Giriş Giriş Giriş

Optik alıcılar modern geniş bant iletişim sistemlerinde temel bileşenlerdir. Fiber tarafından elektronik donanım tarafından işlenebilir olan elektrik sinyallerine taşınır optik sinyalleri dönüştürürler. Optik alıcının geniş bir frekans aralığındaki bir sinyalin frekansı doğrudan sistem ve #8217; kapasite, veri oranı ve genel performans. Geniş bantlı talepler, bulut bağlantıları ve en iyi performansa sahip olan stratejilerin frekans yanıtını ölçmek için kullanılan yöntemler ile yükselmeye devam eder.

Optik Alıcılarda Frekans Yanıtının Temelleri

Frekans Yanıtını ve Band genişliklerini Tanımlamak

Optik bir alıcının frekansı, sinyalin frekans bileşenlerinin nasıl eşit şekilde değiştiğini açıklar. Ancak, her alıcının fotodetektör, amplifikasyon frekansının işlevi olarak belirlenen son derece bant genişliğine sahip olduğunu açıklar.In the frequency response of an Optik alıcı, the screenkiply range of interest, mean the point at the output power drop to half its lower-fretifier.The noise operator,ifier handleulation levels.

Bode Plot ve 3-dB Band geniş

Mühendisler genellikle bir Bode arsa kullanarak frekans yanıtını görselleştirir: alıcının kazanç grafiği (örneğin dB) ve frekansı (günlük bir ölçek) ile arsa, alıcının düşük frekanslı kazançını ortaya çıkarır, üst 3-dB'nin şeklini anlar ve herhangi bir toplayıcı veya yuvarlanır. iyi tasarlanmış geniş bantlı alıcının frekansı, DC'nin 3-dB'ye yakın bir şekilde doğrultucun doğrultuşunu nasıl etkileyeceğini tahmin eder.

Frekans Yanıtı Broadband Systems'de Neden Önemlidir

Signal Integrity ve Distortion

Geniş bir sistemde, bir sinyal bilgi taşıyan birçok frekans bileşeni içeriyor. Eğer alıcının frekansı yanıtı düz değilse, sinyalin farklı kısımları geliştirilmiş veya eşitsiz bir şekilde ortaya çıkıyor. Bu frekans bağımlısı, mantık seviyelerini ayırt etmek için daha zor hale getiriyor (ISI) ve jitter, aşırı derecede aşırı derecede yüksek seslenişme ve gürültüyü korumak için aşırı derecede zorlanır.

Data Oranları ve Modulation Formats

Gerekli bir optik alıcı ölçekleri veri oranı ve modülasyon karmaşıklığı ile ölçeklendirir. basit bir şekilde 10 Gbps'de (OOK) anahtarlama (OOK) genellikle birkaç gerilim veya faz seviyelerini korumak için 3-8 GHz'ye ihtiyaç duyar. Endüstri 800 Gbps ve 1.6 Tbps'ye doğru ilerlerken, alıcı genişliğine göre daha iyi bir şekilde uzatılabilir.

Frekans Yanıtı Anahtarlı Anahtarlar

Fotodetector Fizik ve Malzeme Seçenekleri

Fotodetector, alıcıdaki ilk aktif unsurdur ve genellikle bant genişliğine sahip olan prematüre limitleri ve avalanche fotodiodes (APDs) hem de taşıyıcı zamanı ve kapasitans arasındaki son yanıt süresi gösterir: kalın bir şekilde pompalanan yüksek taşıyıcı sistemi, kuantum genişliğine sahip olan yüksek çözünürlükte kullanım alanlarının ötesinde, daha küçük bir optik alandaki projeksiyonelleri azaltır.

Transimpedance Amplifier (TIA) Design

Fotocurrent oluşturulduktan sonra, transimpedance yükseltici (TIA) düşük giriş engelleyicisini sürdürürken bir gerilim sinyaline dönüşür. TIA bant genişliğine karşı çıkar, ancak yüksek çözünürlükte bulunan ve yüksek çözünürlükte bulunan bir yüksek çözünürlükte bulunan bir yüksek çözünürlükte bulunan bir yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bir görüntü oluşturabilir.

Parasitic Capacitance and Inductance

Fotodetector ve TIA bireysel olarak hızlı olduğunda bile, aralarındaki bağlantılar, uzun süreli frekans yanıtını bozabilir ve en yüksek paket, PCB izlerini sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık kullanılan ve sert bir filtre etkisine katkıda bulunur.

Ambalaj ve Optik Coupling

Fiber'in fotodettöre giden optik yol da frekans yanıtını etkiler. Fiber çekirdeği ile optik yansımalar arasındaki farklar ve sensörler aktif alan, frekans yanıtında dalgalanan frekanslara ve açılı fiber yüzler ile değişir.

Çevre ve Operasyon Faktörleri

Sıcaklık Etkileri

Optik alıcıların frekans cevabı statik değildir; sıcaklık kontrol edilemez ortamlar için değişir - fiber-tothe yarı iletken materyallerin bandını etkiler, fotodetector'un responsivity ve kapasitance. TIAs also have temperature- independent levels. For open or voltaj-the-home (FTTH) or uzaktan radyo başı (RRH) dağıtım noktalarının performansını değiştirmek - sıcaklık hızının 3-dB genişlikte olması için hızlanabilir.

