Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Kvantové fotodetektory a optoelektronické přijímače X34 SOS 2009.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Kvantové fotodetektory a optoelektronické přijímače X34 SOS 2009."— Transkript prezentace:

1 Kvantové fotodetektory a optoelektronické přijímače X34 SOS 2009

2 Kvantové fotodetektory  Základní vlastnosti: Vysoká vnitřní a vnější kvantová účinnost Dobré dynamické vlastnosti – malá kapacita prostorového náboje, krátká driftová doba Nízký šum – výstřelový šum Dobrá linearita i při vyšších optických výkonech

3 Detektory optického záření s přímou přeměnous nepřímou přeměnou

4 Detektory záření

5 Fotoelektrický jev vnější (fotokatoda fotoemitér) vnitřní fotovodivost (kontaktní nebo mikrovlnné koncepce) hustota nosičů (extrinsické a intrinsické fotoodpory) pohyblivost absorpcí tlakem („fotonový vítr“) fotonapěťový jev PN přechod Schottky přechod objemové jevy fotoelektromagnetický jev

6 Fotodetektory - základní rozdělení Fotorezistory PN fotodetektory ( PN – FD) PIN fotodetektory ( PIN – FD) Lavinové fotodetektory ( APD – FD) Fotovodivostní fotodetektory (MSM – FD) Fotonásobiče

7 Fotodetektory-pásový model a)Mezipásová absorpce, b) Absorpce na hladinách příměsí c) Absorpce na volných nosičích

8 Polovodičové fotodetektory Princip – generace fotoproudu na závěrně buzeném p - n, p + -  - n + přechodu osvětleném zářením, jehož vlnová délka je menší, než prahová vlnová délka th je menší, než prahová vlnová délka th  th = hc/ E g = 1,24/ E g [  m; eV ] kde E g je energie odpovídajíc šířce zakázaného pásu polovodiče, kde E g je energie odpovídajíc šířce zakázaného pásu polovodiče, h Planckova konstanta, c rychlost světla h Planckova konstanta, c rychlost světla Vnitřní kvantová účinnost  =S hc/e  = S 1,24/ [ A/ W;  m ]  =S hc/e  = S 1,24/ [ A/ W;  m ] kde S  je spektrální citlivost ( responzivita ) definovaná S  ph /  kde S  je spektrální citlivost ( responzivita ) definovaná S  ph /   ph je fotoproud,  je optický výkon  ph je fotoproud,  je optický výkon Responzivitu lze také vyjádřit  S  =  e  hc  =  / 1,24

9 Polovodičové fotodetektory Absorpční spektra některých polovodičových materiálů

10 Fotorezistory

11 Chlazená clona zvýší citlivost detektoru až 100x - eliminace tepelného záření okolí Fotorezistory

12 Fotodiody – PN,PIN Pokles optického zářivého výkonu pod povrchem polovodiče vlivem mezipásové absorpce

13 Vliv geometrie struktury fotodiody na spektrální charakteristiku Fotodiody – PN,PIN

14  Polovodičové materiály pro PIN - FD s homopřecho- dem Si – velmi nízký temný proud I d, malá šířka pásma do 0,9  m, responzivita 0,5 až 0,6A/W Ge – relativně velký temný proud I d, velká šířka pásma do 1,8  m, responzivita do 0,8 A/W  Polovodičové materiály pro PIN - FD s heteropřecho- dem InGaAs/InP pro pásmo 0,85 až 2,2  m resp. InGaAsP/InP pro úzkopásmové použití, přijatelný temný proud I d, responzivita od 0,6 A/W do 1,2 A/W

15 Fotodiody – PN,PIN Pásový model komunikační PIN - FD

16 Fotodiody – PN,PIN a)Uspořádání vrstev diody PIN, b) Prostorové rozložení náboje , c) Prostorové rozložení intenzity el. pole E, d) Prostorové rozložení potenciálu V

