Các Bài Thí Nghiệm Thông Tin Quang

Học viện kỹ thuật quân sự
bộ môn thông tin Khoa vô tuyến điện tử

Biên dịch : nguyễn hữu kiên, mai văn quý,
nguyễn văn giáo, mai thanh hải

Các bài thí nghiệm

thông tin quang
(Dùng cho chuyên ngành điện tử viễn thông)

Hà nội 2006


Mục lục
Trang
Mục lục

3

Tóm tắt nội dung

5

Lời nói đầu

9

Hớng dẫn

11

Bài 1: Làm quen với bảng mạch

15

Bài 1.1 Làm quen với bảng mạch

19

Bài 1..2 Giới thiệu về các Hệ thống thông tin sợi quang

33

Bài 2: cáp quang và sợi quang

43

Bài 2.1 Tổn thất do tán xạ và hấp thụ

47

Bài 2..2 Các đầu nối (Connectors) và đánh bóng

59

Bài 2.3 Khẩu độ số và vùng lõi

76

Bài 2.4 Tổn hao do uốn cong và tán sắc hình thể

88

Bài 3: bộ phát quang (fiber optic transmitter)

102

Bài 3.1 Nguồn quang

106

Bài 3..2 Mạch điều khiển

120

Bài 3.3 Tiếp giáp Nguồn quang-Sợi quang

134

Bài 4: bộ thu quang (fiber optic receiver)

150

Bài 4.1 Bộ tách quang

153

Bài 4..2 Mạch đầu ra

165

Bài 5: Các hệ thống sợi quang (fiber optic

177

systems)
Bài 5.1 Dự trữ công suất quang (Optical Power Budget)

181

Bài 5..2 Thiết bị kiểm tra sợi quang

196

Bài 6: Các hệ thống thông tin quang (fiber optic

210

communication systems)
Bài 6.1 Thông tin tơng tự (Analog Communication)

212

Bài 6..2 Thông tin số (Digital Communication)

226

3

Bµi 7: xö lý sù cè (troubleshooting)
Bµi 7.1 C¸c c¬ së xö lý sù cè

249

Bµi 7..2 Xö lý sù cè c¸c m¹ch sîi quang

264

Bµi 8: giao tiÕp bé vi xö lý (microprocessor
interface)
Bµi 8.1 Giao tiÕp nèi tiÕp

4

244

290
292


Tóm tắt nội dung
Bài 1: Làm quen với bảng mạch
Phân biệt các khối chức năng trong bảng mạch Fiber Optic
Communications. Mô tả các thành phần cơ bản của một liên kết
thông tin quang.
Bài 1.1: Làm quen với bảng mạch
Mô tả và định vị các khối chức năng trong bảng mạch Fiber
Optic Communications. Mô tả các thành phần cơ bản của
một liên kết thông tin quang.

Bài 1.2: Giới thiệu về các hệ thống thông tin sợi quang
Mô tả các thành phần cơ bản của một liên kết thông tin quang.
Trình diễn hoạt động của liên kết thông tin quang tơng tự và liên
kết thông tin quang số
Bài 2: Cáp sợi quang và sợi quang.
Mô tả việc truyền ánh sáng qua sợi quang.Trình diễn các dạng suy hao
quang do : lệch khẩu độ số, suy hao sợi, lệch vùng lõi, suy hao nối ghép
(connector) và tổn thất do uốn cong.
Bài 2.1: Tổn thất do tán xạ và hấp thụ.
Tìm hiểu suy hao xảy ra khi ánh sáng truyền qua một cáp sợi
quang. Bạn sẽ tính toán và đo đạc suy hao công suất qua một sợi
quang.
Bài 2.2: Các đầu nối (Connectors) và đánh bóng.
Cắt và đánh bóng cáp sợi quang nhựa (plastic). Bạn cũng sẽ có khả
năng phân biệt các suy hao trong các đầu nối sợi quang sử dụng các
thiết bị đo hiển thị và các phép đo công suất.
Bài 2.3: Khẩu độ số và vùng lõi.
Giải thích và minh hoạ khẩu độ số ảnh hởng đến suy hao và suy
hao bị ảnh hởng bởi vùng lõi nh thế nào. Bạn sẽ tính toán suy hao
do lệch khẩu độ số và vùng lõi và kiểm chứng các kết quả của bạn
bằng các phép đo công suất tơng đơng.

5


Bài 2.4: Tổn hao do uốn cong và tán sắc hình thể.
Giải thích tại sao uốn cong sợi quang lại làm tăng suy hao, các chế
độ truyền ảnh hởng nh thế nào đến tán sắc và tại sao tán sắc làm
hạn chế băng thông cuả sợi quang. Bạn sẽ đợc tính toán băng
thông đối với một độ dài cuả sợi quang và kiểm tra suy hao uốn

