18145

Методы расчета чувствительности приемного оптического модуля (ПРОМ)

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Лекция 12. Методы расчета чувствительности приемного оптического модуля ПРОМ Приемный оптический модуль включает: фотодиод pin или лавинный фотодиод; предварительный усилитель; блок автоматической регулировки усиления. Малошумящий усилитель вып...

Русский

2013-07-06

196.27 KB

102 чел.

Лекция 12.

Методы расчета чувствительности приемного оптического модуля (ПРОМ)

Приемный оптический модуль включает:

  1.  фотодиод p-i-n или лавинный фотодиод;
  2.  предварительный усилитель;
  3.  блок автоматической регулировки усиления.

Малошумящий усилитель выполняется по двум схемам:

  1.  высокоимпедансный усилитель;
  2.  трансимпедансный усилитель.

Вых.

Ku

Корр.

АЧХ

RH

Есм

Вых.

Ku

ROC

h

Структурные схемы этих усилителей показаны на рис.12.1.

а) высокоимпедансный усилитель  б) трансимпедансный усилитель

Рис. 12.1. Структурная схема малошумящего усилителя

Схема, показанная на рис. 12.1 а) характеризуется большим входным сопротивлением. Для коррекции АЧХ используются корректоры.

В схеме, показанной на рис. 12.1 б) расширение полосы пропускания производится за счет отрицательной обратной связи.

Чувствительность (в данном случае) – это минимальная средняя по времени мощность оптического сигнала на входе ПРОМ при заданных характеристиках этого сигнала и обеспечения требуемого отношения сигнал/шум или коэффициента ошибок . Коэффициент ошибок учитывает вероятность ложного восприятия сигнала.

Связь между и следующая:

если  

Чувствительность ПРОМ определяется в энергетических и логарифмических величинах.

В энергетических величинах чувствительность ПРОМ определяется согласно соотношению:

,   (Вт)       (12.1)

– требуемое соотношение сигнал/шум;

– эквивалентная мощность шумового тока ПРОМ в заданной полосе частот, соответствующей определенной скорости передачи информации;

- чувствительность фотоприемника на длине волны излучения лазера.

В логарифмических единицах чувствительность ПРОМ определяется согласно соотношению:

, дБМ   (12.2)

Чувствительность ПРОМ определяется как параметрами фотоприемника, так и параметрами предусилителя.

На входе предусилителя устанавливаются малошумящие СВЧ активные элементы. К ним относятся биполярный транзистор на основе  кремния или  полевой транзистор. Вклад в эквивалентную мощность шумового тока () вносят шумы приемника излучения, резистора его нагрузки и шумы первого транзистора предусилителя.

Приведем соотношение для расчета для схем, использующих p-i-n фотодиод и лавинный фотодиод (ЛФД), а в качестве предусилителя –  полевой транзистор и биполярный транзистор.

Расчет ПРОМ с p-i-n фотодиодом и полевым транзистором

Схема приемного оптического модуля с p-i-n фотодиодом и полевым транзистором показана на рис.12.2.

Рис.12.2. Схема ПРОМ с p-i-n фотодиодом и полевым транзистором

Основные расчетные формулы, которые используются при расчете ПРОМ, приведены ниже.

Эквивалентную мощность шумового тока ПРОМ определяют, используя следующее соотношение:

, А2    (12.3)

Коэффициенты и рассчитывают, пользуясь следующими соотношениями:

,  А2/Гц           (12.4)

,  А2/Гц   (12.5)

, – интегральные коэффициенты, зависящие от амплитудно-частотной характеристики приемного оптического модуля (для типичных АЧХ , );

– скорость передачи информации;

– постоянная Больцмана;  

– температура;

, – коэффициенты, учитывающие шумы стока и шумы наведенные на затвор;

– сопротивление нагрузки;  

– заряд электрона;  

– темновой ток через фотодиод;

– крутизна характеристик полевого транзистора в рабочей точке;

– суммарная емкость, включающая следующие компоненты:

        (12.6)

емкость p-i-n перехода;

– емкость монтажа;

и – емкости перехода затвор-исток и затвор-сток соответственно;

– емкость входа, определяемая соотношением:

     (12.7)

Сопротивление нагрузки выбирают из условия, что его вклад в эквивалентную мощность шума составляет не более 10% и определяют согласно соотношению:

  (12.8)

Спектральная плотность шума полевого и биполярного транзистора следующие:

  

Расчет приемного оптического модуля на основе p-i-n фотодиода и биполярного транзистора.

Схема приемного оптического модуля на основе p-i-n фотодиода и биполярного транзистора показана на рис.12.3.

Рис.12.3. Схема ПРОМ с p-i-n фотодиодом и биполярным транзистором

Основные расчетные формулы, которые используются при расчете ПРОМ, приведены ниже.

Эквивалентную мощность шумового тока ПРОМ определяют, используя следующее соотношение:

, А2       (12.9)

Коэффициенты , и рассчитывают, пользуясь следующими соотношениями:

, А2/Гц   (12.10)

, А2/Гц2   (12.11)  

, А2/Гц3      (12.12)

– статический коэффициент усиления биполярного транзистора по току;

– динамическое входное сопротивление биполярного транзистора;

Сопротивление нагрузки определяется согласно соотношению:

(12.13)

Расчет чувствительности ПРОМ на основе ЛФД, полевого и биполярного транзисторов осуществляется в энергетических и логарифмических величинах.

В энергетических величинах чувствительность ПРОМ определяется согласно соотношению:

    (12.14)

– эквивалентная мощность шумового тока для полевого транзистора или биполярного транзистора, рассчитанная по предыдущим формулам;

– заряд электрона;

– умножаемая часть темнового тока лавинным ФД;

– среднее значение коэффициента лавинного умножения;

– показатель избыточного шума (для ЛФД (Si), для ЛФД (Ge)).

В логарифмических единицах чувствительность ПРОМ определяется согласно соотношению:

 , дБм    (12.15)

Среднее значение коэффициента лавинного умножения определяется согласно соотношению:

      (12.16)


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

52709. Героев имена помнит Донбасс 53 KB
  Цель: Воспитывать уважительное отношения к исторической памяти народа. Способствовать формированию стремлению учащихся знать историю своего народа и отстаивать историческую правду. Воспитывать ответственность, эмпатию, потребность личного участия в мероприятиях, посвященных празднованию памятных дат.