Optik Alıcılarda Fotodiodes'a Giriş

Optik iletişim sistemleri, ışık sinyalleri elektrik akımlarına dönüştürmek için fotodetektörlere güveniyor. İki baskın fotodetektör tipi, PIN fotodiodes ve avalanche fotodiodes (APDs) Bu makale, yapılarını, operasyonlarını ve performanslarını çeşitli uygulamalar için uygun dedektörleri seçmeye yardımcı olmak için önemlidir.

PIN Photodiodes

Yapı ve Çalışma

PIN fotodiodes, ağır bir şekilde doldurulmuş bir p tipi bölgeye ait bir tabakaya sahiptir, yarı iletken bantlı bir tabakaya girerler ve bu taşıyıcılar tam tersine çevrildi, olay optik güce bir fotoniyoz tabakasına göre çok daha fazla çalışır.Politikalar genellikle bu tabakaya girerler ve her ikiyüzlülükten daha fazla elektron delikleri üretirler.Bu taşıyıcılar tam olarak tersini yapar.Bu taşıyıcılar, tam tersine, bir fotonkansiyonel tabakaya doğru çalışır.

Anahtar Özellikler

  • [FONT:0) Yüksek hız[DDÜT:1): Band, intrinsic bölgede kısa taşıyıcı geçiş süreleri nedeniyle 40 GHz'yi aşıyor.
  • [FONT:0) Düşük gürültü[DÜT:1): Çok fazla gürültü yok; sadece atış ve termal gürültü katkıda bulunur, yüksek sinyal-noise oranlarına izin verir.
  • [FONT:0) Düşük önyargı[[DÜT:1): Minimum gerilim, güç tedarik tasarımı ve güç tüketiminin azaltılması gerekir.
  • [FONT:0)Mallar [Dönderlikler için: Renkli görünür dalgalar için (400-1100 nm) ve orta galium arsenide (GaAs) yakın (900-1700 nm) fiber optikte kullanılır. daha fazla ayrıntı için, diyotPIN Wikipedia).

Avalanche Photodiodes

Yapı ve Multiplication

APDs ayrıca bir p-i-n yapısına sahiptir, ancak yüksek alanlı bir bölgeye etkiye sahiptir.Bu, foton birincil elektron delik çifti üretirken, taşıyıcılar elektrik alanında hızlanır, diğer atomları ovmaize etmek için yeterli enerji kazanır, ikincil çiftleri oluşturur, avize edici bir çok efekte yol açar.Bu, genellikle 10'dan 1000'e kadar değişir, uygulanan önyargılı gerilim ve cihaz tasarımına bağlıdır. APDs'in yüksek yanlı gerilimleri gerektirir.

Gürültü ve Ticareti Kazan

Gürültü faktörü, k değerli (kömürücük ve delikler için iyonizasyon katlarının) ile karakterize edilen aşırı gürültü faktörü, gürültü performansını daha az gürültüye ve InAlAs ve SiGe gibi malzemeler bunu elde etmek için optimize edilmiştir.Daha fazla okuma için, APDs Wikipedia'nın zayıf sinyalleri tespit edebilir).

Karşılaştırmalı Analiz: PIN vs. APD

Hassasiyet ve Sorumluluk

Sorumluluk, 1550 nm'de olduğu gibi, bir P / W. Hassasiyet için, minimum tespit edilebilir optik güç, APDs için yaklaşık 10 dB daha iyidir. Örneğin, 10 Gbps APD alıcısı elde edebilir - 28 dBm duyarlılığı, -18 dBm'yi bir alıcı için karşılaştırır.Bu fark, APDS'ler için tartışılmaz.

Band genişliği ve Hız

PIN fotodiodes genellikle daha yüksek bantlar sunar çünkü taşıyıcı geçiş süresi kısadır ve 40 Gbps'nin üzerinde yüksek hızlı uygulamalar için, veri oranlarına destek olmak için 100 Gbps ve ötesinde. APDs'ler çoklu uygulama ve daha uzun taşıyıcı yollar için gerekli olan süre boyunca daha düşük bant genişliğine sahiptir, tipik olarak 1 ila 10 GHz'ye ulaşır, ancak gelişmiş tasarımlar 20 GHz'ye ulaşabilir.

