỗi 4 khe thời gian (TS1) ? a. Có b. Không 22. Đ−a đầu đo CH1 của oscilloscope đến chân RDATA trên TP1 (hoặc jack RDATA). 23. Đ−a đầu đo CH2 của oscilloscope đến chân RECCLK 237
trên TP1. 24. Nối đầu khởi động ngoài của oscilloscope (EXT) tới chân RECSYNC trên TP1. 25. Quan sát tín hiệu dữ liệu đã mã hóa Manchester thu đ−ợc (RDATA) trên oscilloscope. Dữ liệu nào trên kênh ghép 2 (TS2)? a. 0 b. 1 26. Đ−a đầu đo CH1 của oscilloscope đến chân DEMOD trên TP1 27. Quan sát tín hiệu dữ liệu ghép đã đ−ợc giải điều chế (DEMOD) trên oscilloscope. Dữ liệu nào trên kênh ghép 2 (TS2)? a. 0 b. 1 Tín hiệu DEMOD đ−ợc phân kênh bởi mạch DEMUX thành 4 kênh. 28. Tín hiệu nào từ bộ phân kênh DEMUX phải là mức thấp (LOW)? a. TX b. #TX c. RX d. #RX 238
29. Đ−a đầu đo CH1 của oscilloscope đến chân #RX trên TP1 30. Có phải tín hiệu #RX có mức thấp (LOW)? a. Có b. Không 31. Chuyển đầu dây nối TX từ V+ trên TP1 sang V- trên TP2. 32. Có phải bây giờ bạn thu đ−ợc mức logic cao (HIGH) tại chân #RX? a. Có b. Không 239
Tóm l−ợc : Phân kênh thời gian (TDM) có thể dùng để truyền nhiều tín hiệu đồng thời trên cùng một sợi quang. Mã hóa đồng bộ (Sync-encryption) phân biệt kênh ghép TDM đầu tiên. Mã hóa Manchester cho phép các tín hiệu dữ liệu và tín hiệu nhịp đ−ợc truyền đồng thời trên cùng một sợi quang. Vi mạch thu-phát RS-232 đảo các tín hiệu, chuyển đổi các tín hiệu giữa các mức logic RS-232 và các mức logic 5V 240
các câu hỏi ôn tập : 1. Tín hiệu gốc nào giống với tín hiệu DEMOD thu đ−ợc? a. TDATA b. SYNC c. CLK d. MNRZ 2. Dữ liệu mã hóa Manchester đ−ợc truyền trên: a. S−ờn liên quan với tín hiệu nhịp CLK b. Nửa đầu của mỗi thời gian bít c. Nửa sau của mỗi thời gian bít d. Cuối của mỗi thời gian bít 3. Kỹ thuật nào đ−ợc áp dụng để duy trì bám kênh thứ nhất trong tín hiệu quang mã hóa Manchester ghép đa kênh? a. Phân kênh theo thời gian TDM b. Mã hóa Manchester c. Mã hóa đồng bộ (Sync-encryption) d. Không phải các đáp án trên. 4. Vì sao Mã hóa Manchester đ−ợc dùng để truyền dữ liệu trên một liên kết thông tin quang số? a. Để truyền dữ liệu và thông tin định thời (timing information) b. Để truyền thông tin đồng bộ c. Để chuyển đổi các mức logic d. Để cung cấp công suất cao hơn. 5. Vì sao Phân kênh theo thời gian đ−ợc dùng để truyền dữ liệu trên một liên kết thông tin quang số? a. Để truyền thông tin đồng bộ b. Để chuyển đổi các mức logic c. Để cung cấp một quan hệ. d. Để truyền các tín hiệu ghép 241
Kiểm tra bài 6 1. Băng thông của một bộ thu quang t−ơng tự đ−ợc giới hạn để: a. Khuếch đại tín hiệu b. Tăng tỷ số S/N c. Cải thiện băng thông d. Khuếch đại tạp âm 2. Tín hiệu nào có thể truyền đ−ợc qua một liên kết thông tin quang băng gốc? a. NTSC b. Video màu c. Thoại (Audio) d. Tất cả các tín hiệu trên 3. Trong một liên kết thông tin quang, phần nào xác định tần số cắt d−ới? a. Mạch ra bộ thu b. Mạch điều khiển bộ phát c. Cả a và b d. Nguồn quang bộ phát. 4. Công suất tối −u có thể đ−ợc ghép và đầu vào video của một bộ phát sợi quang nếu trở kháng vào bằng với: a. Trở kháng đặc tr−ng của nguồn video b. Trở kháng động của nguồn quang. c. Trở kháng của bộ tách quang. d. Không phải các đáp án trên 5. Trong các liên kết thông tin quang t−ơng tự, các bộ khuếch đại đ−ợc dùng để tăng : a. Các tín hiệu video màu b. Các tín hiệu NTSC c. Các tín hiệu thoại d. Tất cả các mục trên 6. Kỹ thuật nào đ−ợc áp dụng để các tín hiệu ghép đa kênh trên cùng một sợi quang? a. Mã hóa Manchester b. Mã hóa đồng bộ (Sync-encryption) c. Phân kênh theo thời gian TDM d. Không phải các đáp án trên. 242
