Электрическая часть фотоприемника

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 7Следующая ⇒

Электрическая часть фотоприемника должна обеспечивать эффективное усиление и фильтрацию преобразованных оптических сигналов, поэтому все электрические компоненты фотодетектора и усилителя электрического сигнала имеют решающее значение для характеристик приемника, а это значит, что и для характеристик линии связи в целом.

Рассмотрим эквивалентную схему фотодетектора.

- генератор тока; - проводимость диода; - сопротивление, обусловленное структурой p-n-перехода - - порядка Ома, поэтому - малая величина.

- емкость: зависит от конструкции диода (порядка ПФ).

В реальной электрической схеме влияет не очень сильно, - влияет значительно, а величиной пренебрегают.

Включение диода производят следующим образом:

Эквивалентная схема:

– входное сопротивление усилительного каскада; – емкость каскада; – входная емкость усилителя.

В соответствии с упрощением этой схемы получим:

Усилитель уже является идеальным ( ∞). Эта эквивалентная схема не для слишком высоких частот. Нужно обеспечить max отношение сигнал-шум ля заданных условий. Частотные свойства фотоприемника определяются цепочкой RC и коэффициентом передачи усилителя. С ростом частоты RC цепь заваливает высокие частоты:

Если реальная полоса меньше требуемой, то надо вводить коррекцию в усилитель.

При определении полосы пропускания приемника учитывают следующие факторы:

– от величины полосы пропускания принимаемый сигнал изменяет свою форму:

мала – импульсы растягиваются; - видеоимпульс становится относительно гладким:

Но при увеличении полосы мы «раскрываем ворота» для шумов, поэтому в фотоприемниках делают так, чтобы отношение с/ш было оптимальным. Для нахождения баланса в таких ситуациях вводят понятие шумовой эквивалентной схемы:

– дробовой шум, обусловлен квантовой природой света;

– тепловой шум;

– присущ всем активным элементам;

– шумовой ток усилителя;

– шумовое напряжение усилителя.

Эти шумы независимы и, складываясь, дают шумовое напряжение на RC-цепи. На вход усилителя подается шумовое напряжение. При определенных допущениях удалось получить формулу отношения с/ш:

М – коэффициент умножения ЛФД -диода;

F – коэффициент шума;

– полоса пропускания по эл. сигналу;

– заряд электрона;

– величина фототока.

Исходя из этой формулы, подбирая параметры приемника, мы можем обеспечить большее или меньшее отношение сигнал-шум. Из формулы видно, что отношение с./ш. зависит от фототока. В оптических системах шумовые свойства несет сам информационный сигнал. Такого явления в электрических схемах нет.

– для pin – диода;

– для ЛФД-диода.

Сам информационный сигнал несет в себе шум. Эта формула позволяет говорить о трех возможных вариантах построения приемника:

1. Усилитель берется с малым входным сопротивлением. При этом R мало и оптимизация параметров схемы позволяет добиться большего отношения с/ш.

2. Приемник с большим входным сопротивлением: пренебрегают отдельными слагаемыми и возможно достичь большого отношения с/ш.

3. Трансимпедансный усилитель: усилитель с отрицательной ОС. Наиболее часто во всех схемах используется именно он.

Формула отношения с/ш. позволяет проанализировать идеальный случай: пусть

М – очень большая величина; F=1. Тогда все слагаемые в знаменателе, где есть как делитель, приравниваем к нулю:

, тогда ;

– подставляя в предыдущее выражение получаем:

Необходимая оптическая мощность:

– показывает минимальную мощность оптического сигнала.

Реально оптический сигнал должен иметь гораздо большую мощность.

Трансимпедансный фотоприемник:

Этот усилитель с ОС обеспечивает характеристику

При этом в определенных пределах пропорционально фототоку и не зависит от частоты (в определенных пределах). Такое построение позволяет обеспечить необходимую полосу. В настоящее время, в фотоприемниках используется трансимпедансная схема построения.

Схема всего приемника в системе связи:

1 – Фотодетектор;

2 – Трансимпедансный усилитель;

3,4,5 – Усилитель с частотным фильтром (4) и схемой АРУ (5);

6 – Схема выработки импульсов тактовой частоты;

7 – Схема выработки порога сравнения;

8 – Сравнивающее устройство;

9 – Схема формирования стандартных импульсов.

В плоскости I на выходе есть сигнал и шум. Если есть только шумовая составляющая, то закон распределения почти нормальный (-), если сигнал (+), то закон распределения другой (-)

В блоке 8 по заданному

Блок 7 вырабатывает (пороговое напряжение). вырабатывается так, чтобы заштрихованная область была минимальной.

