Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Шумы фотоприемных устройств (ФПУ)



 

Приемники ВОСП должны детектировать очень сложные сигналы, так как шумы в приемном устройстве неустранимы. Именно они ограничивают минимальную детектированную мощность. Основными источниками шума являются дробовые и тепловые шумы ФД и шумы предусилителя. Дробовый шум обусловлен дискретной природой преобразований фотон-электрон/дырка. Поэтому в исходный момент времени образуется случайный ток, который влияет на величину фототока. Тепловые шумы появляются в виде случайного тока в нагрузке и обусловлены тепловым движением носителей. Параметр отношения сигнал-шум является общепринятым критерием оценки качества сигнала в системах.

 

(4.2)

 

где - фототок;

Fш(М) – коэффициент лавинного шума ФД (для pin Fш(М)=1);

К =1,38*10-23 Дж/К – постоянная Больцмана;

Т – температура по Цельсию;

Rэ – эквивалентное сопротивление в цепи ПрОМ;

М – коэффициент лавинного умножения;

Дш – коэффициенты шума усилителя;

DF – ширина спектра сигнала.

 

Эквивалентная схема ФПУ приведена на рисунке 4.8.

 

 

 

 


Рисунок 4.8 - Эквивалентная схема ФПУ

 

Компоненты схемы:

Iф – источник фототока;

Rд – сопротивление ФД (сопротивление p-n перехода);

Сд – емкость ФД;

Lв, Rв – индуктивность и сопротивление выводов;

Ср – разделительная емкость;

См – емкость монтажа;

Ry,Cу – параметры усилителя

 

Любое ФПУ характеризуется:

- входной оптической полосой;

- выходной электрической полосой.

Выходной полосой ФПУ управляют все элементы эквивалентной схемы ФПУ. Необходимо согласовывать ПЧ информационного сигнала с полосой пропускания ФПУ. Для достижения максимального отношения сигнал/шум.

ПП ФПУ определяется по электрической характеристике (рисунок 4.9)

 
 

 


Рисунок 4.9 - Полоса пропускания ФПУ

ПП ФПУ при известном коэффициенте по мощности (Км) и по току (Кт), (дБ) определяется на уровне -3дБ. При этом ΔFФПУвых ограничивается модулирующей частотой электрического сигнала, а ΔFФПУвх ограничивается модулирующей частотой оптического сигнала.

 

Известны следующие соотношения:

 

- для гауссовского распределения:

(4.3)

- для импульса прямоугольной формы:

(4.4)

Определение отношения сигнал/помеха на выходе ФПУ, содержащего интегрирующий усилитель (ИУ). Схема ФПУ с ИУ приведена на рисунке 4.10.

 
 

 

 


Рисунок 4.10 - Схема ФПУ с ИУ

 

ИУ обладает большим входным сопротивлением – от 1 до 10 МОм.

Достоинства ИУ:

- простота реализации;

- большой коэффициент усиления (Кус);

- малый шум;

Недостатки ИУ

- ограничение по динамическому диапазону усиления;

- плохо управляемая полоса пропускания за счет влияния всех элементов схемы (емкостных и индуктивных).

 

 

 
 


- Сэ, Rэ – эквивалентные элементы схемы ФД и

усилителя

 

       
 
Uвх
 
Uвых
 


Кус

 

Рисунок 4.11 – Эквивалентная схема

 

(4.5)

(4.6)

 

где Rэ, Сэ – эквивалентные элементы схемы ФД;

R*э, С*э – характеризуют параметры самого усилителя.

 

Для того чтобы получить идеальное значение напряжения. На выходе ФПУ стремятся согласовать параметры усилителя (R*э, С*э), с параметрами ФД (Rэ, Сэ).

Поэтому когда параметры усилителя и ФД совпадают:

(4.7)

Подобрать R*э, С*э очень сложно, поэтому достичь выражения (*) практически невозможно. В этой связи напряжение на выходе ФПУ уменьшается.

 

 
 

 


Рисунок 4.12 - Шумовая эквивалентная схема ФПУ с ИУ

 

(4.8)

 

 

Для того чтобы получить максимальное отношение сигнал/помеха необходимо применять ЛФД. При этом составляющие а, б, в, г, д уменьшаться. Кроме того в схеме ФПУ с ИУ применяются корректирующие цепочки, которые уменьшают влияние Rэ, Сэ. При этом отношение сигнал/помеха возрастеют.

 

Определение отношения сигнал/помеха для ФПУ с трансимпендансным усилителем (ТИУ). Отличием этой схемы является наличие отрицательной обратной связи (ООС). При этом Rос должно быть много меньше, чем эквивалентное сопротивление схемы.

 
 

 


Рисунок 4.13- Схема ФПУ с ТИУ

 

Преимущества ТИУ:

- более управляемая полоса частот ФПУ;

- возможность работы с сигналами более широкого динамического диапазона.

Недостаток ТИУ:

- возможность самовозбуждения усилителя при переходе отрицательной обратной связи в положительную.

(4.9)

 

Полосы пропускания ФПУ определяются:

(4.10)

(4.11)

Управлять полосой Δfиу затруднительно, так как подобрать Rэ,Сэ очень сложно. При использовании ТИУ, управление полосой осуществить гораздо легче. Она зависит от Кус и Rос. При Rmin <=Roc<=Rmax. При неправильном выборе Rос, произойдет самовозбуждение усилителя.

 

Идеальное ФПУ. Найдем отношение сигнал/помеха, а так же минимальный уровень по мощности в точке приема для идеального ФПУ. При этом считаем основной составляющей помехи является дробовый шум фототока. Тогда отношение сигнал/шум примет следующий вид:

(4.12)

Возведем левую и правую часть в квадрат:

(4.13)

Для идеального ФПУ отношение сигнал/шум зависти только от Δf:

(4.14)

;

подставим (4.14) в (4.13):

(13);

(4.15)

Исходя из заданного соотношения сигнал/шум, а так же паспортного значения S при проектировании определяется Рпрmin. Значение Рпрmin зависит от исходного сигнала, и чем шире полоса частоты передаваемого сигнала, тем больший уровень по мощности в точке приема необходимо получить.

 

Основные характеристики ПрОМ:

1) Рабочий диапазон длин волн, нм.

2) Номинальная скорость приема символов цифрового сигнала, кбит/с.

3) Уровень чувствительности, дБм. Определяется как минимальное значение уровня мощности оптического излучения на входе приемника, при котором обеспечивается коэффициент ошибок не более 1×10-10 к концу срока службы аппаратуры ВОСП.

4) Уровень перегрузки, дБм. Определяется как максимальное значение уровня мощности оптического излучения на входе приемника, при котором обеспечивается коэффициент ошибок не более 1×10-10 к концу срока службы аппаратуры ВОСП. При высоких уровнях оптических сигналов на входе ПрОМ с каскадами усилителей могут появляться хвосты фототока при отсутствии оптического сигнала. Нулевые сигналы детектируются с ошибкой.




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.