7. Vi mạch thu-phát RS-232 a. Đảo các tín hiệu b. Chuyển đổi các mức c. Cả a và b d. Lọc các tín hiệu 8. Kỹ thuật nào đ−ợc áp dụng để định vị kênh 1 của tín hiệu quang ghép đa kênh đã mã hóa Manchester? a. Mã hóa Manchester b. Mã hóa đồng bộ (Sync-encryption) c. Phân kênh theo thời gian TDM d. Không phải các đáp án trên. 9. Mã hóa Manchester đ−ợc dùng để truyền dữ liệu trên một liên kết thông tin quang số với mục đích: a. Để truyền thông tin đồng bộ b. Để chuyển đổi các mức logic c. Để cung cấp công suất cao hơn. d. Để truyền dữ liệu và thông tin định thời (timing information) 10. Mẫu dữ liệu nào trong tín hiệu mã hóa Manchester này? a. 01101 b. 10010 c. 00110 d. 10101 243
Bài 7 khắc phục sự cố troubleshooting. Mục đích: Cung cấp khả năng khoanh vùng, xác định các hỏng hóc trong hệ thống thông tin quang bằng cách sử dụng các ph−ơng pháp xử lý sự cố một cách logic và hệ thống. Kiến thức cơ bản: Bạn cần xử lý sự cố các mạch theo một ph−ơng thức logic và hệ thống nhằm hạn chế các thao tác kém hiệu quả, nhanh chóng xác định và loại bỏ phần tử gây sự cố. Sự chủ động và khả năng suy xét một cách logic và hệ thống, kết hợp với các hiểu biết về mạch và các thao tác thuần thục là các nhân tố quan trọng của sự thành công trong xử lý sự cố. Việc cô lập nhanh một hỏng hóc mạch bắt đầu với một cơ sở vững chắc về kỹ năng xử lý sự cố cơ bản. Tám b−ớc cơ bản trong qui trình khắc phục sự cố mạch là: 1. Phân tích các triệu chứng, dấu hiệu (Analyze the Symptoms) 2. Khẳng định sự cố (Confirm the fault) 3. Kiểm tra bằng mắt, quan sát (Visually inspect the circuit) 4. Tiến hành các phép đo chức năng ( Do Performance measurements) 5. Tìm đoạn mạch có sự cố (Identify the faulty circuit section) 6. Tìm linh kiện bị hỏng (Identify the faulty component) 7. Sửa chữa hỏng hóc (Repair the fault) 8. Kiểm tra việc sửa chữa và hoạt động của mạch (Verify the repair and circuit operation) Quy trình khắc phục sự cố cũng có thể chỉ ra trên l−u đồ gọi là Trình tự khắc phục sự cố. Mục đích của l−u đồ này là đ−a ra quy trình định h−ớng cho các kỹ thuật viên. Khi bạn tiến hành các phép đo chức năng và phân tích kết quả, các b−ớc xử lý hoặc l−u đồ trên sẽ chỉ cho bạn tuần tự các phép đo logic mà nó sẽ dẫn bạn tiếp cận hỏng hóc. Quá trình khắc phục sự cố đ−ợc bắt đầu từ khi phát hiện một dấu hiệu hỏng hóc (Symptom). Trong các thiết bị điện tử th−ơng phẩm, các dấu hiệu của một sự cố mạch th−ờng gây chú ý đến các cảm nhận của bạn: thính giác (nhiễu tĩnh điện trong 244
Bắt đầu Các dấu hiệu Kiểm tra Kiểm tra chức năng Không bằng mắt OK? Có Đo kiểm chức năng Mạch hoạt động bình th−ờng Tìm thấy linh kiện Không hỏng Có Sửa chữa L−u đồ tổng thể quy trình khắc phục sự cố đài), thị giác (nhiễu màn hình TV), khứu giác (mùi của linh kiện bị cháy). Bằng việc phân tích các dấu hiệu, đôi khi bạn cũng đã có thể nhận biết đ−ợc các phần mạch đặc tr−ng hoặc các linh kiện gây ra sự cố. Khẳng định rằng mạch thực sự có một sự cố bằng cách tiến hành các quan sát và đo đạc. Trong hầu hết các mạch, phép kiểm tra mạch chức năng mà nó th−ờng gồm việc đo một hoặc hai tham số cơ bản (điện áp, dòng điện, điện trở) tại đầu vào và đầu ra sẽ xác định có hỏng hóc hay không. Đặc tính kỹ thuật cho biết các giá trị chuẩn cùng dung sai đối với các tham số mạch. Sau khi khẳng định rằng mạch thực sự có sự cố, hãy tiến hành các quan sát, kiểm tra bằng mắt. Nếu kiểm tra bằng mắt không cho thấy một hỏng hóc rõ ràng thì việc khắc phục sự cố tiến hành bằng các ph−ơng pháp logic và hệ thống. Các đo đạc chức năng (đo tính năng) th−ờng gồm đo các tín hiệu vào/ra và các tham số linh kiện. Các giá trị kiểm tra đ−ợc so sánh với các giá trị chuẩn lấy từ bảng Đặc tính kỹ thuật. Mỗi mạch đ−ợc cung cấp với một bảng Đặc tính kỹ thuật của nó và bạn sẽ dùng nó cho quá trình khắc phục sự cố. 245