(при одинаковой вероятности 0 и 1)

В блоке 8 сравнение принятого сигнала с порогом производится в фиксированные моменты времени с периодом тактовой частоты, а также частоты, вырабатываемой

блоком 6

В моменты происходит сравнение в узком интервале. Если это значение превышает Uпор на вых. Блока 8 появляется импульс иначе 0. В блоке 9 формируется стандартная кодовая комбинация, соответствующая принятой последовательности. Далее она поступает на систему обработки. От работы генератора 6 и выработки Uпор зависят ошибки, которые появляются в приемнике, поэтому важны не только фильтрация и выделение полосы, но и выделение тактовой частоты и определение Uпор. Все вместе обеспечивает некоторую вероятность ошибки в системе Pош =10^-9.

Вероятность ошибки в таком понимании зависит от многих факторов. Есть понятие пороговой мощности Pпор – это та величина мощности света сигнала, которую надо подать на фотодетектор, чтобы обеспечить заданную вероятность ошибки фотоприемника (в точке после блока 9). Это пороговая мощность определяет всю энергетику линии. Рпор (дБм) = 30÷40 дб.

Классификация ОСП

1. Цифровые СП.

2. Аналоговые СП.

3. Когерентные СП.

4. Атмосферные ОСП.

Цифровые СП: в настоящее время занимают основное место. Эти системы можно разделить на системы работающие на одной частоте или длине волны и системы многоволновые.

Одноволновые системы в настоящее время обеспечивают скорость передачи не выше 10Гбит/с.

Многоволновые (WDM-сист.) – 100 и более Гбит/с (по одному волокну).

Две эти разновидности цифровых систем используют прямое детектирование, когда световой импульс в фотодетекторе превращается в видеоимпульс.

Сигнал в таких системах может получаться в результате внутренней модуляции или внешней.

При внутренней модуляции коммутируется ток накачки источника излучения. Но т.к. это сопровождается изменением несущей частоты и расширением спектра излучения лазера, такой метод не применяется в высокоскоростных системах и тем более WDM-системах.

Поэтому разработаны методы внешней модуляции. Суть их в том, что лазер работает в непрерывном режиме, а модулируется световой поток в волокне.

Одна из возможных схем такой модуляции.

1 – лазер (ист. излучения);

2 –оптический вентиль (пропускает свет в одном направлении и не пропускает в обратном);

3 – собственно модулятор;

4 – модулирующий цифровой поток.

На выходе последовательность оптических импульсов с информационным цифровым потоком. В такой системе исключается изменение частоты и не происходит расширения спектра.

Аналоговые системы СП находят применение в кабельном телевидении и в некоторых системах высококачественного радиовещания (кабельного), в телеметрии.

В этих системах сигнал существует в аналоговой форме, когда информационным аналоговым сигналом модулируется интенсивность оптического излучения, либо аналоговый информационный сигнал модулирует по частоте радиочастотную поднесущую, которая затем модулирует мощность оптической несущей.

Когерентные СП: они характерны тем, что оптический сигнал в приемнике преобразуется в сигнал радиочастоты, который усиливается усилителем промежуточной частоты с последующим детектированием, т.е. когерентная СП работает как супергетеродинный приемник (прием в этой системе) это позволяет повысить чувствительность приемника на 15..20 дб, т.е. получить гораздо большую чувствительность.

Отсюда увеличивается скорость или дальность передачи.

Теоремы проработки и практическая реализация таких систем показали их возможность, но технические трудности оказываются большими.

В настоящее время коммерческих когерентных систем не существует.

Оптическая несущая 10¹⁴ Гц. Промежуточная частота в когерентных системах 100 МГц. И чтобы поддержать 100 МГц, оптический гетеродин должен быть очень высокостабилен. Сигнал и гетеродин должны совпадать по поляризации (нужно спец. волокно).

Оптические атмосферные СП: они уже делаются как коммерческий продукт. Они используются в системах подвижной связи.

Преимущества:

1) связь по воздуху в условиях города, но радиус их действия ограничен (порядка 1км);

2) скорость передачи как в ВОСП.

Трудности:

1) Атмосфера меняет свою прозрачность, уровень сигнала меняется;

2) Наводка на приемник не просто ввиду узости лазерного луча;

3) Система работает в естественных условиях, сильно влияют климатические факторы.

Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 951; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!