Optik Alıcılarda Dinamik Aralığı Anlamak

Optik alıcılar fiber optik iletişimin arka kemiği oluşturur, modated ışıkı bir usable elektrik sinyaline geri dönüştürmek. Hataları veya bozulması olmadan çok daha fazla giriş ışığı (dB), alıcının tek bir kritik spesifikasyonla yakalanabilmesi için aşağıdakiler için ele alınacaktır: 0) Dinamik bir şekilde sinyaldeki dinamik bir aralığı (DR) genellikle, sabit bir sinyalden gelen yüksek çözünürlükte ifade edilir.

Dinamik aralık tek bir sayı değil, iki temel sınır tarafından sınırlanmış bir dizi: düşük sonunda gürültü zemini ve yüksek sonundaki küçük kırılma noktaları tanıtmaktadır. Pratikte, dinamik aralıklar da doğrusallık tarafından kısıtlanabilir - alıcının tüm güç aralığındaki sadık bir çoğaltması - tüm önemli bir çoğaltma ve kesintiye uğrama- mümkün olan en geniş dinamik aralıkta uygulama yelpazesini mümkün kılar.

Dinamik Aralığı Sınırlayan Anahtar Faktörleri

Gürültü Kat ve Hassasiyet

En az tespit edilebilir sinyal gürültü zemini tarafından belirlenir, bu yük direnişçisinden termal gürültüyü azaltır, şu anda fotoğraflayıcı karanlıktan gelen gürültüyü ve transistörün yükseltici gürültüyü kullanarak (TIA) Daha düşük gürültüyü azaltır, ancak alıcının gürültüyü algılamasına izin verir.

Saturation Point

Giriş gücünün yüksek sonunda, alıcının aşağıdaki yükselteç aşamalarında (daha fazla baskı veya mevcut limitler) daha fazla artış gösteremediği bir noktaya ulaşır - bu durum düzelme aşamasındadır. Saturation fotodiode kendisi (veya iç mekan şarj edici etkilere) veya aşağıdaki yükselteçli güçte (örneğin, bir alıcının şarj edilmesi veya mevcut sınırların düşmesi durumunda) en yüksek optik güçte bulunabilir.

Linearity and Distortion

Linearity, alıcının çıktısının işletim aralığındaki girdi optik gücünü nasıl iyi bir şekilde takip ettiğini açıklar. Sert saturasyona vurmadan önce bile, doğrusal olmayan bir yanıt harmonik bozulma ve intermodülasyon ürünleri oluşturabilir, özellikle de analog iletim sistemlerinde (örneğin, RoF) ve dijital sistemlerde çok seviyeli modlama biçimleri kullanarak, QAMAG (PAM4, QAM) 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 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 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 sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık kullanılan bir şekilde kontrol sağlar.

Sistem Performansı için Pratik Örnekler

Dinamik aralık doğrudan bağlantı bütçe hesaplamaları. Bir verici bilinen bir çıkış gücü yayıyor; fiber bağlantı kayıpları (tahzarlama, bağlayıcılar, splices) ve muhtemelen optik yükselteçlerden elde etmek. Alıcının girişine gelen güçle baş etmesi gerekir.Eğer güç çok düşük (daha düşük hassasiyet), sinyal çok yüksek çözünürlükte kaybolursa (above saturasyon), sinyal kırıcılar.

Uygulamada, dinamik aralık ağ esnekliğini etkiler. Örneğin, pasif optik ağ (PON), optik yol kaybı birkaç dB (ONU'ya yakın OLT) 25 dB veya daha fazla (ONU) yüksek olabilir, çünkü OLT'ta patlama-mode alıcı, farklı ONU'lardan gelen çok dinamik bir patlama aralığına bağlı olarak çok fazla yükseltilebilir ve çok sayıda yükseltilebilir hale gelebilir.

Bağlantı bütçesinin ötesinde, dinamik aralık aynı zamanda biraz hata oranını ve sinyal bütünlüğünü etkiler. Düşük sonunda, duyarlık limit deneyim hatalarının gürültü nedeniyle patlamaları kapatarak bu cezaları karşılaması gerekir.Yüksek sonunda, oturma veya doğrusal olmayanlık nedeniyle dalga geçebilmeleri göz ve desene bağımlı jitter. System tasarımcıları- genellikle özür cezası bütçesi belirtmelidir; alıcının dinamik aralığı, gerekli hataların oranını korurken bu cezaları karşılamalıdır (örneğin, 10-).

Dinamik Range geliştirmek için tasarım yaklaşımları

Otomatik Lig Kontrolü (AGC)

Dinamik aralığı genişletmenin en etkili yollarından biri otomatik kazanç kontrolü içerecektir. AGC döngüsü, TIA veya post-amplifier'in ortalama veya zirve giriş gücüne dayanarak kazanılabilir. Düşük giriş gücünde, kazanç, yüksek giriş gücü üzerinde zayıf sinyalleri artırmak için yüksektir; yüksek giriş gücünde, lineerliği önlemek ve lineerliği korumak için azaltılır.

