ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ

6 ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ

В качестве поверочного расчета, произведем расчет чувствительности приемника излучения (ПИ).

Приемниками излучения называют устройства, преобразующие оптическую энергию в электрическую, которая затем подвергается обработке электронными схемами приемного оптоэлектронного модуля (ПРОМ). Идеальный приемник излучения должен:

-точно воспроизводить форму принимаемого сигнала;

-обеспечить максимальную мощность электрического сигнала в своей нагрузке при заданной мощности оптического сигнала;

-не вносить дополнительного шума в принимаемый сигнал;

-обладать большим динамическим диапазоном;

-иметь небольшие размеры, высокую надежность, малую стоимость, низкие питающие напряжения.

В ВОСП в качестве ПИ используются фотодиоды (ФД), к которым предъявляются следующие основные требования [11]:

-высокая чувствительность;

-требуемые спектральная характеристика и широкополосность;

-низкий уровень шумов;

-требуемое быстродействие;

-большой срок службы.

Основным параметром ПРОМ является чувствительность – минимальная средняя во времени мощность сигнала на входном полюсе, при которой обеспечивается требуемое значение коэффициента ошибок.

Чувствительность ПРОМ зависит от параметров приемника излучения (ФД, ЛФД) и шумовых показателей предусилителя. По этой причине к схемотехнике входных каскадов ПРОМ предъявляются специфические, зачастую противоречивые требования: минимальный уровень шумов в заданной полосе пропускания (для заданной скорости) при широком динамическом диапазоне [10].

В этой связи малошумящие предварительные усилители для ПРОМ выполняют по двум основным схемам:

- высокоимпедансный ( с большим входным импедансом R_вх ® ¥,

С_вх ® 0), рисунок 6.1;

-трансимпедансный (с отрицательной обратной связью с помощью

резистора R_oc), рисунок 6.2.

В высокоимпедансном усилителе для снижения уровня шума добиваются высокого входного сопротивления (метод простой противошумовой коррекции). Это неизбежно сужает динамический диапазон и полосу пропускания усилителя. Для ее восстановления используют корректор АЧХ, который в цифровых системах называют выравнивателем. Во второй схеме для расширения полосы пропускания используют параллельную отрицательную обратную связь. Полоса пропускания расширяется за счет снижения динамического входного сопротивления усилителя. Трансимпедансный усилитель уступает высокоимпедансному по шумам, но зато обладает более широким динамическим диапазоном.

В аппаратуре ОТГ-32Е, в качестве оборудования линейного тракта, применяется плата оптического стыка (ПОС) в которой используется p-i-n-ГЕТ модуль типа ПРОМ 364.

ПРОМ преобразует оптический сигнал, поступающий на его вход, в электрический сигнал в коде СMI и усиливает последний с минимальным уровнем шумов.

 Приемный оптический модуль, ПРОМ 364, выполнен в единой конструкции внутри которого содержится р-i-n фотодиод (марки ФД-110) и предварительный усилитель–корректор, разработанный по схеме высокоимпедансного усилителя, на малошумящем транзисторе КТ3102А. Параметры фотодиода ФД-110 и транзистора КТ3102А приведены в таблицах 6.1 и 6.2 соответственно.

Таблица 6.1

Таблица 6.2

С достаточной для инженерных расчетов точностью чувствительность ПРОМ можно вычислить по формуле [10]:

, (6.1)

где  - эквивалентная мощность шума ПРОМ, А².

Если Y=1, то значение P₀, полученное из (6.1), называют пороговой чувствительностью. При Y=6 значение P₀ соответствует коэффициенту ошибок .

Чувствительность ПРОМ можно также выразить в децибелах:

. (6.2)

При расчете будем считать, что АЧХ ПРОМ будет иметь вид ФНЧ типа Баттерворта второго порядка, т. е. I₁ =I₃ =1,11 А; С_м =1 пФ; Т=300°К.

Расчет начинаем с определения суммарной емкости на входе предусилителя:

. (6.3)

Далее определяем оптимальное по шумам значение тока коллектора, при котором минимизируется вклад шумов вследствие токов базы и коллектора в суммарный шум [10]:

(6.4)

где К – постоянная Больцмана, К =

В - скорость передачи информации, бит/с;

b - статистический коэффициент усиления тока;

q - заряд электрона, q = 

Нагрузочное сопротивление определяем по формуле:

(6.5)

где I_T- темновой ток, А;

r_б¢б - динамическое входное сопротивление транзистора, .

Выбираем ближайший номинал R_Н=30 .

Эквивалентную мощность шума ПРОМ определяем по формуле [10]:

(6.6)

где

(6.7)

(6.8)

(6.9)

Отсюда по формулам (6.1) и (6.2) находим чувствительность ПРОМ:

,

Исходя из пункта 6.3 уровни на входе 0РП и ОП2 составляют (-11,82) и (-12,76 ), отсюда видно, что полученное значение чувствительности ПРОМ, позволят осуществлять работу ВОСП с выбранным типом фотодиода и биполярным транзистором.