17 Fotodetektory – PN, PIN VA charakteristika diodových fotodetektorů

18 Fotodiody – PN,PIN  Zářivý výkon absorbovaný v oblasti I vymezené x 1 až x 2 využitelný ke generaci fotoproudu P = (1- R) P 0 ( exp (-  x 1 ) – exp (-  x 2 )) P = (1- R) P 0 ( exp (-  x 1 ) – exp (-  x 2 )) kde R je koeficient reflexe, P 0 dopadající optický výkon, kde R je koeficient reflexe, P 0 dopadající optický výkon, P absorbovaný optický výkon,  koeficient absorpce P absorbovaný optický výkon,  koeficient absorpce  Dosažení vysoké vnější kvantové účinnosti:  = P/ P 0 = (1- R) exp (-  x 1 ) [ 1 – exp (-  x 2 - x 1 ))]  = P/ P 0 = (1- R) exp (-  x 1 ) [ 1 – exp (-  x 2 - x 1 ))] Minimalizovat R antireflexními povlaky Maximalizace absorpce uvnitř vyprázdněné oblasti tj. minimalizovat tloušťku vrstvy P (0 až x 1 ) a maximalizovat tloušťku vrstvy I (x 1 až x 2 ) minimalizovat tloušťku vrstvy P (0 až x 1 ) a maximalizovat tloušťku vrstvy I (x 1 až x 2 ) Zabránit rekombinacím elektronů dříve než dosáhnou sběrných elektrod

19 Fotodetektory PN, PIN  P říklad: P + kontakt Si PIN fotodiody P + - -N + má tloušťku 1  m. Vlnová délka dopadajícího záření je  m. Určete kvantovou účinnost  je-li absorpční koeficient křemíku pro danou vlnovou délku  x    m -1 a na fotoproudu se podílí pouze záření absorbované v - vrstvě. Koeficient reflexe je R=0. P + kontakt Si PIN fotodiody P + - -N + má tloušťku 1  m. Vlnová délka dopadajícího záření je  m. Určete kvantovou účinnost  je-li absorpční koeficient křemíku pro danou vlnovou délku  x    m -1 a na fotoproudu se podílí pouze záření absorbované v - vrstvě. Koeficient reflexe je R=0. pro x 2 jde do nekonečna pro x 2 jde do nekonečna Stanovte minimální tloušťku -vrstvy tak, aby kvantová účinnost fotodiody pro stejnou vlnovou délku neklesla pod  0, 8. Stanovte minimální tloušťku -vrstvy tak, aby kvantová účinnost fotodiody pro stejnou vlnovou délku neklesla pod  0, 8.

20 Fotodiody – PN,PIN  Příklad: Fotodioda Si PIN p + -  - n + s aktivní plochou A = 0,1mm 2 má tloušťku vrstvy 30  m, tloušťku p + vrstvy 1  m a koncentraci dotace cm -3. Fotodioda Si PIN p + -  - n + s aktivní plochou A = 0,1mm 2 má tloušťku vrstvy 30  m, tloušťku p + vrstvy 1  m a koncentraci dotace cm -3. a) Vypočtěte maximální kvantovou účinnost  a responzivitu  S pro vlnovou délku = 0,82  m. Povrchovou reflexi a absorpci kontakní vrstvy zanedbejte. Předpokládejte koeficient absorpce  = 7x10 4 m -1. a) Vypočtěte maximální kvantovou účinnost  a responzivitu  S pro vlnovou délku = 0,82  m. Povrchovou reflexi a absorpci kontakní vrstvy zanedbejte. Předpokládejte koeficient absorpce  = 7x10 4 m -1.   = P/ P 0 = (1- R) exp (-  x 1 ) [ 1 – exp (-  x 2 - x 1 ))] =  = exp (- 0.07) [1- exp (-2,1)] = 0.93 [ ] = 0,82   S = 0,54 A/  W.