Photodetector Selection

Fotodiode'nin seçimi dinamik aralıkları etkiler. Avalanche fotodiodes (APDs) iç kazanç nedeniyle daha yüksek hassasiyet sunar, ancak PIN fotodiodes'dan daha düşük giriş güçlerinde, PIN diyotları ile daha düşük kazanç sağlar, ancak daha geniş bir doğrusallık ve yüksek ücretli bir başarı gücü ile yapılır.For applications en geniş dinamik aralığı (e.g., fiber to the home), birçok tasarımcı bu küçük dalgalama, yüksek çözünürlükte yüksek bir artış sağlar.

Transimpedance Amplifier and PostAmplifier Design

TIA, alıcı ön sonundan kalbindir. Gürültü katını daha düşük tutmak için büyük bir geri bildirim kullanın ve gürültüyü azaltır ve gerilim salımı riskini artırabilir. Tasarımcılar TIA ve çok aşamalı bir TIA'yı çok fazla beslemeli bir topoloji veya bir dizi kat daha fazla entegre bir hata aşamasına sahip olabilir (RGC) düşük gürültüyü korumak için giriş aşamasını içerir.

Optik Değerlendirme ve Güç Düzeyleme

Bazı sistemlerde, dinamik aralık meydan okuma, alıcının kabul edilebilir aralığında tutmanın otomatik olarak giriş gücünü ayarlar.Bu çözüm, test ekipmanlarını yüksek hacimli transiversiyona göre daha yaygındır.

Dinamik Aralığın Ölçülmesi

Dinamik aralık genellikle laboratuvarda, bir hedef eşiğin altında kalan (örneğin, 10 °T) yüksek çözünürlükte (örneğin, 10 °T) veya 10) ile sabit bir şekilde yapılır.

Analog sistemler için, dinamik aralık iki ton testi kullanılarak ölçülmektedir ve güç doğruluğu ve istikrarı için optik kaynağın kalibrasyonu dahil olmak üzere sinyale bakmak gerekir. Üreticiler genellikle veri tablolarında tipik dinamik aralıklar sağlar, ancak bunlar belirli test koşullarına dayanmaktadır (örneğin, sıcaklık, veri oranı, yok oluş oranı).

Dinamik aralıkların Çoğu Şeyleri Nereden Öğrenilir

Pasif Optik Ağlar (PON)

GPON, EPON ve NG-PON2 gibi PON sistemler optik hat terminalinde patlama-mode alıcılara güveniyor (OLT) Alıcının her patlamanın başlangıcında sinyalleri ele alması gerekir. Tipik bir GPON OLT alıcının tüm kaybı bütçeyi karşılamak için dinamik bir dizi olması gerekir.

Coherent karşı Doğrudan algılama

Coherent alıcılar, 100G+ sistemlerinde kullanılan, yerel osilatörleri ve dual-polarizasyon karıştırmaya, doğal olarak daha yüksek lineerliğe ve dijital sinyal işleme yoluyla büyük güç varyasyonlarını ele geçirme yeteneğine sahipler. Sık sık sık >30 dB dinamik aralığı elde ederler. Doğrudan-detection alıcılar (daha basit olmayan) amplifiğe güvenir ve doğrusal olmayanlığa daha duyarlıdır, ancak erişim ve müşteri odaklı arayüzler için daha basit ve daha düşük maliyetlidir.

Kablo televizyon dağıtımında, analog optik bağlantılar, merkezin farklı mesafede düğümleri olması için son derece yüksek doğrusallık gerektirir (CTB) ve kompozit ikinci sipariş (CSO) bozulmalar. alıcılar, alınan güç yelpazesine ulaşmak için düşük bir çarpıklık yükselteçleri sağlamalıdır, çünkü ağ, sistemdeki taşıyıcının arasından farklı mesafelere sahip olabilir.

Alet ve Sensing

Optik güç metre, ağ testörleri ve fiber optik sensörler geniş dinamik bir aralıktan faydalanıyor. Bir el optik güç sayacı dBm'den +10 dBm'ye kadar ölçülmelidir - 80 dB aralığı.Bu tür cihazlar yüksek dinamik aralıkları ve hızlı yanıtları gerektiren.In algılama uygulamaları (örneğin, sıcaklık veya susması)

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Optik bir alıcının dinamik yelpazesi, hassaslığı, aşırı yükleme kapasitesi ve lineerliği entegre eden çok boyutlu bir özelliktir.Bu, bir alıcının gerçek dünya fiber optik bağlantıların sinyal seviyelerinin geniş ölçüde değiştiği bir optik bağlantı noktasıdır. Sistem tasarımcıları AGC, uygun fotoğraf seçimi ve analog uygulamalar için bileşenleri seçerken dinamik aralığı dikkate almalıdır.

[FONT=0)Dönetici:[Dönemli)

  • [FONT=0)RP Photonics Encyclopedia - Dinamik Range).
  • [FONT:0)Analog Cihazları – Optik Alıcı Teorisi ve Operasyon).
  • [FONT=0)Thorlabs - Optik Alıcı Özelliklerini Anlamak).
  • [FONT:0)IEEE – Burst-Mode Alıcı Design for PON (örnek kağıt)).