Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE...

48
RECEPTOARE OPTICE

Transcript of Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE...

Page 1: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

RECEPTOARE OPTICE

Page 2: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

FOTODIODE P-I-NFOTODIODE CU AVALANSA

Page 3: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

FOTODIODE P-I-N

Page 4: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Constructia fotodiodei

Page 5: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

PRINCIPIUL DE FUNCTIONARE

Page 6: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Caracterisitici Electrice

(1)S dS c

W WR R

A

Page 7: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Caracterisitici Electrice - 2

0

0

0

0

0

(2)2

2

2

Sij

Si bi

Si

bi

Si

d

d Si bi

ACV V

AV V

AW

W V V

Page 8: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Caracterisitici Electrice - 3

3

0.35 (3)rdB

tf

2.2 (4)RCt RC

2 2 2 (5)R DRIFT DIFUZIE RCt t t t

Page 9: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Caracteristici optice

(6)PIRP

Page 10: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Influenta temperaturii

Page 11: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Caracteristica spectrala

Page 12: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Eficienta cuantica

,

,

. . 1240 (7)real

ideal

R RhcQ E RR q

Page 13: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Caracteristicile I-V

1 (8)B

qVk T

D SATI I e

1 (9)kVkT

TOTAL SAT PI I e I

Page 14: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Zgomotul in fotodiode

• Zgomot de alice

• Zgomot termic

Page 15: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

• Zgomot de alice

2 (10)sn P D PDI q I I f

Zgomotul in fotodiode

Page 16: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

• Zgomot termic

4(11)B PD

jnSH

k T fI

R

Zgomotul in fotodiode

Page 17: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

• Zgomotul total

2 2 (12)tn sn jnI I I

Zgomotul in fotodiode

Page 18: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

(13)tntN I fINEPR R

Zgomotul in fotodiode

• Puterea echivalenta de zgomot

Page 19: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Distributia spectrala a zgomotului

2sn P DS f q I I

2sn P D PDI q I I f

2

0n nI t S f df

2sN sn P DPDI A Hz I f q I I

Page 20: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

DATE DE CATALOG

Page 21: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Polarizarea fotodiodei - PC

3 (14)2dBMax

F j F A

GBPf HzR C C C

1

2

1 (15)OUTF

V RGain V W R RP R

Page 22: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Polarizarea fotodiodei – PC_2

Page 23: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Polarizarea fotodiodei - PV

1 (16)2OP

F F

f HzR C

(17)OUT F PV R I

4 (18)BN

F

k TAIRHz

1 (19)

22 F FF j F A

GBPR CR C C C

Page 24: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Polarizarea fotodiodei – PV_2

Page 25: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Proiectarea Receptorului Optic

Page 26: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Proiectarea Receptorului Optic

0 1

1 0

202

21

AVG

P P

P PP

P P P

Page 27: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Proiectarea Receptorului Optic

1

0

1

0

22

10

e

e

PrP

Pr dB logP

11 23

2 1e

AVG P Pe

rP P

r

Page 28: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

EXEMPLUProiectarea Receptorului Optic

179

AVG

e

P dBmr dB

207 94

AVG

e

P Wr .

12

1

7 94 12 20 1 55 20 31 247 94 1

eP P AVG

e

P P

rP P

r

.W . W W

.

Page 29: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Sensibilitate si BER

1 0 1 1 0 252

PE PE PE

2

2

1 2622P

XD X exp

Page 30: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Sensibilitate si BER - 2

0

1 0 27PPr ag

PE D X dX

2

22

11 0 2822

P PS

XPE exp dX

2

2

11 0 3022

P PS

tPE exp dt

29Xt

Page 31: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Sensibilitate si BER - 3

312

SNRPE erfc

21 3222x

terfc x exp dt

Page 32: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Sensibilitate si BER - 4

Page 33: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Sensibilitate si BER - 5

33P PP P

N ,ef N ,ef

P RISNRI I

34N ,efP P

SNR IP

R

1 352 1

N ,ef eAVG@ BER

e

SNR I rS PR r

Page 34: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Sensibilitate si BER - 6

36THPA

TIA

VIR

37N ,ef PAP P

SNR I IP

R

1 382 1

THN ,ef

eTIA

e

VSNR IrRS

R r

Page 35: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Sensibilitate si BERExemplu

Sa calculam sensibilitatea unui hibrid InGaAs PD/TIA, pentru 2.5 Gbps, la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W, curentul efectiv de zgomot transpus la intrarea amplificatorului cu transimpedanta egal cu 500 nA, si raportul de stingere al semnalului optic 9 dB.

1010BER 12 72SNR .9 7 94er dB .

12 72 0 5 7 94 14 56 23 4

2 0 9 7 94 1. . A .

S . W . dBm. A W .

10THV mV 2 8TIAR , k

1012 72 0 5 7 94 12 8 7 11 21 5

2 0 9 7 94 1

mV. . A .. kS . W . dBm

. A W .

Page 36: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

FOTODIODE CU AVALANSA

Page 37: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Constructia fotodiodei cu avalansa

Page 38: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Functionarea fotodiodei cu avalansa

Page 39: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Curentul de intuneric

(39)D ds dgI I MI

Page 40: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Caracteristica cistig – tensiune de polarizare

Page 41: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Caracteristica cistig – tensiune de polarizare

Page 42: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Parametrii de performanta ai APD

0 (40)S SI M R P

Page 43: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Zgomotul in APD

2 2( ) 2 ( ) 2 41n L dg dsI APD q I I M FB qI B

1 2 1 43F kM k M

42k

1 11 2 1 44F k M k M

Page 44: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Raportul semnal-zgomot si NEP in APD

2 2

24542 ( ) 2

L

L dg dsL

I MSkTBN q I I FBM qI BR

46nINEPMS

Page 45: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Raportul semnal-zgomot si NEP in APD

124 47

x

optL dg L

kTMq I I R

Page 46: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Raspunsul spectral

Page 47: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Caracteristica de frecventa

1 482c

t L

f RCC R

0.35 49rc

tf RC

0.44 50c rdrd

f tt

Page 48: Laboratorul de Microunde si Optoelectronica, Main ...rf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/RECEPTOARE OPTICE...la un BER = 10e(-10), presupunind responsivitatea detectorului de 0.9 A/W,

Conectarea la circuitul exterior