21 Fotodiody – PN,PIN  Technologické rozdělení PN – FD s homopřechodem PN – FD s homopřechodem PIN – FD s homopřechodem PIN – FD s homopřechodem PIN – FD s heteropřechodem PIN – FD s heteropřechodem  Optimalizace parametrů intrinzické vrstvy – Pro vysokou kvantovou účinnost musí platit x 1 <<1/  << L D x 1 <<1/  << L D kde x 1 je tloušťka vrstvy P,  je absorpční koeficient, kde x 1 je tloušťka vrstvy P,  je absorpční koeficient, L D je tloušťka ochuzené vrstvy L D je tloušťka ochuzené vrstvy –Velká tloušťka L D způsobuje velkou driftovou dobu nosičů, generovaných uvnitř intrinzické vrstvy, větší vnitřní generovaných uvnitř intrinzické vrstvy, větší vnitřní kvantovou účinnost kvantovou účinnost –Malá tloušťka L D způsobuje velkou kapacitu prostorového náboje C s, krátké driftové časy, malou vnitřní kvantovou náboje C s, krátké driftové časy, malou vnitřní kvantovou účinnost účinnost

22 Komunikační fotodiody - PIN Fotodetektor PIN s homopřechodem

23 Komunikační fotodiody - PIN Fotodetektor PIN s heteropřechodem

24 Fotodiody – PN,PIN  Napájecí napětí PIN fotodiody: Intenzita elektrického pole E intrinzické vrstvy: Intenzita elektrického pole E intrinzické vrstvy: dE/dx = eN D /  r  o po provedení integrace dle x dE/dx = eN D /  r  o po provedení integrace dle x E = eN D W I /  r  o pro x = W I E = eN D W I /  r  o pro x = W I Difuzní napětí na přechodu p + - : Difuzní napětí na přechodu p + - : dV/dx = E po provedení další integrace dle x dV/dx = E po provedení další integrace dle x U D = eN D (W I ) 2 / 2  r  o pro x = W I U D = eN D (W I ) 2 / 2  r  o pro x = W I Napětí na  vrstvě: Napětí na  vrstvě: U o = E W I U o = E W I Výsledné napětí: Výsledné napětí: U = U o + U D U = U o + U D

25 Fotodiody – PN,PIN  Dynamické vlastnosti Časová konstanta  RC  (C s + C z ) R d R z / (R d +R z ) kde  RC  časová konstanta, R d je dynamický odpor fotodiody, kde  RC  časová konstanta, R d je dynamický odpor fotodiody, C s je kapacita prostorového náboje, R z a C z je odpor a C s je kapacita prostorového náboje, R z a C z je odpor a kapacita zátěže kapacita zátěže Driftové časy nosičů ve vyčerpané oblasti  d = W I / v s kde W I = x 1 – x 2 tloušťka intrinsické oblasti PIN, v s je kde W I = x 1 – x 2 tloušťka intrinsické oblasti PIN, v s je saturační rychlost saturační rychlost Difuzní časy nosičů mimo vyčerpanou oblast  D = (W I ) 2 / 2D  D = (W I ) 2 / 2D kde D – je difuzní konstanta kde D – je difuzní konstanta Celková časová konstanta a mezní frekvence  C = (  RC 2 +  d 2 ) 1/2 z toho f m = 0,44/  C  C = (  RC 2 +  d 2 ) 1/2 z toho f m = 0,44/  C

26 Fotodiody – PN,PIN Elektrický náhradní obvod pro malé změny signálu FD

27 Časové konstanty fotodiody Si v závislosti na vlnové délce Fotodiody – PN,PIN

28 Závislost driftové rychlosti nosičů na intenzitě el. pole

29 Fotodiody – PN,PIN  Příklady: d) Stanovte dobu driftování pro elektrony a díry je-li saturační rychlost v vrstvě v se = 7x10 4 resp. v sh = 4x10 4 m/s. d) Stanovte dobu driftování pro elektrony a díry je-li saturační rychlost v vrstvě v se = 7x10 4 resp. v sh = 4x10 4 m/s.  tre = W I / v se = 0,43 ns resp.  trh = W I / v sh = 0,75 ns  tre = W I / v se = 0,43 ns resp.  trh = W I / v sh = 0,75 ns e) Stanovte časovou konstantu  C a mezní frekvenci f m PIN e) Stanovte časovou konstantu  C a mezní frekvenci f m PIN fotodetektoru, který pracuje do zátěže R z =500  fotodetektoru, který pracuje do zátěže R z =500   RC  = R z C D = 0,175 ns  tr = (  tre 2 +  trh 2 ) 1/2 = 0,86 ns   C = (  RC 2 +  tr 2 ) 1/2 = 0,88 ns f m = 0,44/  C = 500 MHz f m = 0,44/  C = 500 MHz

