光纤通信4 光检测器与光接收机.pptVIP

灵敏度的量子极限 在这样的条件下，数字系统对于特定误码率有一个最小接收光功率要求，这个最小接收功率值就是量子极限。 灵敏度的理论最小值 假设： 没有暗电流 没有光子输入时，也不会有电子产生。 由于因为我们假定所有系统参数都是理想的，所以系统性能就仅仅受限于光检测过程中具有统计特性的量子噪声。 如果有一个电子产生，就认为是1。 设照射到光电检测器的光功率为 在　　时间内照射带光电检测器中的光能量是 在　　时间内光电检测器产生的平均电子－空穴数对是 光电二极管产生的初始光电流是一个时变的泊松过程 实际产生的电子—空穴对的值 是关于于平均值　　起伏的泊松分布： 是在时间间隔 内发射 个电子的概率。 假设在 时间段内有一个能量为E的光脉冲落在光检测器上， 如果光脉冲出现时没有电子空穴对产生则被接收机判断为0脉冲。 该时间段内发射0个电子的概率为： . 例：一个传输速率为10Mb/s的系统，BER要求达到10－9，试求光检测器上的最小入射光功率。如果检测器的量子效率为1，（假定0和1脉冲的个数相等，是数据速率B的一半）， 850nm。 解： 由于 通常称为均方根噪声， 故 也就是峰值均方根信噪比 设 例：一光接收机采用PIN-PD 要使误码率 求灵敏度。 解： Q=6 例：一光接收机采用PIN-PD 数字信号速率 只考虑热噪声，求灵敏度。 要使误码率 解： Q=6.5 （2）光电二极管的暗电流噪声 其中ID是初级（未倍增过的）光检测器体暗电流。 光检测器负载电阻的均方热噪声电流为： K：玻耳兹曼常数 T：绝对温度 （3） 对于光电探测器负载电阻的热噪声 光电检测器的特性 响应度 量子效率 截止波长 倍增因子 响应时间 噪声 对于pin 对于APD 量子噪声 热噪声 Si、Ge、InGaAs pin光电二极管的通用工作特性参数 1100～1700 0.75～0.95 0.5～2.0 0.05～0.5 1.0～2.0 5 800～1650 0.4～0.5 50～500 0.1～0.5 0.5～3.0 5～10 400～1100 0.4～0.6 1～10 0.5～1.0 0.3～0.7 5 nm A/W nA ns GHz V 波长范围 响应度 暗电流 上升时间 带宽 偏置电压 InGaAs Ge Si 单位 符号 参数 Si、Ge、InGaAs 雪崩光电二极管的通用工作特性参数 M·B 1100～1700 10～40 10～50 0.1～0.5 20～250 20~30 800～1650 50～200 50～500 0.5～0.8 2～10 20～40 400～1100 20～400 0.1～1 0.1～2 100～400 150~400 nm － nA ns GHz V 波长范围 雪崩增益 暗电流 上升时间 增益带宽积 偏置电压 InGaAs Ge Si 单位 符号 参数 M 应用 APD ：用于灵敏度要求较高的地方，但造价高 PIN：灵敏度要求不高的地方， 便宜 §4.3光接收机 光接收机的任务 从接收到带有附加噪声及失真的微弱光信号中恢复出携带的信息。 光接收机的输出特性综合反映了整个光纤通信系统的性能。 光纤通信系统有模拟和数字两大类 光接收机也有数字接收机和模拟接收机两种形式。 1、数字光接收机组成 光检测器 前置放大器 主放大器 均衡器 数字信号 恢复、时钟 线路译码 接口 偏置电路 自动增益 控制 由光电检测器、前置放大器、主放大器和均衡器构成 的这部分电路称为线性通道。 在光接收机中，线性通道主要完成对信号的线性放大，以满足判决电平的要求。 在实际电路分析中，可将光电二极管看成是一个与其结电容Cd并联的电流源，等效电路如图所示，其中RL为负载电阻。 光检测器 前置放大器 主放大器 均衡器 数字信号 恢复、时钟 线路译码 接口 线性通道 接收机的前端 接收机的前端包括反向偏压下的光电二极管和前置放大器。 接收机前端的简单模型和其等效电路。 光电二极管有一个小的串联电阻Rs，总电容Cd由结电容和封装电容组成。并联电阻（或负载电阻）为RL，光电二极管后面的放大电路的输入电容为Ca，输入电阻为Ra。 接收机前端简化模型 等效电路 多级网络的噪声 网络的噪声系数 放大器的噪声系数 4.4 光接收机的信噪比 在光纤通信系统中，通常要求光电二极管能检测出微弱的光信号。 为了得到较高的信噪比，可以采取以下措施： 为了检测到最小可能的信号，必须对光检测器和它随后的放大器电路进行最优化设计，以此来保证一定的信噪比。 光接收机输出端的信噪比S/N定义为 光检测器必须要有很高的量子效