cong bằng các phép đo công suất tơng đơng.
Bài 3: Bộ phát quang (Fiber optic Transmitter).
Phân biệt, mô tả, trình bày về các bộ phận của bộ phát quang.
Bài 3.1: Nguồn quang.
Mô tả các nguồn quang đợc sử dụng trong các hệ thống thông tin
quang mà chúng chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang.
Bài 3.2: Mạch điều khiển.
Mô tả các mạch dùng để tạo giao tiếp một tín hiệu tơng tự hay một
tín hiệu số tới một nguồn quang.
Bài 3.3: Tiếp giáp Nguồn quang-Sợi quang.
Mô tả các yếu tố tạo suy hao tại tiếp giáp Nguồn quang-Sợi quang
trong một bộ phát quang.
Bài 4: Bộ thu quang (Fiber optic receiver).
Phân biệt, mô tả, trình bày về các bộ phận của bộ thu quang.
Bài 4.1: Bộ tách quang.
Mô tả thiết bị đợc sử dụng trong các hệ thống thông tin quang mà
chúng chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện.
Bài 4.2: Mạch đầu ra.
Mô tả các mạch thu tơng tự và các mạch thu số dùng để tạo giao
tiếp với bộ tách quang.
Bài 5: Các hệ thống sợi quang (Fiber optic systems).
Diễn giải và trình diễn các phép đo, kiểm tra đợc thực hiện trên các hệ
thống quang và một dự trữ công suất quang đối với một liên kết sợi quang.
Bài 5.1: Dự trữ công suất quang (Optical Power Budget).
Giải thích về một dự trữ công suất quang áp dụng cho một liên kết
quang sợi trên bảng mạch của bạn.

6

Bài 5.2: Thiết bị kiểm tra sợi quang.
Mô tả thiết bị kiểm tra và các kỹ thuật sử dụng để phục vụ các hệ
thống sợi quang.
Bài 6: Các hệ thống thông tin quang (Fiber optic communication
systems).
Mô tả và trình diễn các liên kết thông tin quang.
Bài 6.1: Thông tin tơng tự (Analog Communications).
Mô tả và trình diễn các đặc tính quan trọng của một liên kết thông
tin quang tơng tự.
Bài 6.2: Thông tin số (Digital Communications).
Mô tả và trình diễn một liên kết thông tin quang số sử dụng một tín
hiệu số mã hoá Manchester RS-232 ghép phân kênh theo thời gian.
Bài 7: Xử lý sự cố (Troubleshooting).
Khoanh vùng các sự cố trong hệ thống thông tin quang bằng cách sử dụng
các kỹ thuật xử lý sự cố một cách logic và hệ thống.
Bài 7.1: Các cơ sở xử lý sự cố.
Xử lý sự cố một hệ thống thông tin quang bằng việc sử dụng chỉ
dẫn đợc đa ra trong bài tập này.
Bài 7.2: Xử lý sự cố cácmạch sợi quang.
Khắc phục các sự cố của các mạch thông tin quang bằng cách sử
dụng các kiến thức mạch của bạn và các phơng pháp khắc phục sự
cố đã đợc giới thiệu trong bài 7.1.
Bài 8: Giao tiếp bộ vi xử lý (microprocessor interface).
Giải thích và trình diễn việc truyền và thu các dữ liệu số từ một bộ vi xử lý
trên cổng RS-232 của bảng mạch Fiber optic communication
và cáp sợi quang.
Bài 8.1: Giao tiếp nối tiếp.
Giao diện của bảng mạch Fiber optic communication
với bảng mạch 32 bit microprocessor. Trình diễn việc
truyền và thu dữ liệu vi xử lý thông qua một cổng RS-232 và một

liên kết thông tin quang.

7


8


Lời mở đầu
Nhiều thế kỷ qua, việc sử dụng ánh sáng để truyền thông tin đã trở thành
một mục tiêu hấp dẫn. Tuy thế, chỉ trong vòng hai chục năm trở lại đây các hệ
thống thông tin quang mới trở thành hiện thực và mang lại lợi ích kinh tế thật sự.
Một ví dụ điển hình là sự tiến bộ nhanh chóng trong lĩnh vực công nghệ chế tạo
cáp sợi quang. Số các hệ thống thông tin quang hiện hành và dự định lắp đặt đã
tăng nhanh. Trong tơng lai không xa, mọi thông tin nh hội nghị truyền hình,
TV quảng bá sẽ đợc truyền qua các liên kết sợi quang.
Với Bảng mạch Thông tin quang (Fiber Optic Communications) bạn sẽ
đợc cung cấp các kiến thức về cấu hình, hoạt động, phơng pháp chuẩn đoán và
khắc phục sự cố trong các hệ thống thông tin quang qua các mạch sau:
-

Bộ phát và bộ thu quang số.

-

Bộ phát và bộ thu quang tơng tự.

-

Mạch Phototransistor.

-

Các Diode phát (Led).

-

Các bộ sợi quang thuỷ tinh.

-

Các bộ sợi quang nhựa.

-

Các bộ giao tiếp sợi quang.

Các bài thực hành minh hoạ mô tả các nguyên lý sợi quang. Trong các quá
trình mỗi bài thực hành bạn đợc trang bị các kiến thức cơ bản, tích luỹ kinh
nghiệm và khả năng thực hành, ứng dụng thực tế về công nghệ cáp sợi quang.
Các thay đổi mạch và các sự cố giả định đợc đa vào giúp bạn làm quen
với việc khoanh vùng, chuẩn đoán và cô lập sự cố trong các hệ thống thông tin
quang.
Mỗi nội dung đều bao gồm phần giới thiệu lý thuyết cơ bản và phần hớng
dẫn các bớc thực hành để giúp các bạn có đợc cơ sở lý thuyết vững chắc và
kinh nghiệm thực hành thành thạo.