Sau khi xem xét lại các giá trị đo đ−ợc đối chiếu với các Đặc tính kỹ thuật của chúng, bạn khoanh vùng linh kiện bị hỏng bằng việc xác định đoạn mạch chứa sự cố và tiến hành giả định về khả năng hỏng hóc. Khẳng định hoặc bác bỏ một giả định về linh kiện bị hỏng bằng việc đo sự liền mạch (continuity) và trở kháng, dòng theo tính toán, hoặc bằng các phép đo linh kiện khác. Khi giả định về hỏng hóc đ−ợc khẳng định, hãy sửa chữa nó. Trong các quy trình khắc phục sự cố tiến hành trên bảng mạch thí nghiệm, sửa chữa hỏng hóc đ−ợc mô phỏng bằng việc tắt chuyển mạch sự cố (do Ng−ời h−ớng dẫn tiến hành) . Lặp lại các kiểm tra chức năng để kiểm định lại việc sửa chữa. Nếu các kiểm tra chức năng là tốt thì việc khắc phục sự cố của bạn đã thành công và mạch hoạt động bình th−ờng. H∙y trả lời các câu hỏi sau: 1. Để khắc phục sự cố một mạch, bắt đầu bằng việc: a. Tiến hành ít nhất 4 phép đo. b. Phân tích các dấu hiệu của sự cố và khẳng định rằng hỏng hóc hiện tồn tại trong mạch. 2. Nếu có sự cố trong mạch, các phép đo kiểm chức năng nhằm mục đích: a. Nhận biết linh kiện hoặc đoạn mạch bị hỏng. b. Giúp cô lập (khoanh vùng) đoạn mạch chứa hỏng hóc. 3. Hai nhân tố của sự thành công khắc phục sự cố là gì? a. Hiểu biết của bạn về mạch và các thủ tục logic. b. Sự may mắn và khả năng phán đoán về sự cố Bài tập 1. Các cơ sở khắc phục sự cố, bao hàm phần giới thiệu và quy trình. Quy trình trong bài tập 1 có 3 phần: - Thủ tục A: Kiểm tra chức năng mạch. - Thủ tục B: H−ớng dẫn quy trình khắc phục sự cố. - Thủ tục C: Thực hành khắc phục sự cố. Thủ tục A và Thủ tục B h−ớng dẫn thông qua các phép đo kiểm thử tính năng và một quy trình khắc phục sự cố. Thủ tục C bạn sẽ xử lý sự cố một mạch chứa hỏng hóc; kết quả phản hồi đ−ợc cho bằng lựa chọn sự cố của bạn. 246
Bài tập 2. Khắc phục sự cố các mạch sợi quang đ−ợc thiết lập khác nhau. Có 11 quy trình khắc phục sự cố độc lập nhau, đ−ợc ký hiệu từ A đến K. Mỗi quy trình trong Bài tập 2 có một hỏng hóc liên quan với một trong các khối của bảng mạch FIBER OPTIC COMMUNICATIONS . Sau khi nhận biết (xác định) hỏng hóc, bạn sẽ chọn hỏng hóc trong một bảng gồm 4 khả năng. Sẽ không có phản hồi nào đ−ợc đ−a ra đối với các thao tác kỹ thuật, các phép đo hoặc chọn lựa hỏng hóc của bạn. Các quy trình khắc phục sự cố đ−ợc xem xét nh− các câu hỏi kiểm tra bài. 247
Các thiết bị và dụng cụ cần dùng cho bài thí nghiệm: - Tấm đế FACET - Bảng mạch FIBER OPTIC COMMUNICATIONS - Nguồn 15Vdc (Nếu cần) - Đồng hồ vạn năng - Oscilloscope hai tia - Máy phát sóng chuẩn, sine. 248
Bài tập 7-1: Các cơ sở khắc phục sự cố Troubleshooting Basics Mục đích: - Cung cấp khả năng xử lý sự cố các hệ thống thông tin sợi quang bằng cách sử dụng các h−ớng dẫn đ−ợc đ−a ra trong bài tập này. - Bạn có khả năng kiểm nghiệm kết quả bằng các phép đo trên mạch thực. Thuyết minh: Quy trình sau gồm 3 phần, đ−ợc thiết kế để phát triển các kỹ năng khắc phục sự cố của bạn: - Thủ tục A: Kiểm tra chức năng mạch. - Thủ tục B: H−ớng dẫn quy trình khắc phục sự cố. - Thủ tục C: Thực hành khắc phục sự cố. Phần trình bày này gồm từng thủ tục và mô tả cách đ−a các giá trị đo đ−ợc vào trong các bảng Đặc tính kỹ thuật. Thủ tục A: Kiểm tra chức năng mạch. Trong đa số các mạch, sự hoạt động bình th−ờng đ−ợc kiểm tra (hoặc không đ−ợc kiểm tra) bằng việc đo đạc một hoặc hai tham số cơ bản nh− điện áp, dòng điện hoặc trở kháng mạch, mà các tham số này đ−ợc chỉ ra trong các bảng Đặc tính kỹ thuật. Các phép đo chủ yếu đ−ợc tiến hành tại đầu vào hoặc đầu ra của mạch. Ví dụ, hệ thống thông tin quang t−ơng tự có chín tham số đặc tr−ng. Tuy nhiên, để thẩm định sự hoạt động bình th−ờng của mạch chỉ tham số đầu vào ( Dạng sóng VM) và tham số đầu ra (VAUDIO OUT) đ−ợc đo và so sánh với các giá trị chuẩn cho trong Đặc tính kỹ thuật. Tất cả các tín hiệu đó phải là các tín hiệu 1kHz, hình sin. 249
Nếu các tham số của tín hiệu vào ra ở trong khoảng dung sai của các giá trị chuẩn, bạn có thể tin chắc rằng mạch hoạt động bình th−ờng. Một phép đo kiểm chức năng cho kết quả nh− sau: Danh mục Giá trị chuẩn Giá trị thực đo Tham số tín hiệu đầu vào 1 KHz ±10% sine VM 200 mVp-p ±10% 200 mVp-p Tham số tín hiệu đầu ra 1 KHz ±10% sine VAUDIO OUT 300 mVp-p ±20% 310 mVp-p 1. Mạch đ−ợc kiểm tra đó hoạt động có bình th−ờng không? a. Có b. Không Trong quá trình luyện tập khắc phục sự cố, 3 thời điểm cần tiến hành các phép đo kiểm, đó là: 1. Sau khi thiết lập mạch, kiểm tra để chắc chắn rằng mạch đã hoạt động bình th−ờng tr−ớc khi đ−a sự cố vào (tr−ớc khi đánh pan). 2. Sau khi hỏng hóc (giả) đã đ−ợc đ−a vào mạch, kiểm tra để chắc chắn rằng mạch đã có sự cố. 3. Sau khi sự cố đã đ−ợc tìm thấy và sửa chữa, kiểm tra để chắc chắn rằng mạch đã hoạt động bình th−ờng trở lại. Thủ tục A h−ớng dẫn bạn thông qua đo kiểm chức năng để thẩm định sự hoạt động bình th−ờng của mạch. 2. Để kiểm tra sự hoạt động bình th−ờng của mạch, cần đo: a. Tất cả các danh mục thống kê trong bảng Đặc tính kỹ thuật b. Một hoặc hai tham số mạch chủ yếu trong bảng Đặc tính kỹ thuật Thủ tục B: h−ớng dẫn quy trình khắc phục sự cố . Thủ tục B h−ớng dẫn bạn thông qua cách tiếp cận quy trình khắc phục sự cố một cách logic và hệ thống. Khắc phục sự cố một cách hệ thống bao gồm 8 b−ớc: 1. Phân tích các triệu chứng, dấu hiệu (Analyze the Symptoms) 2. Khẳng định sự cố (Confirm the fault). Tiến hành các đo kiểm chức năng mạch để khẳng định trong mạch có tồn tại sự cố hay không. 3. Kiểm tra bằng mắt, quan sát (Visually inspect the circuit) 4. Tiến hành các phép đo tính năng ( Do Performance measurements). 250
Tiến hành các phép đo kiểm tính năng phụ thêm để xác định đoạn mạch có chứa sự cố. 5. Tìm đoạn mạch có sự cố (Identify the faulty circuit section). Đ−a ra các giả định về sự cố dựa trên các kết quả đo kiểm, tìm ra đoạn mạch có chứa linh kiện bị hỏng. 6. Tìm linh kiện bị hỏng (Identify the faulty component). Tiếp tục các phép đo, các giả định và suy luận để thu hẹp phạm vi, tìm ra linh kiện bị hỏng. Lặp lại các b−ớc 4, 5, 6 nếu sự cố không đ−ợc tìm rõ. 7. Sửa chữa hỏng hóc (Repair the fault). Thay thế linh kiện hỏng hoặc sửa lại kết nối mạch bị sự cố. 8. Kiểm tra việc sửa chữa và hoạt động của mạch (Verify the repair and circuit operation). Tiến hành các đo kiểm chức năng để chắc chắn rằng mạch đã hoạt động bình th−ờng trở lại. 3. Điều gì th−ờng xác nhận một giả định sự cố mạch? a. Các phép đo linh kiện mạch b. Đo kiểm chức năng mạch. Thủ tục C: Thực hành khắc phục sự cố . Thủ tục C Vận dụng các kiến thức thu thập đ−ợc trong các Thủ tục A và Thủ tục B để tăng c−ờng kỹ năng trong khắc phục sự cố. Bạn tự lựa chọn các tham số để đo kiểm mà bạn cho là cần thiết và mang lại hiệu quả trong quá trình khắc phục sự cố từ Bảng Đặc tính kỹ thuật Bảng Đặc tính kỹ thuật Các tham số Giá trị chuẩn Giá trị thực đo VM 200 mVp-p ±10% VMIC OUT 1.0 Vp-p ±20% VT-OUT 130 mVp-p ±40% Dạng sóng EMITTER Hình sin VR-IN 135 mVp-p ±75% Các tham số mạch đ−ợc chỉ ra trong cột Các tham số trong Bảng Đặc tính kỹ thuật. Tham khảo các phụ lục t−ơng ứng để xem xét thêm về sơ đồ hoặc các thông tin về khác mạch. 251
