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浅谈光接收机的光学灵敏度估算

电子设计 来源:eeweb 作者:Maxim 2021-05-08 11:35 次阅读

接收器的特征是将光转换为电信号的仪器。知道光由于其分散性而不那么容易处理,因此设计光接收器并不是一件容易的事。为了获得良好的设计,至关重要的是必须清楚地了解将影响接收机灵敏度的不同参数

本应用笔记全部涉及光接收器灵敏度,其中包括由于幅度和时序上的随机噪声和符号间干扰(ISI)的积累而可能对功率输出产生的影响。该分析基于正常的接收器灵敏度,假设理想输入信号的干扰可忽略不计,例如ISI,上升/下降时间,抖动和发射器相对强度噪声(RIN)。

存在ISI时的Q因子

典型的光接收器由一个光光电检测器,一个跨阻放大器,一个限幅放大器和一个时钟数据恢复模块组成。简化的光接收器模型如图1所示。

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接收到的光信号首先被转换为光电流,并由跨阻放大器(TIA)放大。限幅放大器充当“决策”电路,在该电路中,将采样电压v(t)与决策阈值Vth进行比较。在此数据决策点,信号由于随机噪声和ISI的积累而显着降低,导致由于眼图闭合而做出错误的决策。

在实际的接收器实现中,由于接收器带宽限制,基线漂移或有源组件的非线性而存在ISI。如果我们在数据决策之前监视信号眼图,我们会发现,除了随机噪声之外,信号还存在一定量的由ISI引起的有界振幅波动,这表现出很强的模式依赖性。

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要估计ISI对光学灵敏度的影响,一种简单的解决方案是考虑最坏情况下的放大噪声分布。通过将高斯分布的平均值从V1和V0移至下幅度边界(V1-V(ISI))和(V0 + V(ISI)),可以单独完成此操作。假定V(ISI)是由ISI引起的垂直眼图闭合(图2)。在这种情况下,可以通过根据最坏情况的噪声分布计算BER来获得信号Q因子。

光学灵敏度估算

为获得最佳光学灵敏度,在决定数据之前最大化信号Q系数很重要。以下部分说明了在考虑整体接收器随机噪声,ISI和CDR抖动容限的情况下,如何通过实际的设备实现方式准确估算接收器的光灵敏度。给出了使用MAXIM器件的10Gbps接收器和2.5Gbps接收器的示例。

符号间干扰代价

在光接收机中,ISI可能来自以下来源之一:高频带宽限制;交流耦合或直流偏移消除环路引起的低频截止不足;带内增益平坦度;TIA互连和限幅放大器之间的多次反射。根据接收到的数据的性质,ISI失真可能会有所不同。ISI导致幅度和时序均闭眼。

如果我们将垂直闭眼时的ISI定义为:

ISI损失定义为与ISI = 0时的理想情况相比,存在ISI时光学灵敏度的差异。计算结果如图3所示。对于10%ISI失真,光功率损失为0.46dB。

结论

确定幅度和时序的误差源,包括对这些误差的分辨率,是在寻求更好的光接收器灵敏度时要考虑的主要内容。在本文档中,讨论了影响光接收器性能的因素以及良好设计所需考虑的参数。

编辑:hfy

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