Gürültü Performansı

PIN diyotları, çoklu uygulama gürültü eksikliğinden yoksun olduğu için daha düşük toplam gürültü sergilemektedir. Dominant gürültü kaynakları, yük direnişçisinden gelen fotocurrent ve termal gürültüyü içerir. APD gürültü sinyali ile birlikte geliştirilmiştir ve aşırı gürültü faktörü genel gürültüyü artırır. Signal-to-noise oranını artırır (SNR) uygun kazanç ve önyargı gerilimi seçerek optimize edilebilir.

Bias Ger ve Kompleksi

PIN diyotları düşük önyargı (5-20 V) negable güç tüketimi ile çalışır, güç tedarik tasarımı basitleştirir. APDs yüksek önyargı (50-200 V) ve genellikle elde edilen düzenleyiciler ile bütünleşik modüller dahil olmak için sıcaklık tazminatı gerektirir, ancak genel sistem büyüklüğü ve güç dağılımını arttırır.For batarya destekli veya kompakt cihazlar için, fotodiodes avantajlıdır.

Optik İletişim Sistemleri Uygulamaları

PIN fotodiodes, kısa ekranlı optik veya yüksek çözünürlükte bağlantı noktaları ile bağlantıya ulaşmak için standart bir seçimdir. 10 Gigabit Ethernet (10GBASE-SR /LR /ER), 40 Gbps, ve 100 Gbps sistemleri, paralel optik veya yüksek çözünürlükte bölmeli çiftliği (WDM) TIAs ile kod alıcıları maliyet etkin çözümler sunar.

Uzun süreli ve yüksek hassasiyet sistemleri APDs ile

APDs, denizaltı kabloları ve temel ağları dahil olmak üzere uzun zamandır mükemmel bir şekilde tasarlanmıştır, optik güç ağır bir şekilde uçarak kaydedilir. Ayrıca ücretsiz uzay optik iletişim (FSOC) ve LIDAR (Işık algılama ve Ranging) sistemleri, zayıf yansımaları tespit etmek için uygulanır. optik zaman içinde yansımaları yansıtmak için APDs, uzun fiber uçlu sinyal algılama tespiti sağlar.

Optik Alıcı Tasarım için Seçme Kriterleri

Optik bir alıcı tasarlarken, mühendisler veri oranını, bağlantı bütçesini, gürültü toleransını ve maliyeti değerlendirmektedir. Yüksek hızlı bağlantılar için yeterli güç marjları ile, PIN fotodiodes basit ve düşük maliyetli bir maliyet sunar. 800 Gbps Ethernet gibi yüksek seviyeli standartlarda bulunabilir.For low- speed, high-sensitivity applications, APDs provides necessary gain. Forward hatası düzeltme (FEC) Tercihleri rahatlatabilir performans, karmaşıklık ve bütçe için.

Photodetector Technology'de Future Yol

Araştırma hem PIN hem de APD performanslarını geliştirmeye devam ediyor.For PIN diyots, çabalar grafik gibi giderek artan bant genişliğine odaklanır ve karanlık akımları azaltır.In APDs, hedefler SiGe, InAlAs, III-V bileşikleri gibi yüksek miktarda gürültü sağlarken, ayrı absorpsiyon, grading, şarj ve multiplikasyon (SAGCM) tek foton avalanürüz diyotlar (SPADs) kuantum iletişim ve zaman zaman zaman zaman zaman zaman görüntüleme gibi malzemeler için ilerliyor.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

PIN fotodiodes ve avalanche fotodiodes optik alıcılarda temel bileşenlerdir, her biri farklı avantajlar sunar. PIN diyotlar yüksek hız, düşük gürültü ve yüksek erişim için basitlik sağlar, her iki tip optik iletişim kapasitesinin sınırlarını zorlamaya devam eder.