Sử dụng các tham số trong Bảng Đặc tính kỹ thuật nh− chỉ dẫn để đo kiểm sự hoạt động bình th−ờng hoặc phát hiện sự cố mạch. Đối với mỗi tham số quan sát hoặc đo đ−ợc, hãy so sánh nó với giá trị chuẩn cho trong cột Giá trị chuẩn, và ghi kết quả của bạn trong cột Giá trị thực đo. Tính phần trăm sai số phép đo của bạn để xác định Giá trị thực đo có nằm trong khoảng dung sai của Giá trị chuẩn. Phần trăm sai số (%E) là tổng phần trăm sai số giữa giá trị thực đo so với giá trị chuẩn. Nó đ−ợc xác định nh− sau: %E = [(Giá trị thực đo – Giá trị chuẩn)/ Giá trị chuẩn] x 100% Một tham số v−ợt ra khỏi dung sai của nó chỉ thị rằng đã có sự cố trong hoạt động của mạch. Nếu một sự cố tồn tại trong hệ thống thì linh kiện gây ra sự cố đó phải cần đ−ợc xác định, cô lập, sửa chữa hoặc thay thế. Lần l−ợt tiến hành các phép đo kiểm các chức năng chủ yếu cho đến khi tìm thấy linh kiện gây hỏng hóc hoặc nguồn gốc sự cố. Nh− vậy, nếu thấy nghi ngờ một điện trở là linh kiện gây sự cố, thì cần kiểm tra các tham số chính của nó: khả năng nó bị đứt (cháy), hở mạch, chập mạch, hoặc tăng trị số. Khi tin t−ởng đã loại trừ đ−ợc sự cố, hãy chọn đáp án cho câu hỏi đặt trong các b−ớc thủ tục sau. Bảng Đặc tính kỹ thuật Các tham số Giá trị chuẩn Giá trị thực đo VM 200 mVp-p ±10% VMIC OUT 1.0 Vp-p ±20% VT-OUT 130 mVp-p ±40% Dạng sóng EMITTER Hình sin VR-IN 135 mVp-p ±75% Sau khi đã hoàn thành các phép đo kiểm chức năng và xác nhận sự cố, liên quan tới vấn đề đó sẽ có 4 khả năng sự cố đ−ợc đ−a ra là: a. MIC AMPLIFIER. b. ANALOG TRANSMITTER. c. FIBER OPTIC TRANSMITTER. d. FIBER OPTIC RECEIVER. Sau khi đã bạn chọn một trong các khối mà bạn cho rằng đó là phần tử gây sự cố, hãy yêu cầu Ng−ời h−ớng dẫn loại bỏ nguyên nhân đó từ mạch để mô 252
phỏng quá trình sửa chữa, thay thế. Sau đó bạn cần tiến hành các phép đo kiểm chức năng cần thiết để khẳng định rằng sự cố đã đ−ợc khắc phục và mạch thực sự đã hoạt động bình th−ờng trở lại. Sự khẳng định hoạt động bình th−ờng của mạch kết thúc quy trình khắc phục sự cố. Các b−ớc Thực hành: Thủ tục A: Kiểm thử chức năng Sau khi thiết lập mạch, kiểm tra để chắc chắn rằng mạch đã hoạt động bình th−ờng tr−ớc khi đ−a sự cố vào (tr−ớc khi đánh pan) bằng đo kiểm thử chức năng mạch. Sau khi hỏng hóc (giả) đã đ−ợc đ−a và mạch, kiểm tra để chắc chắn rằng mạch đã có sự cố bằng đo kiểm thử chức năng mạch. 1. Thiết lập Hệ thống thông tin quang t−ơng tự nh− chỉ ra trên hình vẽ bằng cách thực hiện các b−ớc thủ tục từ 2 đến 15 sau đây: 2. Tắt nguồn tấm đế tr−ớc khi chuyển các cầu nối +5V, -5V trên khối POWER SUPPLY về vị trí ANALOG. Sau khi đặt xong các cầu nối này, bật cấp nguồn trở lại cho tấm đế. 253
3. Trong khối ANALOG TRANSMITTER, đặt connector hai đầu trong MIC OUT về vị trí T-IN. 4. Trong khối FIBER OPTIC TRANSMITTER đặt các connector hai đầu CATHODE và ANODE về vị trí ANALOG. 5. Trên khối FIBER OPTIC RECEIVER đặt cầu nối FOR về vị trí ANALOG. 6. Trong khối ANALOG RECEIVER đặt cầu nối R-OUT về vị trí AUDIO IN. 7. Nối đầu ra của bộ phát FOT với đầu vào bộ thu FOR dùng cáp sợi quang thủy tinh 1m kết cuối bằng các connector kiểu ST. 8. Trong khối MIC AMPLIFIER, nối máy phát sóng chuẩn (GEN) và đầu đo CH1 của oscilloscope đến đầu trên của trở 2.2 kΩ (nh− chỉ ra trên hình vẽ) 254