30 Komunikační fotodiody - PIN Závislost mezní frekvence PIN FD pro vysoké rychlosti komunikace na tloušťce intrinsické vrstvy. Parametrem je průměr aktivní plochy fotodetektoru

31 Fotodiody – PN,PIN  Š umové vlastnosti Výstřelový šum - je dán proudovými a napěťovými Výstřelový šum - je dán proudovými a napěťovými fluktuacemi spojenými s kvantovým detekčním fluktuacemi spojenými s kvantovým detekčním procesem ve vyčerpané oblasti FD a skládá se ze dvou procesem ve vyčerpané oblasti FD a skládá se ze dvou složek: složek: 1) Šumová složka fotoproudu – kvantový šum 1) Šumová složka fotoproudu – kvantový šum 2) Šumová složka temného proudu 2) Šumová složka temného proudu I š = { 2e (I f + I t )  f } 1/2 I š = { 2e (I f + I t )  f } 1/2 kde I š je celkový výstřelový šum, I f fotoproud, I t temný proud, kde I š je celkový výstřelový šum, I f fotoproud, I t temný proud,  f šířka pásma  f šířka pásma NEP ( noise equivalent power) – zářivý výkon, který vytvoří NEP ( noise equivalent power) – zářivý výkon, který vytvoří fotoproud o stejné efektivní hodnotě jako je šumový proud s fotoproud o stejné efektivní hodnotě jako je šumový proud s jednotkovou šířkou pásma  f = 1 Hz jednotkovou šířkou pásma  f = 1 Hz Detektivita Detektivita D = 1/ NEP D = 1/ NEP

32 Fotodiody – PN,PIN  Domácí příklad : Fotodioda Si PIN p + -  - n + s aktivní plochou A = m 2 má tloušťku vrstvy 50  m, tloušťku p + vrstvy 1  m a koncentraci dotace 6,5 x10 18 m -3. Vypočtěte maximální kvantovou účinnost  a responzivitu  S pro vlnovou délku = 0,9  m. responzivitu  S pro vlnovou délku = 0,9  m. Povrchovou reflexi a absorpci kontakní vrstvy Povrchovou reflexi a absorpci kontakní vrstvy zanedbejte. Předpokládejte koeficient absorpce zanedbejte. Předpokládejte koeficient absorpce  = 5x10 4 m -1  = 5x10 4 m -1

33 Lavinové fotodiody - APD Lavinová fotodioda ( APD) – fotodetektor s vnitřním zesílením Zesilovací mechanismus – APD využívá oblast s vysokou intenzitou elektrického pole pro lavinové násobení foto-generovaných nosičů. Tloušťka vyprázdněné oblasti větší, než je střední volná dráha nosičů, energie nosičů větší, než je práh nárazové ionizace

34 Lavinové fotodiody - APD Fyzikální mechanismus elektronové lavinové ionizace

35 Lavinové fotodiody - APD a) Uspořádání vrstev diody APD, b) Prostorové rozložení náboje r, c) Prostorové rozložení intenzity el. pole E

36 Lavinové fotodiody - APD  Ionizační koeficienty  e resp.  h  - vyjadřují pravděpodobnost, že nosič na jednotkové dráze generuje pár elektron-díra Ionizační koeficienty – rostou s intenzitou elektrického pole E a klesají s růstem teploty Pro průraznou intenzitu pole E B jsou řádu 10 5 až 10 6 m m -1 Jelikoš různé materiály mají různý vztah mezi ionizační koeficienty zavádí se ionizační konstanta k k =  h /  e k =  h /  e

37 Lavinové fotodiody - APD Vlastnosti - největší zesílení pro U R = U BR ( průrazné napětí diody) desítky až stovky voltů. Celkový šum je zvětšen o šum lavinový, který roste se zesílením M < 500. Lavinový efekt vyvolá zlepšení dynamiky odezvy na stovky ps. Technologické provedení – tří až čtyřvrstvá dioda Si, Ge, InGaAs/ InP