9

10


Hớng dẫn
Bạn cần làm quen với các thông tin trong Hớng dẫn này để đạt đợc kết
quả tốt khi thực hiện các công việc và các bài thực hành trên bảng mạch Fiber
optic communication. Hãy nghiên cứu kỹ các chỉ dẫn trớc khi bắt đầu
các thí nghiệm của bạn. Nếu bạn gặp khó khăn trong việc thực hiện các bài thực
hành, hãy xem lại các quy tắc sau đây trớc khi gọi ngời hớng dẫn:
*Kết nối bảng mạch với tấm đế:
- Hãy đừng tháo, lắp bảng mạch khi tấm đế đang bật nguồn.
A. Nếu bạn có tấm đế với các nguồn ngoài có thể điều chỉnh đợc thì hãy
luôn thiết lập lại các nguồn trớc khi bạn lắp bảng mạch vào tấm đế.
Thờng xuyên kiểm tra các điện áp nguồn bởi vì ai đó có thể đã làm thay
đổi các giá trị đó. Hãy thực hiện các thủ tục sau để điều chỉnh các điện áp
dơng, âm về giá trị 15V (Nếu bạn không có các bộ nguồn ngoài điều
chỉnh đợc, tấm đế của bạn sẽ có các nguồn cố định 15V mà nó không
yêu cầu hiệu chỉnh).
1. Bật các nguồn dơng và nguồn âm. Hãy sử dụng đồng hồ vạn năng
của bạn để đo các điện áp theo trình tự sau ngay cả khi các nguồn
đó có các vôn kế lắp sẵn. Đồng hồ của bạn vẫn tin cậy hơn các
dụng cụ đo khác.
2. Hãy đo nguồn âm và điều chỉnh đầu ra của nó đến 15.0V 3% nếu
cần thiết. Hãy đo nguồn dơng và điều chỉnh đầu ra của nó đến
+15V 3% nếu cần thiết (Đáp ứng yêu cầu về dung sai thận trọng
trong khoảng 3%).
B. Tắt các bộ nguồn.
C. Hãy mở đầu nối (Connector) trên tấm đế bằng cách xoay núm xoay trên
sờn phải của tấm đế về vị trí Open. Hãy đừng dùng sức, núm xoay đó
cần đợc mở với lực hợp lý, vừa phải.

D. Lắp bảng mạch vào tấm đế bằng cách trợt nó dọc theo các đờng rãnh
trong tấm đế. Hãy chắc chắn rằng đầu cắm đã ăn khớp hoàn toàn vào trong
khe cắm ở thành sau tấm đế.
E. Khoá đầu nối của tấm đế bằng cách vặn núm xoay về phía bạn 1/4 vòng.
F. Hãy tham khảo phụ lục E để xác định nếu bạn cần bộ đệm dao động

11


(generator buffer). Nếu nó đợc yêu cầu, hãy cắm nó vào vị trí đã
đợc dành riêng trên bảng mạch.
G. Bật các nguồn cung cấp.
*các công tắc thay đổi mạch:
Trên tấm đế của hệ thống dùng trong học tập có trang bị 20 công tắc thay
đổi mạch (đợc gọi là các chuyển mạch CM nhân công). Các chuyển mạch này
làm thay đổi giá trị linh kiện, ngắn mạch hoặc hở mạch trong các khối trên bảng
mạch. Cần tuân thủ các quy định sau đây khi sử dụng các chuyển mạch CM:
A. Mỗi chuyển mạch CM sẽ ngắt (hở mạch) khi núm CM quay về phía bạn.
Nó sẽ bật (nối mạch) khi nó xoay về phía đối diện với bạn (xoay ra)
B. Hãy đừng khi nào bật đồng thời hai chuyển mạch CM.
C. Các bớc thực hành hoặc xem xét các câu hỏi sẽ hớng dẫn cho bạn khi
nào nên bật chuyển mạch nào. Hãy nhớ tắt các chuyển mạch này nếu
không bạn sẽ để quên chúng trong trạng thái mở.
*đo và sai số phép đo:
Phụ lục C cung cấp các hớng dẫn về phơng pháp đo còn phụ lục D cung
cấp các thông tin về các thao tác đo. Bạn cần đọc các phụ lục này nếu bạn gặp bất
kỳ một vấn đề về thao tác đo này.
Các kết quả của bạn đợc chấp nhận nếu chúng trong khoảng sai số cho
phép. Các dung sai trong các phép đo và tính toán đợc chỉ ra trong các phụ lục A
và B. Nếu dung sai không cho trớc thì các kết quả phép đo trong bản hớng dẫn

này đợc chấp nhận nếu chúng trong khoảng 30% so với giá trị danh định.
*các thông tin kèm theo:
A. Đối với các bảng mạch cần các tín hiệu mức thấp từ bộ tạo tín hiệu luôn có
một khối mạch ATTENUATOR (bộ suy hao). Khối ATTENUATOR chia
đầu ra của bộ tạo tín hiệu theo hệ số 10 để tiện cho việc điều chỉnh biên
độ. Nếu bạn sử dụng khối suy hao ATTENUATOR , hãy chắc chắn đo
biên độ tín hiệu tại đầu ra của khối ATTENUATOR, chứ không phai đo tại
đầu ra của bộ tạo tín hiệu GENERATOR hoặc bộ đệm GENERATOR
BUFFER.
B. Tấm đế của hệ thống F.A.C.E.T có 12 công tắc tạo sự cố dới vỏ khoá.
Trong bài xử lý sự cố, Giáo viên hớng dẫn sẽ sử dụng các công tắc này để
đa các sự cố vào trong các khối mạch và bạn sẽ xử lý các sự cố đó. Nếu

