现代通信技术第3版魏东兴光纤CH4章节
22页1、第4章 光接收机,本章内容: 4.1 数字光接收机基本组成 4.2 光检测器 4.3 光接收机前端及噪声 4.4 光接收机的灵敏度 4.5 光接收机的线性通道及数据恢复,4.1 数字光接收机基本组成,数字光接收机分为:前端、线性通道和数据恢复三部分。 光接收机最主要的性能指标:灵敏度. 光接收机的中心问题是如何降低输入端的噪声,提高接收灵敏度。,光检测器将光信号转换成电信号, 前置放大器对整个接收机的灵敏度影响很大, 主放大器的作用提供足够增益,AGC电路控制,动态范围。均衡滤波器:保证判决时不存在码间干扰。 判决器和时钟恢复电路对信号进行再生。 译码(或解扰)电路。,4.2 半导体光检测器,光纤通信系统对光检测器的基本要求:,(1) 波长响应要和光纤低损耗窗口(0.85m、1.31m和1.55m)相一致; (2) 响应度要高,在一定的接收光功率下,能产生最大的光电流; (3) 响应速度快,满足高工作码速要求; (4) 噪声要尽可能低,能接收极微弱的光信号; (5) 性能稳定,可靠性高,寿命长,功耗和体积小。,光检测器的类型包括: PDPhotoDiode PINp-i-n APDAv
2、alanche Photo Diode MSMMetal-Semiconductor-metal,4.2.1 光电二极管PD工作原理,PD反偏 光子h入射,且: h Eg 或 hc/Eg 电子跃迁,价导电子空穴对 电场作用:漂移, 电子N区 空穴P区,PD缺点:响应速度慢 电子和空穴在耗尽区以外的扩散运动 故PD不实用,Depletion region,4.2.2 PIN光电二极管,I区: 高阻(V基本都加在I区上)、高压、减小P、N区宽度,减少扩散提高O/E效率,PIN 特性参数,截止波长c,显然, c越大光电转换效率越高,但有前提:hEg否则,光电转换的几率下降 定义截止波长c:,PIN 特性参数(C1),吸收系数:,(4-8),由图可见,Si光敏二极管的波长响应范围大约为0.71.0m, Ge和InGaAs光敏二极管的波长响应范围大约为1.11.6m, InGaAs稍宽,PIN 特性参数(C2),2. 响应速度 工作速度(带宽),3. 暗电流Id 定义:无光照时光电二极管的反向电流Id 原因:包括晶体材料表面缺陷形成的泄漏电流和载流子热扩散形成的本征暗电流。 后果:产生噪声,影响
3、光接收机的灵敏度。 SiPIN光电二极管Id100nA,响应时间由 光生载流子在电场区的渡越时间tr=W/vs W为耗尽层的宽度,vs是载流子的平均漂移速度, 包括光敏二极管在内的检测电路RC常数所决定,见下图。,4.2.3 雪崩光电二极管(APD),“碰撞电离”效应,APD的特性参数,2. 响应速度工作速度,3. 暗电流 无光照时光电二极管的反向电流,式中,是噪声功率,g是随机倍增数;是APD的倍增均方值: =F()2 =F(G )G2 F(G)是APD的过剩噪声系数,它可以近似表示为 F( G )G x x称为APD的过剩噪声指数 ,0x1。 由以上各式可得噪声功率: =2eI0G2+xf 其中,f为噪声带宽,结论:由此式可知,噪声指数表示由于倍增作用而增加噪声,经过APD倍增后,信号功率与G2成正比,而噪声功率则与G2+x成正比,即噪声增大是信号增大的Gx倍。,MSM光敏二极管,一种新型光敏管 结构:无PN 结,但是其工作原理与PIN、APD相同,仍然是光子入射,产生电子空穴对。 金属电极连接在半导体表面,称为Finger,加上电场后,在Finger之间产生强电场。这种结构称为P
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