[ Список тем] страницы темы: [1] [2] [3]

Приемники оптического излучения.
Технические характеристики, шумы ФПУ. Функциональные схемы ФПУ.

Факторы, влияющие на технические характеристики ФД и ЛФД, сложны и сильно взаимосвязаны между собой. К главным из них относятся: токовая чувствительность; квантовая эффективность; темновой ток; время нарастания и спада; эквивалентная мощность шума; соотношение сигнал/шум и чувствительность аналоговых систем; частота появления ошибок и чувствительность цифровых систем; насыщение ПРОМ, максимально допустимое обратное напряжение и т.д.

1. Токовая чувствительность (монохроматическая) Sтч (А/Вт) определяется следующим образом:
где:
Iф – фототок;
– полная оптическая мощность излучения на длине волны

Типичное значение токовой чувствительности для p-i-n фотодиодов в рабочих диапазонах составляет 0,5-0,8 А/Вт, а для лавинных фотодиодов 20-60 А/Вт.

Токовая чувствительность характеризует фотоприёмник на низких частотах модуляции.

2. Квантовая эффективность (безразмерная величина) определяется следующим образом:

где:
Nф - количество фотонов, падающих за единицу времени на фотоприёмник;
Nэ - количество рождённых в результате этого свободных электронов (или электронно-дырочных пар).

Квантовая эффективность для p-i-n фотодиодов не может быть больше 1(100%).

Характеристики и Sтч используют при создании ПРОМ, когда необходимо согласовать последующий каскад электронных усилителей, рис.2. Здесь представлена зависимость квантовой эффективности от длины волны для различных материалов.

Рис.2. Зависимость квантовой эффективности от длины волны для различных материалов

3. Темновой ток Iт(А) - это ток, протекающий через нагрузку обратно смещённого фотодиода, при отсутствии светового потока падающего на фоточувствительную площадку фотодиода, и называется иначе током утечки. Величина темнового тока зависит от материала полупроводника, температуры окружающей среды и конструкции фотоприёмника. Типовые характеристики фотоприемников приведены в табл. 2

Из этой таблицы видно, что фотодиоды, изготовленные из германия, имеют наибольшее значение тока утечки, который может составлять от долей до сотен единиц миллиампера. В присутствии светового потока этот ток добавляется к току полезного сигнала фотоприёмника.

4. Время нарастания тнар (спада тсп) - характеризует работу фотоприёмника в импульсном режиме и является его важнейшей динамической характеристикой. Время нарастания определяется как время, необходимое выходному сигналу, чтобы возрасти от уровня 0,1 до 0,9 (упасть от 0,9 до 0,1) от установившегося максимального значения при условии, что на вход подаются строго прямоугольные импульсы света большой длительности. Эти времена зависят от геометрии фотодиода, материала, напряжённости электрического поля в слаболегированной области, температуры.

5. Эквивалентная мощность шума Рш (Вт) определяет минимальную мощность оптического сигнала на входе ФПУ, при которой отношение сигнал/шум равно единице, и вычисляется по формуле

Где:
Iш – полный шумовой ток;
Sтч – токовая чувствительность.

6. Соотношение сигнал/шум и чувствительность аналоговых систем. Приемлемое соотношение сигнал/шум зависит от типа системы. Для одних систем приемлемым может быть величина 50-60 дБ, для других 30 дБ. Зная Рш и требования к отношению сигнал/шум, можно определить минимальный входной сигнал Рш.min – чувствительность аналогового ПРОМ, при котором вносимые искажения и шумы будут в пределах нормы.

7. Частота появления ошибок. В цифровых системах, когда информация передаётся битами, мерой качества принятого сигнала является вероятность некорректного приёма 0 или 1, которая называется частотой появления ошибок (БЕР). Она определяется как отношение количества неправильно принятых битов к полному числу принятых битов. В цифровых системах, применяемых для нужд телекоммуникаций частота появления ошибок не должна превышать величины В вычислительных сетях требования к БЕР более высокие и эта величина не должна превышать Частота появления ошибок зависит от скорости передачи - чем меньше скорость передачи, тем меньше БЕР.

8. Чувствительностью цифрового ПРОМ называется минимальная мощность входного сигнала, при которой БЕР не выходит за рамки максимально допустимого значения, установленного для данного приложения. Для нормальной работы приложения мощность входного оптического сигнала должна быть не менее чувствительности ПРОМ. Чувствительность цифровых приёмников также принято измерять в дБм.

9. Насыщение ПРОМ. Насыщением цифрового ПРОМ называется максимальная входная мощность, выше которой БЕР начинает превосходить максимально допустимую величину для данного приложения. Диапазон значений мощности от чувствительности до насыщения ПРОМ называется динамическим диапазоном ПРОМ.

10. Максимально допустимое обратное напряжение Uобр – это напряжение, превышение которого может привести к пробою фотоприёмника и его разрушению.

1.Фотоприемник, преобразующий полученный оптический сигнал в электрический.
2.Каскад электрических усилителей, усиливающих сигнал и преобразующих его в форму, пригодную для обработки.
3.Демодулятор (блок регенерации), воспроизводящий первоначальную форму сигнала.

На рис.3 приведены элементы приемных оптоэлектронных модулей (ПРОМ).

Различают синхронные и асинхронные режимы приема-передачи цифрового сигнала. При синхронном режиме битовый поток между приемником и передатчиком носит непрерывный характер. При асинхронном режиме данные передаются в виде организованных битовых последовательностей – пакетов. В промежутках между пакетами линия молчит – сигналов нет.

Рис.3 Функциональные элементы приемных оптоэлектронных модулей(ПРОМ)

а) аналогового;
б) цифрового

Электронные предусилители и усилители. Типовое значение оптического сигнала на входе фотоприёмника составляет порядка 1-10 мкВт и менее. Если в ПРОМ в качестве фотоприёмника используется p-i-n фотодиод с токовой чувствительностью 0,6-0,8 А/Вт, то на его выходе ток составит несколько микроампер и для правильной работы последующих узлов его необходимо усилить: обычно для этого используется предусилитель с низкими шумами и усилитель мощности.

Фильтр формы - позволяет увеличить соотношение сигнал/шум посредством избирательного (в определённом диапазоне частот) подавления шумов.

Цепь принятия решения - служит для различения и выделения сигналов 0 и 1 из общей последовательности принимаемых цифровых сигналов. Если амплитуда поступающего на дискриминатор сигнала меньше порога, то на выходе дискриминатора сигнала не будет (0), если же она превосходит порог, то на выходе идёт сигнал определённой амплитуды (1).

Таймер служит для подавления ресинхронизации сигнала. Такая функция в ПРОМ необходима, так как по мере передачи и ретрансляции сигнала случайные временные ошибки могут накапливаться и достичь уровня, сравнимого с длительностью самого импульса. В результате приёмник ошибочно может интерпретировать принятый бит или «потерять» бит.

На сети SDH при синхронной передаче в битовом потоке наряду с полезной информацией присутствуют специальные синхроимпульсы, по которым настраивается (плавно перестраивается под частоту передатчика) таймер приёмника. В сложной сети SDH существует один независимый ведущий таймер, на который равняются другие устройства сети.

1. Перечислите основные характеристики ФПУ.
2. Поясните характеристику токовой чувствительности ФПУ.
3. Поясните характеристику темнового тока ФПУ.
4. Перечислите основные элементы ПРОМ (ФПУ).
5. Поясните назначение основных элементов ПРОМ.

---

[ Список тем] страницы темы: [1] [2] [3]