12


bạn đo thấy các giá trị bất thờng trong một bài thí nghiệm, thậm chí sau
khi đã kiểm tra nhiều lần các mạch của bạn, các chuyển mạch CM, và các
giá trị điện áp nguồn thì hãy yêu cầu Giáo viên hớng dẫn kiểm tra xem
các công tắc sự cố đã tắt hay cha.
C. Tổng thể, hệ thống F.A.C.E.T đợc thiết lập để sử dụng cho một hoặc một
vài vấn đề xem xét, sao cho bạn không cần tháo nó ngay sau khi thực hiện
mỗi nội dung. Khi bạn đã hoàn thành toàn bộ các công việc của bạn trong
ngày hãy gỡ tất cả các kết nối trên bảng mạch và tắt các nguồn cung cấp
trớc khi tháo đầu cắm của tấm đế và tháo bảng mạch ra khỏi tấm đế.
Hãy xếp gọn bảng mạch và các đầu nối nh khi Giáo viên hớng dẫn đã
trao cho bạn.

*Bản kê các thiết bị
Bản thống kê sau đây chỉ ra các thiết bị cần thiết để thực hiện các bài thực

hành trên bảng mạch Lab-Volt F.A.C.E.T DIGITAL COMMUNICATIONS 2.
Tên gọi

Số lợng

Tấm đế F.A.C.E.T

Số hiệu

Ghi chú

1

AS91000-00

OPTIC

1

AS91025-00

Oscilloscope 2 tia có đầu đo x10

1

Lab-Volt 793
tơng đơng

Nguồn kép 15VDC 1A

1

Lab-Volt 1245 hoặc
tơng đơng

2

Các dụng cụ thí nghiệm của
Lab-Volt:

1

Lab-Volt 1247 hoặc
tơng đơng

2

Bảng mạch FIBER
COMMUNICATIONS

1

hoặc

Đồng hồ vạn năng
Máy phát chuẩn ~/
1. F.A.C.E.T AS91000-00 yêu cầu nguồn kép. F.A.C.E.T AS91030-00 đã
có nguồn kép bên trong nên không yêu cầu nguồn ngoài.
2. Các khoản bao gồm trong Model 1242 F.A.C.E.T. Dụng cụ hệ thống
bao gồm đồng hồ vạn năng, bộ nguồn kép và máy phát chuẩn.

13


14


Bài 1 giới thiệu về bảng mạch thông tin quang
Introduction to the FIBER OPTIC CIRCUIT BOARD
Mục đích: Phân biệt các khối khác nhau trên bảng mạch FIBER OPTIC
COMMUNICATIONS. Mô tả các phần cơ bản của một liên kết thông
tin quang.
Giới thiệu chung: Từ xa xa, loài ngời đã biết sử dụng ánh sáng để liên lạc. Các
tiền bối của chúng ta dùng những đốm lửa nhỏ để báo hiệu cho nhau.
Các ngọn hải đăng đợc sử dụng để cảnh báo tầu thuyền hàng ngàn
năm nay. Các tàu thuyền cũng sử dụng các nháy sáng để truyền và thu
các bản tin dùng mã Morse.
-

Ngày nay, các hãng viễn thông dùng ánh sáng và các sợi quang để truyền
các tín hiệu thoại, video, và số liệu trên các vùng rộng lớn trên thế giới.

-

Sợi quang là một lĩnh vực công nghệ sử dụng các sợi mảnh, mềm, trong
suốt để truyền ánh sáng. Công nghệ sợi quang kết hợp việc sử dụng ánh
sáng, quang học, và điện tử để truyền thông tin.

-

Các sợi trong suốt, đợc gọi là sợi quang, đợc chế tạo từ thủy tinh hoặc
chất dẻo. ánh sáng đợc đa vào tại một đầu của sợi quang, truyền dọc
theo sợi, và đi ra ở đầu kia của sợi.

-

ánh sáng đợc truyền qua một sợi quang (đôi khi còn gọi là ống dẫn
quang), có nhiều ứng dụng. Nó đợc sử dụng để truyền các tín hiệu số, tín
hiệu thoại, tín hiệu video. Nó cũng đợc ứng dụng để thiết kế các bức
tranh, cảm biến từ xa, và chỉ thị từ xa.