9. Điều chỉnh máy phát chuẩn tạo tín hiệu 200 mVp-p, 1KHz, sin tại đầu trên của trở 2.2 kΩ (quan sát trên CH1). 10. Đ−a đầu đo CH2 của oscilloscope đến điểm kiểm tra MIC OUT. 11. Điều chỉnh núm xoay LEVEL để có tín hiệu 1.0 Vp-p trên CH2 của oscilloscope tại điểm kiểm tra MIC OUT. 12. Đ−a đầu đo CH1 của oscilloscope đến điểm R-OUT trong khối ANALOG RECEIVER. 13. Điều chỉnh hệ số khuếch đại tổng thể của liên kết bằng núm GAIN trên khối ANALOG RECEIVER để đạt đ−ợc tín hiệu 1Vp-p, sin tại điểm đo R-OUT trên CH1. 14. Trong khối AUDIO AMPLIFIER vị trí của cầu nối AUDIO OUT đặt sao cho nó chỉ nối tới chân NC (không sử dụng). Đ−a đầu đo CH2 của oscilloscope đến chân giữa của đầu nối AUDIO OUT. 15. Điều chỉnh núm xoay VOLUME để đảm bảo tín hiệu tại chân giữa của đầu nối AUDIO OUT trên CH2 là 300 mVp-p, sin Bảng Đặc tính kỹ thuật Các tham số Giá trị chuẩn Giá trị thực đo VM 200 mVp-p ±10% VMIC OUT 1.0 Vp-p ±20% VT-OUT 130 mVp-p ±40% Dạng sóng EMITTER Hình sin VR-IN 135 mVp-p ±75% Các tham số Giá trị chuẩn Giá trị thực đo VR-OUT. 1.0 Vp-p ±20% VAUDIO OUT. 300 mVp-p ±20% Tất cả các tín hiệu: -Tần số 1 kHz±10% -Dạng sóng Hình sin 255
16. Bảng Đặc tính kỹ thuật đối với hệ thống thông tin quang t−ơng tự đ−ợc chỉ ra trong bảng trên. 17. Nếu các tín hiệu là 1 KHz, hình sin thì sự hoạt động bình th−ờng của mạch có thể đ−ợc xác định bằng việc đo các tham số nào theo bẳng đặc tính trên? a. VM và VT-OUT. b. VM và VAUDIO OUT. c. VMIC OUT và VR-OUT 18. Bạn cần kiểm tra tín hiệu vào VM tr−ớc tiên, bởi vì sự hoạt động bình th−ờng của mạch phải dựa vào giá trị đỉnh-đỉnh (p-p) của tín hiệu vào đó. Nó đã đ−ợc bạn điều chỉnh khi thiết lập mạch. 19. Trong khối MIC AMPLIFIER, đ−a đầu đo CH1 của oscilloscope đến đầu trên của trở 2.2 kΩ (nh− chỉ ra trên hình vẽ). Bảng Đặc tính kỹ thuật Các tham số Giá trị chuẩn Giá trị thực đo VM 200 mVp-p ±10% VMIC OUT 1.0 Vp-p ±20% VT-OUT 130 mVp-p ±40% Dạng sóng EMITTER Hình sin VR-IN 135 mVp-p ±75% 256
20. Trên kênh CH1 của oscilloscope bạn có quan sát đ−ợc tín hiệu hình sin, 200 mVp-p±10% không? a. Có b. Không Các tham số Giá trị chuẩn Giá trị thực đo VR-OUT. 1.0 Vp-p ±20% VAUDIO OUT. 300 mVp-p ±20% Tất cả các tín hiệu: -Tần số 1 kHz±10% -Dạng sóng Hình sin 21. Tiếp theo bạn cần kiểm tra tín hiệu ra VAUDIO OUT trên kênh CH2 của oscilloscope. Nếu tín hiệu ra ở trong khoảng dung sai thì mạch hoạt động bình th−ờng. 22. Trên kênh CH2 của oscilloscope, tại điểm VAUDIO OUT bạn có quan sát đ−ợc tín hiệu hình sin, 300 mVp-p±20% không? a. Có b. Không 23. Dựa vào các quan sát và các phép đo của bạn về VM và VAUDIO OUT , bạn có thể kết luận rằng mạch hoạt động bình th−ờng? a. Có b. Không / Thủ tục B: h−ớng dẫn quy trình khắc phục sự cố. Phần này h−ớng dẫn bạn theo các b−ớc để khắc phục sự cố một cách hiệu quả và đ−a ra những trợ giúp hữu ích trong các trả lời của bạn. Trong Thủ tục B, bạn sẽ sử dụng hệ thống thông tin quang t−ơng tự đã đ−ợc thiết lập trong Thủ tục A. 257
Quá trình khắc phục sự cố bắt đầu từ khi bạn xác định rằng mạch bị hỏng. Dùng F1 để mô phỏng sự cố. B−ớc đầu tiên trong quy trình khắc phục sự cố một hệ thống thông tin quang là xác nhận tồn tại sự cố bằng việc kiểm tra đầu vào và đầu ra 1. Đ−a đầu đo CH1 của oscilloscope đến đầu trên của điện trở 2.2 kΩ nh− chỉ ra trên hình vẽ. Danh mục Giá trị chuẩn Giá trị thực đo Tham số tín hiệu đầu vào 1 KHz ±10% sine VM 200 mVp-p ±10% 200 mVp-p Tham số tín hiệu đầu ra 1 KHz ±10% sine VAUDIO OUT 300 mVp-p ±20% 310 mVp-p 2. Trên kênh CH1 của oscilloscope bạn có quan sát đ−ợc tín hiệu hình sin, 