38 Lavinové fotodiody - APD Závislost responzivity S fotodiody APD na napětí U

39 Lavinové fotodiody - APD Technologické provední lavinové fotodiody - Si

40 Lavinové fotodiody - APD  Technologické provedení – tří až čtyřvrstvá dioda vrstva x 1, x 2 a x 4, x 5 jsou kontaktní vrstvy (n + p + ) - připojení do obvodu vrstva x 1, x 2 a x 4, x 5 jsou kontaktní vrstvy (n + p + ) - připojení do obvodu vrstva x 2, x 3 je multiplikační vrstva (p) – násobení počtu fotonosičů nárazovou ionizací vrstva x 3, x 4 je driftová vrstva  ) - fotogenerace nosičů a jejich urychlení na ionizační kinetickou energii vrstva x 3, x 4 je driftová vrstva  ) - fotogenerace nosičů a jejich urychlení na ionizační kinetickou energii

41 Lavinové fotodiody - APD  Optimalizace struktury ve vrstvách x 1 až x 2 platí x 1 + x 2 << 1/  << x 3 kde x 1 je kontaktní vrstva n +, x 2 je multiplikativní vrstva p, x 3 je driftová vrstva ,  koeficient absorpce, kde x 1 je kontaktní vrstva n +, x 2 je multiplikativní vrstva p, x 3 je driftová vrstva ,  koeficient absorpce, tloušťka vyprázdněné oblasti x 2 až x 3 > střední volná dráha nosičů volná dráha nosičů násobení nosičů v oblasti x 2, x 3 musí být stejné v celé multiplikační oblasti s minimem defektů celé multiplikační oblasti s minimem defektů pro zajištění vysokého průrazného napětí se používá ochranný prstenec, nebo odleptání části používá ochranný prstenec, nebo odleptání části struktury - mesa struktury - mesa

42 Lavinové fotodiody - APD  Dynamika APD Parazitní elektrické parametry R d C s =  el R d C s =  el Driftové časy 1) Přechodový čas elektronů přes driftovou oblast 1) Přechodový čas elektronů přes driftovou oblast  pe = w 2 / v se  pe = w 2 / v se 2) Přechodový čas děr přes driftovou oblast 2) Přechodový čas děr přes driftovou oblast  pd = w 2 / v sd 3) Čas pro lavinování 3) Čas pro lavinování  L = Mkw A / v se Výsledná doba odezvy   el +  pe +  pd +  L   el +  pe +  pd +  L

43 Lavinové fotodiody - APD Šum APD I š = { 2e [ I t1 + ( I f + I t2 )M 2 F(M)]  f } 1/2 I š = { 2e [ I t1 + ( I f + I t2 )M 2 F(M)]  f } 1/2 kde I t1 je část temného proudu, která není násobena, I t2 je multiplikovaná část temného proudu, I f je fotoproud, F(M) je šumový faktor, M je multiplikační konstanta kde I t1 je část temného proudu, která není násobena, I t2 je multiplikovaná část temného proudu, I f je fotoproud, F(M) je šumový faktor, M je multiplikační konstanta Šumový faktor – šumové číslo Často je užívána aproximace Často je užívána aproximace F = M x F = M x kde x je závislý na materiálu a typu nosičů jeho hodnota je mezi 0,2 až 1 kde x je závislý na materiálu a typu nosičů jeho hodnota je mezi 0,2 až 1

44 Lavinové fotodiody - APD Závislost mezi šumovým číslem F a multiplikačním faktorem M, kde lavinování je iniciováno elektrony. Index x je závislý na materiálu a typu lavinujících nosičů, pro elektrony x=0,2 – 1, koeficient k=  h /  e je poměr ionizačních koeficientů děr a elektronů

45 Lavinové fotodiody - APD  Domácí příklad : Fotodioda Si APD n + - p-  - p + má tloušťku  vrstvy 20  m, tloušťku p vrstvy 2  m a koncentraci dotace  vrstvy m -3. Fotodioda Si APD n + - p-  - p + má tloušťku  vrstvy 20  m, tloušťku p vrstvy 2  m a koncentraci dotace  vrstvy m -3. Stanovte velikost závěrného napětí pro zajištění intenzity elektrického pole zajištění intenzity elektrického pole 10 6 Vm -1 v celé vrstvě  10 6 Vm -1 v celé vrstvě 