Các cáp sợi quang, có thể bao gồm nhiều sợi quang, có rất nhiều u thế so với
việc sử dụng cáp dây đồng. Các u thế của các cáp sợi quang là:
Băng thông rộng: Sợi quang có thể điều khiển các tín hiệu tới 1THz
(terahertz), nó cho phép truyền số liệu tốc độ cao tới 10 Gbps (tơng
đơng 625 000 trang văn bản trong một giây, hoặc 65 000 cuộc thoại đồng
thời trên một sợi quang).
Suy hao thấp: Suy hao tín hiệu thấp trong cáp sợi quang cho phép chỉ cần
dùng ít bộ lặp (khi truyền đi xa).
Khả năng tránh ảnh hởng bức xạ điện từ: Sợi quang không bị ảnh hởng
của các trờng điện từ, nh các nhiễu vô tuyến điện, và cũng không tạo ra
các nhiễu xạ điện từ.

15


Trọng lợng nhẹ: Sợi quang nhẹ hơn chín lần và vì thế nó là rất quý đối với
công nghiệp hàng không.
Kích thớc nhỏ: Sợi quang cho phép tiết kiệm không gian trong máy bay
và trong tàu ngầm.

An toàn: Sợi quang không tạo các nguy cơ tia lửa điện và cũng không thu
hút sấm chớp.
Bảo mật: Sợi quang không bức xạ năng lợng, vì thế nghe trộm bất hợp
pháp là vô cùng khó khăn.
Độ bền: Sợi quang có khả năng chống ăn mòn và có độ bền gấp 20 lần so
với thép.
Khi làm việc với cáp sợi quang bạn cần tuân thủ các quy tắc an toàn sau:
Không đợc nhìn trực diện vào đầu sợi quang. Nguồn sáng có thể là lazer
hoặc lazer Led, nó có thể đốt cháy thật sự các tổ chức tế bào sống trong
mắt và làm bạn bị mù lòa vĩnh viễn. Thông thờng, bạn không thể tin chắc
rằng nguồn sáng có phải là kiểu lazer hay không và rằng nó đã đợc tắt
hay cha, và vì thế không đợc nhìn thẳng vào đầu sợi quang.
Không đợc cố tình bẻ một sợi quang thủy tinh mà không bảo vệ mắt và da
bạn một cách thận trọng. Các mảnh thủy tinh rất nhỏ hơn sợi tóc ngời có
thể đâm vào da và dịch chuyển theo máu, gây các thơng tích nghiêm
trọng..
Trong bài tập đầu tiên, bạn sẽ đợc làm quen với 12 khối chức năng trên bảng
mạch. Bạn sẽ tìm hiểu và trình diễn các mạch sợi quang thông dụng và ứng dụng
trong thực tế nh thế nào.
Bộ phát FIBER OPTIC TRANSMITTER
Tín hiệu vào

Mạch
điều khiển

Nguồn
quang

Mối ghép
Nguồn-sợi quang

Sợi quang
Mối ghép
Sợi-bộ tách quang

Bộ tách quang

Mạch ra

Tín hiệu ra

Bộ thu FIBER OPTIC RECEIVER

Mô hình hệ thống thông tin quang
Trong bài tập thứ hai, bạn sẽ học các phần cơ bản của một liên kết thông tin
quang. Bạn sẽ trình diễn hoạt động của một liên kết thông tin quang tơng tự và
một liên kết thông tin quang số.

16


Các khái niệm và từ mới:
- Liên kết dữ liệu Data Link : là một liên kết truyền tin cho phép truyền dữ
liệu số.
- Cáp đôi Duplex cable: là một kiểu cáp quang gồm 2 sợi quang .
- Quang sợi Fiber optics: Kỹ thuật truyền ánh sáng qua sợi quang.
- Dy cổng lập trình đợc FPGA (Field-programmable Gate Array): Vi
mạch mật độ tích hợp cao có thể đặt cấu hình với các chức năng riêng do
ngời sử dụng đặt.
- Thủ tục bắt tay Handshaking: Một phơng pháp điều khiển lu lợng

giữa hai trạm khi trao đổi thông tin.
- Hồng ngoại InfraRed (IR): Một dạng bức xạ năng lợng với bớc sóng
giữa 770 nm 1000 nm, nó thấp hơn dải nhìn thấy của phổ điện từ, một
kiểu ánh sáng không nhìn thấy.
- IRED InfraRed Emitting Diode : Một loại Led của bộ chuyển đổi đầu ra
mà nó bức xạ hồng ngoại thay vì ánh sáng nhìn thấy khi xung tới.
- Manchester:Một phơng pháp mã hóa đờng truyền lỡng pha khi các bít
dữ liệu đợc tổ hợp với các bit nhịp thông qua một hàm XOR (loại trừ
OR). Mã hóa Manchester tạo ra chuyển tiếp tín hiệu trong mỗi thời gian
bit.
- Sợi đa mode Multimode fibers:Kiểu của sợi quang mà nó cho phép ánh
sáng truyền theo nhiều đờng. Loại sợi này dùng với nguồn quang Led.
- Sợi quang Optical fibers : Còn gọi là ống dẫn quang, ống quang, là một
thanh thủy tinh hoặc chất dẻo mảnh, mềm, mà ánh sáng có thể truyền qua
nó. Nó bao gồm một lõi bên trong và lớp vỏ bên ngoài. Sợi quang đợc
chứa trong các cáp quang.
- Photodiode: Là loại diode cảm quang, độ dẫn của nó phụ thuộc cờng độ
ánh sáng chiếu vào.
- Phototransistor: Là loại Transistor cảm quang, mà dòng collector của nó
phụ thuộc cờng độ ánh sáng chiếu vào.
- Cáp đơn Simplex cable: Loại cáp chỉ có một sợi quang.
- Sợi quang đơn mode Singlemode fiber (Monomode fiber): Kiểu sợi
quang chỉ cho ánh sáng truyền theo một đờng. Nó thờng đợc dùng
cùng nguồn quang Lazer

