광학 수신기에 있는 Pin Photodiodes와 Avalanche Photodiodes 비교

광 수신기의 Photodiodes 소개

광 통신 시스템은 광 신호가 전기 전류로 변환하는 광검출기에 의존합니다. 두 개의 지배적 인 광검출기는 PIN 광 다이오드 및 avalanche photodiodes (APDs)입니다. 이 문서는 구조, 작동 및 다양한 응용 프로그램에 적합한 검출기를 선택할 수 있도록 성능을 비교합니다. 이러한 구성 요소를 이해하는 것은 통신, 감지 및 저쪽에 효율적인 광 수신기를 설계하는 데 필수적입니다.

PIN 포토다이오드

구조와 일

PIN 광다이오드에는 몹시 도핑된 p-type 지역으로 이루어져 있는 층을 둔 구조가, intrinsic (undoped) 반도체 층 및 몹시 도핑된 n 유형 지구 있습니다. 본질적인 층은, 능률적인 광 흡수를 허용하. 에너지로 광이 반도체 붕대가 이 층을 더 중대한 때, 그들은 전기 구멍 쌍을 생성합니다. 이 운반대는 그 후에 적용되는 반전 bias에 의하여 떨어져, 광학적인 사건을 위한 광학적인 힘, 그리고 가장 낮은 힘으로 창조합니다. 이 단위는, 광학적인 접촉을 위한 광학적인 힘, 광학적인 접촉을 위한 광학적인 힘, 그리고 가장 낮은 힘으로 만듭니다.

핵심 특성

High speed: 40 GHz의 대역폭을 초과하여 인트라우스 지역에서 짧은 캐리어 운송 시간으로.
Low noise: 멀티플렉시브 소음 없음; 샷 및 열음만 기여, 높은 신호 대역 비율을 가능하게 합니다.
Low bias: 최소 전압을 필요로 하고, 전력 공급 디자인을 간단하게 하고 전력 소비를 감소시키십시오.
Materials: 실리콘 가시 파장 (400-1100 nm) 및 광경에 사용되는 적외선 (900-1700 nm)에 대한 인듐 염 (InGaAs). 자세한 내용은 ]PIN 다이오드 Wikipedia 페이지를 참조하십시오.

Avalanche 사진

구조 및 다중화

APD는 또한 p-i-n 구조를 특색짓습니다 그러나 충격 이온화가 photocurrent를 증폭하는 높 분야 지역을 포함합니다. photon가 1 차적인 전기 구멍 쌍을 생성할 때, 운반대는 전기 분야에서 가속하고, 다른 원자를 이온화하는 충분한 에너지를 얻는. 이 2 차적인 쌍을 창조하고, avalanche 다용도 효력에 지도하. 이익 요인은, 일반적으로 10에서 1000년 배열하는, 적용한 bias 전압 및 장치 디자인에 달려 있습니다. APDs는 수시로, 열악한 온도를 초과하는, 열악한 온도를 증가합니다.

소음 및 이득 무역 떨어져

APD는 수많은 카메라를 사용하여 카메라를 읽을 수 있습니다. 이 기능은 읽을 수 있는 카메라를 사용하여 카메라를 읽을 수 있습니다. 이 기능은 읽을 수 있는 카메라를 사용하여 읽을 수 있습니다. 읽을 수 있는 카메라는 읽을 수 있습니다. 읽을 수 있는 카메라는 읽을 수 있습니다. 읽을 수 있는 카메라는 읽을 수 있습니다. 읽을 수 있는 카메라는 읽을 수 있습니다. 읽을 수 있는 카메라를 읽을 수 있습니다. 읽을 수 있는 카메라는 읽을 수 있습니다.

비교 분석: PIN vs. APD

감도와 책임

응답성(Responsivity)는 단위 사건 광전도 당 photocurrent를 측정합니다. PIN 다이오드를 위해, 책임은 quantum 효율성, 일반적으로 0.5에서 1.0 1550 nm에 InGaAs를 위한 A/W에 의해 제한됩니다. APD 효과적인 책임 책임은 이익 요인에 의해, 잠재적으로 100 A/W를 초과합니다. 감도, 최소한도 탐지가능한 광학적인 힘은, APDs를 위해 더 나은 대략 10 dB입니다. 예를 들면, 10 Gbps APD 수신기는 LT-1--18dBm에 비교된 광학적인 감도를 위해, LT-1--18dBm에 대하여 설명될 수 있습니다. [[]

