Шуми та чутливість оптичних приймальних пристроїв. Еквівалентна шумова схема вхідних каскадів оптичних приймальних пристроїв та її аналіз.



Під чутливістю приймального пристрою розуміють мінімальну потужність оптичного сигналу на вході фотодетектора, що забезпечує необхідну якість прийому, яка оцінюється відношенням сигналу до шуму в аналогових системах та ймовірністю помилки у цифрових системах. Найбільшу чутливість забезпечують пристрої з безпосереднім оптичним підсиленням та з гетеродинним прийомом. У ВОСП з оптичним мультиплексуванням використовуються оптичні підсилювачі. Гетеродинний прийом застосовується у деяких системах з атмосферним оптичним каналом та у когерентних ВОСП, він потребує високого ступеню когерентності випромінювачів.

Чутливість високошвидкісних приймальних пристроїв обмежена чутливістю фотодетектора його шумами та шумами першого каскаду підсилювача. Підвищення чутливості фотоприймального пристрою досягається використанням лавинних фотодіодів. Якість прийому сигналів цифровим приймачем оцінюється коефіцієнтом помилок при заданій швидкості передачі, а для аналогових пристроїв – відношенням "сигнал/шум".

На схемі наведені такі джерела шумів: дробовий ( ), темновий ( ), тепловий ( ). Шуми фотодетектора: – джерело шумового струму вхідного каскаду підсилювача,  – джерело шумової напруги у колі зворотного зв‘язку. Елементи схеми Rн та Cg відповідають опору навантаження фотодетектора Rн та ємності p-n-переходу фотодетектора Сg. Власний динамічний опір p-n-переходу ФД можна до уваги не приймати, тому що він значно менший від опору навантаження ФД. Rа та Са – елементи вхідного каскаду підсилювача, R0, C0– елементи кола зворотного зв’язку.

Джерела шумів та випадкових спотворень імпульсів, що призводять до появи помилки при прийманні оптичних сигналів.

Темновий шум.Темновий струм io звичайно дуже малий (io<<1 мкА для кремнієвих ФД) , він не передається приймальними пристроями, в яких використовується фільтр низьких частот. Отже, темновий струм майже не впливає на характеристики приймальних пристроїв.

Дробовий шум. Цей шум зумовлений випадковим пуасонівським розподіленням фотонів у оптичній хвилі, що приймається. У разі використання лавинного фотодіода цей шум підсилюється, процес підсилення є також випадковим. Спектральна щільність цього шуму в подвоєній смузі частот представляється виразом :,Де F(М) – коефіцієнт шуму фотодіода, який залежить від типу фотодіода, q – заряд електрона.

де Si – інтегральна струмова чутливість фотодетектора.

Вираз (3.12) виявляє суттєву відзнаку приймальних пристроїв волоконно-оптичних систем передачі від класичних приймачів радіодіапазону. В оптичних приймачах шум залежить від оптичної користуватися уявленнями теорії оптимального прийому, в якій вважається, що шум в приймачі є постійним та незалежним від потужності сигналу.

Спектральна щільність дробового шуму пов’язана із середнім квадратом струму дробового шуму співвідношенням ,        

де DF – смуга пропускання приймача.

 

Тепловий шум. Цей шум зумовлений резисторами RH, RA, R0. Спектральна щільність теплового шуму має вираз                                                                                                             

потужності сигналу, що приймається. де k – постійна Больцмана (1.38.10-23 Дж/К), а Т – абсолютна температура,

Власні шуми вхідного каскаду підсилювача. Власні шуми вхідного каскаду підсилювача оцінюються шумовим струмом іа та шумовою напругою eа та їх спектральними щільностями Nia та Nea (Nea вимірюється у В2/Гц). Спектральні щільності шумової напруги Nea та шумового струму Nia вхідного каскаду підсилювача залежать від виду транзистора вихідного каскаду (біполярний або польовий).

Шумові властивості фотоприймачів визначаються відношенням сигнал/шум, тобто відношенням середнього значення потужності сигналу до середньої потужності, що створюється всіма джерелами струму.


Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 135; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