17


Các thiết bị cần thiết:
-

Tấm đế FACET

-

Bảng mạch FIBER OPTIC COMMUNICATIONS

-

Nguồn 15Vdc (Nếu cần)

-

Đồng hồ vạn năng

-

Oscilloscope hai tia

-

Máy phát sóng chuẩn, sine.

18


Bài tập 1-1 giới thiệu về bảng mạch
FIBER OPTIC COMMUNICATIONS.
Mục đích: Làm quen với các khối chức năng của bảng mạch. Sơ bộ tìm hiểu về
tính năng và cách thức tiến hành các công việc thí nghiệm trên các

khối của bảng mạch.
Giới thiệu chung: 12 khối chức năng trên bảng mạch cho phép bạn tiến hành các
thí nghiệm về các phơng pháp thu-phát qua hệ thống thông tin quang.
12 sự cố cơ bản đã đợc kết hợp trong cấu trúc mạch để thách thức và
rèn luyện khả năng khắc phục sự cố của bạn trong bài 7.
Khối nguồn POWER SUPPLY cung cấp các điện áp ổn định +5V và -5V cho
tất cả các mạch điện trong bảng mạch.
Bảng mạch có thể đợc cấp nguồn từ bộ nguồn có sẵn
trong tấm đế FACET hoặc từ một bộ đổi nguồn AC
adapter mà đầu ra của nó nối đến jack POWER trên bảng
mạch.
Một Led chỉ thị nguồn có trên bảng mạch để thông
báo có nguồn cung cấp
Công tắc POWER chỉ đợc vận hành khi bảng mạch
đợc sử dụng ngoài tấm đế. Không dùng nó khi bảng mạch đã cắm vào tấm đế.
Jack HIGH cung cấp một logic HIGH cho các công việc dạng số.
Khi sử dụng các khối DIGITAL RECEIVER, DIGITAL TRANSMITTER,
hoặc RS-232 INTERFACE (cũng dạng số) thì các cầu +5V và -5V trên khối
POWER SUPPLY phải đặt về vị trí DIGITAL.

19


Khi sử dụng các khối MIC AMPLIFIER, ANALOG TRANSMITTER,
ANALOG RECEIVER, AUDIO AMPLIFIER thì các cầu +5V và -5V trên
khối POWER SUPPLY phải đặt về vị trí ANALOG.
Các khối PHOTO TRANSISTOR và LIGHT EMMITING DIODES không
bị ảnh hởng bởi các cầu cấp nguồn.

Khối AUDIO AMPLIFIER khuếch đại các tín

hiệu thoại đợc đa đến nối vào AUDIO IN.
Tín hiệu đã qua khuếch đại đợc nối đến mạch
loa SPEAKER ngay bên trong bảng mạch khi
cầu AUDIO OUT đặt ở vị trí SPKR. Loa bị tắt
khi cầu AUDIO OUT đặt về vị trí NC.
1. Bạn sẽ điều chỉnh mức nghe của bộ
khuếch đại âm tần nh thế nào?
a. Cấm loa (tắt)
b. Bằng việc điều chỉnh triết áp VOLUME.
c. Bằng việc tắt nguồn.
Khối mạch loa SPEAKER chứa một loa 45, nó cho phép nghe thấy sự thay
đổi của các tín hiệu trên bo mạch.
Khối mạch RS-232 INTERFACE có bộ ghép
kênh 4 đờng theo thời gian (TDM) để cung cấp
một giao diện với máy tính và thực hành sử
dụng sợi quang. Nó cung cấp một liên kết dữ
liệu qua sợi quang để thu dữ liệu dạng nối tiếp
từ một máy tính hoặc một thiết bị nào đó qua
cổng RS-232 hoặc truyền số liệu đến máy tính
đó.
- Thủ tục bắt tay đầy đủ (Full handshaking)
đợc bảo đảm, cũng nh các kỹ thuật mã
hóa, giải mã Manchester qua giao diện
này.
- Phần việc quan trọng đợc thực hiện bởi
IC lập trình đợc FPGA (Field