대역폭 및 속도

PIN photodiodes는 일반적으로 운반 시간이 짧기 때문에 더 높은 대역폭을 제안하고 다중화 지연이 없습니다. 상업적인 PIN 장치는 40 GHz를 초과하고, 100 Gbps 이상에 자료 비율을 지원합니다. APDs에는 다용도 및 더 긴 운반 경로에 요구되는 시간 때문에 더 낮은 대역폭이, 일반적으로 1 10 GHz에, 진보된 디자인이 20 GHz를 도달할 수 있는 그러나. 40 Gbps의 PIN photodiodes의 위 고속 신청을 위해 보통 선호됩니다.

소음 성과

PIN 다이오드는 더 낮은 총 소음을 그들로 곱하기 쉬운 소음을 전시합니다. 지배적인 소음 근원은 짐 저항기에서 photocurrent와 열 소음에서 탄 소음을 포함합니다. APD 소음은 신호와 함께 증폭되고, 과잉 잡음 요인은 전반적인 소음을 증가합니다. 신호에 소음 비율 (SNR)는 적합한 이익과 비스듬한 전압을 선정해서 낙관될 수 있습니다. 고속 체계를 위해, 낮 소음 transimpedance 증폭기 (TgateIAs)는 APD 소음을 돕습니다.

별명으로 전압 및 Complexity

PIN 다이오드는 negligible 전력 소비를 가진 낮은 bias (5-20 V)에서, 간단하게 하는 전력 공급 디자인 작동합니다. APDs는 높은 bias (50-200 V)를 요구하고 수시로 증가를 안정시키는 온도 보상, 복잡성 및 비용을 추가하. 붙박이 규칙을 가진 통합 단위는 유효하 그러나 전반적인 체계 크기 및 힘 낭비를 증가합니다. 건전지 전원을 공급하거나 소형 장치를 위해, PIN photodiodes는 유리합니다.

Optical Communication Systems의 응용

PIN Photodiodes를 가진 고속 자료 연결

PIN 광 다이오드는 관대한 연결 예산을 가진 짧은 중간 도달 연결을 위한 표준 선택입니다. 그들은 10 기가비트 이더네트 (10GBASE-SR/LR/ER), 40 Gbps 및 평행한 광학 또는 파장 사업부 다중 송신 (WDM)를 고용하는 100 Gbps 체계에서 사용됩니다. 지하철과 접근 네트워크에서는, TIAs를 가진 PIN 수신기는 비용 효과적인 해결책을 제안합니다. 그들의 선형성 및 낮은 왜곡은 또한 아날로그 광학적인 연결을 위해 적당한, 라디오 섬유 체계와 같은 광학적인 연결을 만듭니다. 게다가, 광섬유 연결관은 더 높은 쪽으로 연결합니다.

APD를 가진 장거리 및 고감도 체계

APD는 광전지가 심각하게 투여되는 곳에 하위마린 케이블과 핵심 네트워크를 포함하여 장거리 통신 시스템에서 발췌합니다. 또한 약한 반사를 검출하기 위한 자유 공간 광학 통신 (FSOC) 및 LIDAR (Light Detection and Ranging) 시스템에서 사용됩니다. 광 시간 도주 반사계 (OTDRs)에서 APD는 긴 섬유 경간에 걸쳐 백캐터 신호 탐지를 가능하게 합니다. 광시도계 (OTDRs)에서 APD는 광전지의 양방향으로 전송되는 신호 검출을 가능하게 합니다.

Optical Receiver Design에 대한 선택 기준

APD는 디지털 수신기를 설계할 때, 엔지니어는 데이터 속도, 링크 예산, 소음 공차 및 비용을 평가합니다. 적절한 전력 마진, PIN 포토다이오드 제안 단순성 및 저렴한 비용으로 고속 링크. 저속, 고감도 응용을 위해 APD는 필요한 이득을 제공합니다. 앞으로 오류 보정 (FEC)는 감도 요구 사항, 잠재적으로 선호 PIN 솔루션을 제공 할 수 있습니다. 수동 광 네트워크 (PON)의 파열 모드 수신기에서 APD는 대규모 동적 인 ESP (Secure Socket Layer)을 수용할 수 있습니다. 이더넷 프로토콜은 800Gbps의 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 사용할 수 있습니다.

Photodetector Technology의 미래 방향

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