200 mVp-p±10% không? a. Có b. Không 3. Trong khối AUDIO AMPLIFIER vị trí của cầu nối AUDIO OUT đặt sao cho nó chỉ nối tới chân NC (không sử dụng). Đ−a đầu đo CH2 của oscilloscope đến chân giữa của đầu nối AUDIO OUT nh− trên hình vẽ. 4. Trên kênh CH2 của oscilloscope, tại điểm VAUDIO OUT bạn có quan sát đ−ợc tín hiệu hình sin, 1 kHZ ±10%, 300 mVp-p±20% không? a. Có b. Không Phép kiểm thử chức năng của bạn cho thấy tín hiệu tái tạo (VAUDIO OUT.) nhỏ hơn giá trị tiêu chuẩn 300 mVp-p. B−ớc tiếp theo trong quy trình khắc phục sự cố là tiến hành các phép đo kiểm chức năng để xác định đoạn mạch nào chứa hỏng hóc và làm cho biên độ tín hiệu tái tạo bị giảm. 258
5. Bảng Đặc tính kỹ thuật đối với hệ thống thông tin quang t−ơng tự đ−ợc cho d−ới đây: Bảng Đặc tính kỹ thuật Các tham số Giá trị chuẩn Giá trị thực đo VM 200 mVp-p ±10% VMIC OUT 1.0 Vp-p ±20% VT-OUT 130 mVp-p ±40% Dạng sóng EMITTER Hình sin VR-IN 135 mVp-p ±75% Các tham số Giá trị chuẩn Giá trị thực đo VR-OUT. 1.0 Vp-p ±20% VAUDIO OUT. 300 mVp-p ±20% Tất cả các tín hiệu: -Tần số 1 kHz±10% -Dạng sóng Hình sin 6. Bạn sẽ đo tham số nào tr−ớc tiên? a. Dạng sóng EMITTER b. VR-OUT. c. VMIC OUT 7. Tháo sợi quang khỏi jack FOR và cắm đầu cuối đó của sợi quang vào phototransistor. Đặt cầu nối RANGE về vị trí HI. Đ−a đầu đo CH2 của oscilloscope đến điểm kiểm tra EMITTER và khởi động (trigger) trên CH2. Khi quan sát tín hiệu EMITTER, luôn khởi động trên cùng kênh của đầu đo. 8. Chọn dạng sóng EMITTER trong Bảng Đặc tính kỹ thuật. 9. Tín hiệu tại EMITTER của phototransistor có phải là hình sin? Hãy ghi đúng hoặc sai vào Bảng Đặc tính kỹ thuật. 259
10. Tháo sợi quang ra khỏi jack phototransistor và cắm nó trở lại jack FOR 11. Tiếp theo, bạn cần đo tham số nào? a. VR-IN. c. VR-OUT b. VAUDIO OUT. d. VT-OUT 12. Hãy chọn tham số VR-OUT trong Bảng Đặc tính kỹ thuật. 13. Đ−a đầu đo CH2 của oscilloscope đến điểm đo VR-OUT, đo biên độ tín hiệu VR-OUT và ghi giá trị đo đ−ợc vào Bảng Đặc tính kỹ thuật. 14. Tiếp theo, bạn cần đo tham số nào? a. VT-OUT. c. VR-IN b. VAUDIO OUT. 15. Hãy chọn tham số VR-IN trong Bảng Đặc tính kỹ thuật. 16. Đ−a đầu đo CH2 của oscilloscope đến điểm đo VR-IN, đo biên độ tín hiệu VR-IN và ghi giá trị đo đ−ợc vào Bảng Đặc tính kỹ thuật. 17. Các phép đo mà bạn đã tiến hành có chỉ ra đoạn mạch nào hoạt động không bình th−ờng không? a. Có b. Không 18. Hãy chọn một hỏng hóc trong bảng liệt kê sự cố. 19. Sự cố xảy ra trong khối nào? a. MIC AMPLIFIER b. ANALOG RECEIVER c. FIBER OPTIC TRANSMITTER d. FIBER OPTIC RECEIVER 20. Tắt F1 để mô phỏng sự sửa chữa. Tiến hành các phép đo kiểm chức năng bằng việc đo và quan sát các tham số sau để tin chắc rằng mạch đã hoạt động bình th−ờng trở lại: 260
Danh mục Giá trị chuẩn Giá trị thực đo Tham số tín hiệu đầu vào 1 KHz ±10% sine VM 200 mVp-p ±10% 200 mVp-p Tham số tín hiệu đầu ra 1 KHz ±10% sine VAUDIO OUT 300 mVp-p ±20% 310 mVp-p 21. Mạch đã hoạt động bình th−ờng? a. Có b. Không / Thủ tục C: thực hành khắc phục sự cố. Trong Thủ tục C, bạn sẽ vận dụng các kiến thức thu đ−ợc trong các Thủ tục A và Thủ tục B để khắc phục sự cố một mạch. Bạn có thể chọn và đo các tham số trong Bảng Đặc tính kỹ thuật theo thứ tự bất kỳ mà bạn cho là chúng giúp nhanh chóng tìm ra hỏng hóc và khắc phục sự cố hiệu quả. 1. Nếu cần, hãy thiết lập một hệ thống thông tin quang t−ơng tự nh− trên hình vẽ. 2. Thực hiện các phép đo kiểm chức năng bằng cách đo và quan sát các tham số sau để chắc chắn rằng mạch đã hoạt động bình th−ờng: Danh mục Giá trị chuẩn Giá trị thực đo Tham số tín hiệu đầu vào 1 KHz ±10% sine VM 200 mVp-p ±10% 200 mVp-p Tham số tín hiệu đầu ra 1 KHz ±10% sine VAUDIO OUT 300 mVp-p ±20% 310 mVp-p 3. Mạch đã hoạt động bình th−ờng? a. Có b. Không 4. Mở F7 261