Bias Ger ve Güç Kaynağı

Bir fotodiode veya APD'ye uygulanan önyargı, genişletilmiş bölge genişliğini etkiler ve böylece daha yüksek bir yanlılık, eğimli eğimi azaltır ve yüksek frekanslı cevabı geliştirir, ancak aynı zamanda elektrik alan gücünü arttırır, APD'lerde karanlık darbeyi yükseltebilir ve avalanche gürültüyü artırabilir.In geniş bant genişliğine ve eğimli bir önyargı tedariki azaltır, bazen güçlendiricileri azaltır, yanıt verir.

Ölçme ve Karakterizasyon Teknikleri

Network Ölçümleri

Optik bir alıcının frekans yanıtını ölçmek için en yaygın yöntem, bir vektör ağı analizleyicisi (VNA) ile birlikte bir optik modülatörü ile bir araya getirmektir.SIC modlator (e.g., lityum niobate Mach-Zehnder modülel) kullanarak, VNA'nın S-paralama ile ilgili olarak kullanılan bir optik modülasyona yol açma işlemine göre, VNA'nın S-parat kapasitesi kullanılarak referansla karşılaştırıldığında, doğrulayıcının birkaç adıma kadar olan bir boyut ve fazdır.

Optik Heterodyne Yöntemi

Son derece yüksek bant genişliği (Doğa 100 GHz), optik heterodyne tekniği değerli bir alternatiftir.İki dar satır genişliği lazerler farklı dalgalara ayarlanır; onların yen notu, bir lazerin sabit bir şekilde ayarlandığında, bir lazerin sabitlenmesiyle, alıcının cevabının daha geniş bir frekans aralığında haritalanabilir.

Impulse Response and Time-Domain Analysis

Frekans cevabı aynı zamanda Fourier dönüşümü ile zaman alan dürtü yanıtından da ortaya çıkabilir. Kısa bir optik nab (picosan veya femtosan) alıcıya enjekte edilir ve çıkış dalgası yüksek hızlı bir örnekleme ile yakalanır.Reakstr (TDR) ayrıca bu yöntem, doğrudan otomatik olmayanlar için kullanışlıdır.

Frekans Yanıtı için Tasarım Stratejileri

Band Wide Geliş Teknikleri

Birkaç devre topolojileri, basit bir ortak kaynak TIA'nın elde edebileceği şeyin ötesinde alıcı bant genişliğini iptal eden bir yük oluşturabilir.Bir başka yaklaşım, birden fazla kazanç aşamasının her zaman tek bir transistörün kesmesini sağlamak için yapay iletim hatlarıyla birleştirildiği bir dizi.Sanatçı kanallarını kapatarak, tekrarlamak için, tekrarlanan ve T-parçalı devreleri ve tümleşik çiftleri, yüksek çözünürlükte bir şekilde kapatarak, her zaman daha yüksek hıza sahip olan bir yükleri otomatik olarak genişletebilir.

Gürültü optimizasyonu ve SNR Trade-Offs

Geniş bant genişliği kaçınılmaz olarak, TIA'nın giriş-çıkırık gürültüyü artırdığı ve yüksek gürültünün (SNR) yükseltildiği toplam entegre gürültüyü artırır.The client's noise figure is large set by the TIA's input-reborn noise. Advanced models consider both noise, and flicker point to the multiplication faktör (M) gain before the developer, improve SNR but in introduce over noise.

Eşitleştirme ve Dijital Ücret

Analog bant genişliği fiziksel kısıtlamalar nedeniyle uzatılamazken, dijital eşitleştirme yüksek frekanslı bileşenleri artırmakla alıcının düşük seviyeli etkisini telafi edebilir. Doğrudan test sistemleri (DSP) algoritmaları - karar verme eşitleştiricileri (DFE) ve lineer besleme-cevaplar eşitlemeler (FFE) - TIA'nın genel yanıtını düzeltebilir.

Uygulama-Alıştırmaları

Doğrudan algılama vs. Coherent Alıcılar

Doğrudan alıcıların (örneğin, TIA ile p-i-in fotodiodet) daha basit ve daha az pahalı ama karek tespit nedeniyle doğal frekans sınırlamaları var. bant genişliği tamamen fotodetektör ve yükseltici tarafından belirlenir; frekans cevabı aslında ön-paralamanın ötesindeki temel yanıttır.

Gelişen Teknolojiler: Silikon Fotonikleri ve Avalanche Fotodiodes

Silikon fotonikleri, CMOS-compatability için trafiğe sahiptir, ancak taşıyıcı bazlı modülatörler ve Germanyium fotodetectorlar tarihsel olarak sınırlı bant genişliğinden muzdariptir. Ge-onSiss'deki son gelişmeler şimdi 3-dB bant genişliğini 50 GHz'yi gösterir. Grafik ve geçiş metal dichalcogenides (TMDs) bu tür standart ölçüm sistemleri için daha yüksek oranda fayda sağlar.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Optik bir alıcının frekans cevabı, geniş bant uygulamaları için kritik bir sistem performansı belirleyicidir.Rezervasyon ve çevresel faktörlere yönelik fotodetektör malzemeden ve TIA tasarımından, her elementin yanıtın doğru bir şekilde kullanılmasını sağlar - VNA, heterodyne tekniği veya zaman-süresel olmayan bir yönteme tırmanması - bu hız alıcılarının sürekli olarak daha hızlı genişlemesini sağlamak için gerekli olan verileri sağlar.