20

Programable Gate Array).
- Một strip kiểm tra 30 chân TP1 cho phép
kiểm tra các điểm đối với các tín hiệu
FPGA. Bạn sẽ sử dụng TP1 để phát triển
và tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của
mạch này.
- Dãy kiểm tra 9 chân TP2 cho phép kiểm
tra các chân của cổng nối tiếp RS-232 khi
nó đợc nối với một máy tính.
- Các led ở bên trái của dãy này chỉ thị trạng thái của mỗi tín hiệu tơng ứng
trên cổng RS-232. Led đỏ chỉ thị tín hiệu tơng ứng đang ở mức cao, Led
xanh mức thấp.
Khối DIGITAL RECEIVER thu tín hiệu
từ bộ thu quang FIBER OPTIC
RECEIVER. Tín hiệu thu đợc từ
DIGITAL RECEIVER chuyển thành dữ
liệu số và đa ra ở jack DATA OUT.
Khối DIGITAL TRANSMITTER điều
khiển bộ FIBER OPTIC TRANSMITTER.
Nó chuyển dữ liệu số từ jack DATA IN
thành tín hiệu điều khiển phát đối với
FIBER OPTIC TRANSMITTER.
Khối ANALOG RECEIVER chuyển tín
hiệu thu đợc từ khối FIBER OPTIC
RECEIVER thành dạng tín hiệu tơng tự để
đa ra đầu ra R-OUT.
- Tín hiệu từ R-OUT có thể đợc đa
đến bộ khuếch đại âm tần AUDIO
AMPLIFIER tại jack AUDIO IN hoặc
đa đến một đầu nối phono tại jack

VIDEO OUT.
- Núm điều chỉnh khuếch đại GAIN cần đặt khuếch đại bằng 1 khi
ANALOG RECEIVER đợc sử dụng trong một liên kết thông tin quang.

21


2. Cần đặt cầu nối FOR về vị trí nào để nối FIBER OPTIC RECEIVER
đến jack R-IN của ANALOG RECEIVER ?
a. DIGITAL
b. ANALOG
Khối phát ANALOG TRANSMITTER
chuyển tín hiệu tơng tự từ jack
A-IN
thành tín hiệu điều khiển FIBER OPTIC
TRANSMITTER. Tín hiệu đầu vào tại
T-IN có thể đợc đa đến từ đầu ra của
MIC AMPLIFIER (từ MIC OUT) hoặc từ
một đầu nối phono (VIDEO IN)
Khối PHOTO TRANSISTOR đợc dùng
để đo mức công suất tơng ứng của ánh
sáng đợc phát ra ở đầu cuối sợi quang.
- Điện áp tại điểm kiểm tra EMITTER
chỉ ra cờng độ ánh sáng tơng ứng.
- Đối với các mức ánh sáng thấp nh
tín hiệu từ sợi thủy tinh thì cầu
RANGE cần đặt ở vị trí LO
- Đối với các mức ánh sáng cao nh tín hiệu từ sợi chất dẻo thì cầu RANGE
cần đặt ở vị trí HI
Tỉ lệ của hai công suất là 100:1

Khối MICROPHONE chứa một microphone Electret 2K
đợc nối sẵn đến đầu vào của bộ khuếch đại mic MIC
AMPLIFIER. Nó cho phép có thể tạo các tín hiệu âm
thanh trên bo mạch bằng cách nói vào mic.
Khối MIC AMPLIFIER khuếch đại các tín
hiệu âm thanh từ mic đợc nối sẵn trên bo
mạch. Tín hiệu sau khuếch đại đợc đa ra
jack MIC OUT. Mức tín hiệu ra có thể điều
chỉnh bằng núm LEVEL.

22


Khối LIGHT EMMITING DIODES có
3 nguồn sáng khác nhau. Mỗi đèn led
phát ra một bớc sóng khác nhau. Từ trái
qua phải là led đỏ, led xanh và led hồng
ngoại.
- Khi bo mạch đợc cấp nguồn thì 3
led này đợc mở.
- Đầu cuối của sợi thủy tinh hoặc sợi chất dẻo có thể đợc đặt trên mỗi led đó
- Khối mạch này cho phép so sánh các nguồn sáng này trong các thí nghiệm
của bạn.
Các sợi quang đi kèm với bo mạch
có hai độ dài khác nhau: 1m và 5m.
Thêm vào đó chúng còn khác nhau
về chất liệu: Loại sợi thủy tinh với
đờng kính lõi 62.5 àm và loại sợi
chất dẻo với đờng kính lõi 1000
àm. Chúng sẽ đợc so sánh thông

qua các thí nghiệm.
Cáp đơn (simplex) thủy tinh hoặc chất dẻo đợc trang
bị các đầu cắm đực (connector) kiểu ST mà chúng sẽ
đợc dùng để cắm với các khối FIBER OPTIC
TRANSMITTER và FIBER OPTIC RECEIVER. Các
connector này cũng đợc dùng phổ biến trong các hệ
thống thông tin quang.
Các connector của các FIBER OPTIC
TRANSMITTER và FIBER OPTIC RECEIVER trên bo
mạch có các chụp cao su bảo vệ chống bụi bẩn và các
mảnh vụn. Trớc khi sử dụng cáp quang, hãy gỡ bỏ các
chụp đậy các connector của cáp và của bo mạch. Khi kết
thúc công việc, hãy đậy các chụp này lại để bảo vệ các
connector của cáp và của bo mạch.

23


Các bớc Thực hành:
1. Tìm khối POWER SUPPLY và nhẹ nhàng đẩy công
tắc POWER lùi lại và tiến lên.
2. Led POWER sáng, sau đó tắt, đúng hay sai?
a. Đúng
b. Sai
3. Đặt đồng hồ về chế độ đo điện áp một chiều VDC,
nối đầu đất của đồng hồ với jack GND.
Lu ý: Tất cả các điểm đất trên bo mạch đã đợc nối với nhau, vì vậy tốt nhất hãy nối que âm
của đồng hồ hoặc của oscilloscope với jack GND gần nơi phép đo đợc tiến hành.