46 Komunikační APD fotodiody FD lavinové InGaAs, Si a Ge a pro pásma [ 5 ] 0,8 až 1,6 m [ 5 ]

47 Schotky fotodetektory MSM Fotodetektory z Ga As, které využívají Schotkyho PN přechod, ale fotovodivostní princip detekce záření. V plošném provedení mají meandrovou strukturu. Vlastnosti: Horší vnější kvantová účinnost, velmi dobré dynamické vlastnosti, vycházející z krátkých driftových časů, daných velmi malými vzdálenostmi v meandru. Použití: Používají se v OEIO, pro rychlosti komunikace stovky Mb/s až jednotky Gb/s.

48 Schotky fotodetektory MSM Meandrová struktura fotodetektoru MSM

49 Kvantové fotodetektory-porovnání Srovnávací tabulka kvantových fotodetektorů

50 Fotonásobiče

51 fotokatody Klasická fotokatodaFotokatoda NEA Negativní elektronová afinita

52 Dynodový násobící systém – zesilovač se šumovým číslem F1

53 Kruhové uspořádání dynod

54 Fotonásobiče Multiplikační faktor M=  n kde  koefecient sekundární emise, n je počet dynod Šumové číslo F= / 

55 Závislost koeficientu sekundární emise na energii primárních elektronů Termoemisní proudy fotokatod v závislosti na teplotě: 1-AgOCs (S1), 2- SbCsO (S11), 3 – SbNaKCs (S20), 4- SbKCs, 5-SbNaK

56 OE přijímače pro optické sdělování  Obecné požadavky na OE přijímač  Vysoká citlivost vyjádřená poměrem V/W do definované zátěže  Vysokou citlivost OE přijímače do definované zátěže  Vhodnou vlnovou délku vzhledem k přijímanému záření  Dobrou dynamiku vzhledem k typu požadované modulace  Linearitu vzhledem k rozsahu intenzity optického záření na vstupu OE přijímače

57 OE přijímače základní zapojení a) Nízkoimpedanční typ, b) Transimpedanční typ, c)Vysokoimpedanční typ s ekvalizérem

58 OE přijímače základní zapojení  Typy OE přijímačů: Nízkoimpedanční OE přijímač – FD v odporovém režimu platí – FD v odporovém režimu platí Rz << Zvst Rz << Zvst kde Rz je zatěžovací odpor FD a Zvst vstupní kapacitní impedance zesilovače kde Rz je zatěžovací odpor FD a Zvst vstupní kapacitní impedance zesilovače – Vlastnosti - velká šířka pásma, malý přenos a velký šum – Vlastnosti - velká šířka pásma, malý přenos a velký šum – Používá se pro šířky pásma jednotek až desítek GHz – Používá se pro šířky pásma jednotek až desítek GHz Transimpedanční OE přijímač – FD v odporovém režimu platí – FD v odporovém režimu platí Rzv > Rz > Zvst Rzv > Rz > Zvst – Vlastnosti - kompromisní přenos při střední šířce pásma a střední míře šumu – Vlastnosti - kompromisní přenos při střední šířce pásma a střední míře šumu – Použít pro šířky pásma do 1 GHz – Použít pro šířky pásma do 1 GHz Vysokoimpedanční OE přijímač – FD v odporovém režimu, nakloněné modulační charakteristice, kterou – FD v odporovém režimu, nakloněné modulační charakteristice, kterou vyrovnáváme ekvalizačním členem platí vyrovnáváme ekvalizačním členem platí Rz = Zvst Rz = Zvst – Vlastnosti - velmi malý šum, vysoký přenos, malá šířka pásma a malá – Vlastnosti - velmi malý šum, vysoký přenos, malá šířka pásma a malá dynamika dynamika – Použití pro šířky pásma do 150 MHz – Použití pro šířky pásma do 150 MHz

59 OE přijímače základní zapojení

60

61 OE přijímače šumové zapojení Redukovaný šumový náhradní ekvivalentní obvod

62 OE přijímače šumové zapojení V ideálním případě je dominantní výstřelový šum FD Lze hledat optimální hodnotu M, protože pokud roste M roste i F