Xem xét tất cả các danh mục trong Bảng Đặc tính kỹ thuật. Bắt đầu Quy trình khắc phục sự cố bằng việc xác định chắc chắn rằng hiện tồn tại một sự cố trong mạch. Bảng Đặc tính kỹ thuật Các tham số Giá trị chuẩn Giá trị thực đo VM 200 mVp-p ±10% VMIC OUT 1.0 Vp-p ±20% VT-OUT 130 mVp-p ±40% Dạng sóng EMITTER Hình sin VR-IN 135 mVp-p ±75% Các tham số Giá trị chuẩn Giá trị thực đo VR-OUT. 1.0 Vp-p ±20% VAUDIO OUT. 300 mVp-p ±20% Tất cả các tín hiệu: -Tần số 1 kHz±10% -Dạng sóng Hình sin Khi bạn tin chắc rằng đã xác định đ−ợc sự cố trong mạch, hãy chuyển sang b−ớc tiếp theo. 5. Sự cố xảy ra trong khối nào? a. FIBER OPTIC RECEIVER b. ANALOG TRANSMITTER c. FIBER OPTIC TRANSMITTER d. ANALOG RECEIVER 6. Tắt F7 để mô phỏng việc sửa chữa. Tiến hành các phép đo kiểm chức năng bằng cách đo và quan sát các tham số sau để chắc chắn rằng mạch đã hoạt động bình th−ờng: Danh mục Giá trị chuẩn Giá trị thực đo Tham số tín hiệu đầu vào 1 KHz ±10% sine VM 200 mVp-p ±10% 200 mVp-p Tham số tín hiệu đầu ra 1 KHz ±10% sine VAUDIO OUT 300 mVp-p ±20% 310 mVp-p 7. Mạch đã hoạt động bình th−ờng? a. Có b. Không 262
Tóm l−ợc 1. Bắt đầu quy trình khắc phục sự cố bằng việc phân tích các dấu hiệu của mạch. 2. Tiến hành các quan sát và đo đạc để chắc chắn rằng mạch thực sự có sự cố. 3. Kiểm tra bằng mắt có thể tìm ra một số lỗi mạch 4. Các phép đo kiểm chức năng giúp khoanh vùng, định vị linh kiện, phần tử mạch có hỏng hóc và cho phép đặt các giả thiết về nguyên nhân sự cố. 5. Kiểm tra mạch để xác nhận hoặc loại trừ giả định sự cố. 6. Sau khi hỏng hóc đ−ợc định vị và sửa chữa, hãy lặp lại các phép đo kiểm thử chức năng để khẳng định sự hoạt động bình th−ờng trở lại của mạch. 263
Bài tập 7-2: khắc phục sự cố kênh thông tin quang Troubleshooting Fiber-optic Circuits Mục đích: - Cung cấp khả năng xử lý sự cố các hệ thống thông tin sợi quang bằng cách sử dụng các kiến thức và các ph−ơng pháp đã đ−ợc giới thiệu trong bài tập 7-1. - Bạn có khả năng kiểm nghiệm kết quả bằng các phép đo trên mạch thực. Thuyết minh: Trong bài tập này bạn sẽ khắc phục sự cố liên quan tới các kênh thông tin quang t−ơng tự và thông tin quang số trong bảng mạch FIBER OPTIC COMMUNICATIONS. - Có 11 bài thực hành (từ bài A đến bài K). Mỗi bài có một sự cố liên quan đến một đoạn mạch t−ơng tự hoặc số của các liên kết thông tin quang t−ơng ứng. - Sau khi thiết lập mạch, bạn trực tiếp tiến hành kiểm tra để xác định rằng mạch đã hoạt động bình th−ờng tr−ớc khi đ−a sự cố vào mạch (đánh pan). - Mô tả mạch và sơ đồ khối chi tiết hơn cung cấp cho mỗi bài Procedure đ−ợc cho trong các mục lục liên quan. Thuyết minh chi tiết hơn và sơ đồ của các mạch cụ thể cũng đ−ợc đ−a ra trong một phụ lục. - Trong bài tập 7-1, bạn đã đ−ợc trang bị các kiến thức và kinh nghiệm khắc phục sự cố hệ thống thông tin quang t−ơng tự. Để giúp bạn khắc phục sự cố của hệ thống thông tin quang số, d−ới đây đ−a ra thuyết minh của hệ thống thông tin quang số và ph−ơng pháp khắc phục sự cố. input signals dcd dcd t #dcd t out 1 tx #tx 2 t data data in d-out dtr #dtr mux mod digital fiber optic 3 transmitter transmitter rts #rts 4 sync red green dcd rx tx dtr dsr rs-232 interface rts cts leds dcd r #dcd r fiber optic cable rx #rx data r data out digital d-in dsr #dsr demuxdemod fiber optic receiver receiver cts #cts output signals reclk resync 264