4. Tạm thời nhấc bỏ cầu khỏi dãy 3 chân +5V và đo nguồn cấp +5V trên

chân giữa của dãy 3 chân đó. Ghi kết quả đo :
+VS =

VDC

5. Đặt lại cầu +5V vào vị trí ANALOG.
6. Tạm thời nhấc bỏ cầu khỏi dãy 3 chân -5V và đo nguồn cấp -5V trên chân
giữa của dãy 3 chân đó. Ghi kết quả đo :
-VS =

VDC

7. Đặt lại cầu -5V vào vị trí ANALOG.
8. Nối một cầu nối từ jack MIC OUT trên khối MIC AMPLIFIER đến jack
AUDIO IN trên khối AUDIO AMPLIFIER.

9. Đặt núm LEVEL của MIC AMPLIFIER tại vị trí 1/4 động trình kể từ vị
trí CCW.
10. Đặt núm VOLUME của MIC AMPLIFIER về vị trí cực đại và đặt cầu
AUDIO OUT về vị trí SPK
11. Dùng ngón tay gõ nhẹ hoặc gãi trên mặt Micro hoặc thổi với độ mạnh thay
đổi vào micro. Nếu thấy có hiện tợng tự kích hãy điều chỉnh núm LEVEL
đến khi không còn tự kích.

24


12. Bạn có nghe thấy các tác động của mình trên loa?
a. Có

b. Không

13. Gỡ bỏ cầu nối giữa jack MIC OUT với jack AUDIO IN.

14. Dùng đồng hồ đo trở kháng giữa jack AUDIO IN của AUDIO
AMPLIFIER và jack AUDIO IN của ANALOG RECEIVER và ghi kết

quả đo
Rai =
15. Tháo bỏ đồng hồ.
Bây giờ bạn sẽ thực hành truyền tín hiệu tơng tự qua sợi quang.
16. Tìm khối ANALOG TRANSMITTER.
Nối đầu đo CH1 của oscilloscope và
máy phát sóng đến jack T-IN.
17. Đặt máy phát sóng để tạo tín hiệu
1 Vp-p, 1000 Hz, sine.
18. Chuyển đầu đo CH1 của oscilloscope
đến jack T-OUT
19. Trên khối PHOTO TRANSISTOR
đắt cầu RANGE về vị trí HI
và nối đầu đo CH2 của
oscilloscope
đến
điểm
EMITTER
20. Dùng sợi quang thủy tinh 1m (có các connector kiểu ST ở hai đầu và đợc ký
hiệu 62.5/125) để nối từ connector của khối FIBER OPTIC
TRANSMITTER đến lỗ trên tấm nhựa bên trên khối PHOTO TRANSISTOR

25

21. Để định hình cho CATHODE và
ANODE của khối FIBER OPTIC
TRANSMITTER phải đặt các cầu nối
hai cực về vị trí nào khi nối chúng đến
khối ANALOG TRANSMITTER?
a. ANALOG
b. DIGITAL
22. Hãy đặt các cầu nối hai cực đó về vị trí ANALOG.
23. Dạng sóng nào bạn quan sát thấy trên kênh CH2 của oscilloscope ?
a. Hình sine

b. Xung vuông

c. Răng ca

d. Không xác định

24. Tháo bỏ sợi quang khỏi khối PHOTO TRANSISTOR. Bây giờ bạn quan
sát thấy gì trên kênh CH2 của oscilloscope ?
a. Hình sine

b. Xung vuông

c. Răng ca

d. Không xác định

25. Lắp lại sợi quang đến khối PHOTO TRANSISTOR.

26. Tháo bỏ các đấu nối đến khối ANALOG TRANSMITTER
27. Chuyển cầu RANGE trên khối PHOTO TRANSISTOR về vị trí LO.
Chuyển sợi quang từ khối FIBER OPTIC TRANSMITTER sang Led đầu
tiên bên trái của khối LIGHT EMMITING DIODES (Led đỏ)
28. Tháo bỏ đầu đo CH2 của oscilloscope ra khổi điểm EMITTER và nối vào
đó đồng hồ đo. Đặt chế độ đo điện áp một chiều VDC
29. Xác định mức điện áp trên điểm EMITTER của khối PHOTO
TRANSISTOR (Vred)
Vred =

mVDC (112)

30. Bạn nhận thấy gì trên mặt đồng hồ khi chuyển cầu RANGE sang vị trí HI.
Nghĩa là mức điện thay đổi thế nào?
a. Giảm

b. Tăng

c. Không nhận thấy

d. Không thay đổi

31. Chuyển cầu RANGE trở về vị trí LO
32. Chuyển sợi quang từ Led đỏ sang
Led xanh.
33. Xác định mức điện áp trên điểm
EMITTER của khối PHOTO
TRANSISTOR (Vgreen)
Vgreen =

26

mVDC (9)

r41

r39

ds16

ds17

ds18

red

green

ired
r40