63 OE přijímače citlivost Citivost OEP – minimální hodnota optického výkonu, při které přijímač dosáhne požadovaného odstupu signál/ šum SNR nebo požadované chybovosti BER. OEP s PIN fotodiodou OEP s APD

64 OE přijímače citlivost Citivost OEP s PIN FD Citivost OEP s PIN FD Celkový šumový proud Celkový šumový proud

65 OE přijímače citlivost Citlivost OEP s APD Šumový faktor Temný proud

66 OE přijímače citlivost Optimální multiplikativnní faktor

67 OE přijímače šum OEP s MES FE tranzistorem

68 OE přijímače šum Šum zesilovače je odvozen především od šumu vstupního tranzistoru Šum zesilovače je odvozen především od šumu vstupního tranzistoru MES FE tranzistor – tepelný šum kanálu a odporu R L, svodový proud Schottky diody, 1/f šum MES FE tranzistor – tepelný šum kanálu a odporu R L, svodový proud Schottky diody, 1/f šum

69 OE přijímače šum Optimální volba parametrů FE tranzistoru Celková kapacita na vstupu OEP Celková kapacita na vstupu OEP Pro maximální citlivost platí:

70 OE přijímače šum Optimální volba parametrů FET – nutno zabezpečit, aby poměr Optimální volba parametrů FET – nutno zabezpečit, aby poměr představující člen s B 3 v rovnici pro šum zesilovače byl co největší. Toho lze dosáhnout vhodnou optimální volbou délky a šířky kanálu FET

71 OE přijímače šum Velikosti Personickových koeficientů v rovnici pro šum Velikosti koeficientu   Si JFET – 0,7 ; GaAs MES FET – 1,1 ; Si MOS FET – 1,5

72 OE přijímače šum Maximální citlivost – podmínky Maximální citlivost – podmínky Tranzistor s co největším f m Tranzistor s co největším f m Co nejvíce zmenšit kapacitu fotodetektoru a rozptylové kapacity zpětné vazby Co nejvíce zmenšit kapacitu fotodetektoru a rozptylové kapacity zpětné vazby Navrhnout vstupní FET tak, aby platilo Navrhnout vstupní FET tak, aby platilo

73 OE přijímače šum Zapojení OEP s bipolárním tranzistorem

74 OE přijímače šum BJ tranzistor – výstřelový šum kolektorového proudu a proudu báze diody, termický šum odporu R L a odporu báze

75 OE přijímače šum Celková kapacita na vstupu zesilovače Celková kapacita na vstupu zesilovače kde kapacita báze je složena s kapacity prostorového náboje a kapacity difuzní

76 OE přijímače šum Optimální kolektorový proud I c kde funkce vyjadřuje závislost na přenosové rychlosti B a mezní frekvenci f T

77 OE přijímače šum Pro nízké přenosové rychlosti B < 1 Gb/s roste difuzní kapacita s přenosovou rychlostí B dle vztahu, kde C 0 je celková kapacita pro I c = 0

78 OE přijímače šum Pro vysoké přenosové rychlosti B > 1 Gb/s Pro vysoké přenosové rychlosti B > 1 Gb/s celková kapacita dosahuje svého maxima C T = 2C 0 Při nízkých přenosových rychlostech termický šum a při vysokých přenosových rychlostech se projevuje především výstřelový šum daný kolektorovým proudem tím je dána citlivost OEP

79 OE přijímače šum

80 OE přijímače pro optické sdělování Kaskodový SS-SB-SE transimpedanční OE přijímač pro modulační pásma do 150 MHz lit. [ 8 ]

81 OE přijímače pro optické sdělování Hybridní transimpedanční OE přijímač s šířkou pásma 700 MHz lit. [ 6 ]

82 OE přijímače pro optické sdělování Monolitický obvod PIN FET pro gigahertzové pásmo lit. [ 8 ]


Stáhnout ppt "Kvantové fotodetektory a optoelektronické přijímače X34 SOS 2009."

Podobné prezentace


Reklamy Google