Определение минимально необходимого соотношения сигнал-шум

Содержание

 

Введение. Исходные данные к проекту

Требования к линейным сигналам оптических систем передачи

Определение минимально необходимого соотношения сигнал-шум

Выбор фотоприемника

Выбор схемы входного каскада фотоприемника

Расчет минимальной мощности оптического излучения на входе фотоприемника

Способы улучшения чувствительности фотоприемника

Список литературы

 

Введение. Исходные данные к проекту

 

Цель проекта: провести разработку схемы и расчет основных параметров фотоприемного устройства ВОЛС в диапазоне скоростей передачи 1-10 Гбит/с, длина волны 1.55 мкм.

Исходные данные:

1. Скорость передачи информации В 1.2 Гбит/с;

2. Допустимый коэффициент ошибок (BER) 10^-9;

.   Тип кодирования сигнала NRZ;

4. Тип усилителя фотоприемного устройства - трансимпедансный.

 

Требования к линейным сигналам оптических систем передачи

 

1. Спектр сигнала в полосе пропускания должен быть узким и не должен иметь постоянной составляющей, т.е. должен быть ограничен сверху и снизу;

2. Желательно, чтобы основная доля энергии непрерывной составляющей энергетического спектра была сосредоточена в относительно узкой части спектра, так как при прочих равных условиях, чем уже спектр, тем меньше искажается сигнал за счет ограничения полосы линейного тракта;

. Линейный код должен содержать информацию о тактовой частоте передаваемого сигнала. В приемнике эта информация используется для восстановления фазы и частоты хронирующего колебания, необходимого для принятия решения пороговыми устройствами приемника и регенератора;

. Непрерывная часть энергетического спектра должна иметь низкий уровень в области тактовой (либо кратной ей) частоты, используемой для синхронизации приема, так как чем меньше уровень непрерывной составляющей в области, выделяемой дискретной составляющей, тем меньше помехи для устройств выделения тактовой частоты;

. Код передачи должен отображать любую двоичную последовательность. Процесс линейного кодирования не должен зависеть от статистики сигналов источника информации, и наоборот, код не должен налагать какие либо ограничения на передаваемое сообщение и должен обеспечивать однозначную передачу сигналов с любой статистикой;

. Алгоритм формирования сигнала должен позволять надежно контролировать качество (достоверность) передачи в процессе автоматической эксплуатации ВОСП путем контроля ошибок;

. Устройство кодирования, декодирования и контроля ошибок должны быть простыми, надежными и малоэнергоемкими с возможностью интеграции схемы;

. Желательно, чтобы линейный код имел малую избыточность для снижения соотношения между скоростью передачи в линии и скоростью исходных двоичных сигналов и повышения эффективности ВОСП;

. Линейный код не должен приводить к существенному размножению ошибок при декодировании;

Поскольку импульсы излучаемой оптической мощности, разумеется, могут быть только положительными или нулевыми, мы не можем непосредственно использовать биполярные коды, которые применяются при передаче информации по проводным линиям.

Применяемые коды на ВОСП

 

 

Правила кодирования (рис.1)и распределения спектральной плотности различных кодов передачи (рис.2) представлены на графиках:

 

1-NRZ; 2-RZ; 3-BI-L; 4-BI-S; 5-Код с «обращением»; 6-электронно-фотонный код1; 7-электронно-фотонный код 2.

Как видно из рисунка, NRZ обладает узкой шириной спектра. Сигналы NRZ и RZ имеют максимум спектральной плотности в узкой полосе частот.

NRZ (без возвращения к нулю на тактовом интервале - абсолютный) - точно повторяет информационную последовательность. Сигнал RZ можно рассматривать как код 1В2В. Единицам в исходной последовательности соответствуют комбинации 10, нулям- комбинации 00. Возвращение к нулю после передачи каждой единицы повышает качество синхронизации при повторении большого числа единиц. Коды BI-L и BI-S называются биимпульсными. В абсолютном биимпульсном сигнале BI-L единицам в исходной последовательности соответствует блок 10, нулям- 01. В относительном биимпульсном сигнале BI-S изменение уровня или фазы происходит лишь при появлении символа 1, а при появления символа 0 сохраняется значение уровня или фазы предыдущего элемента. Применение блочных кодов mBnB вызывают увеличение тактовой частоты линии в n/m раз. Коды 1В2В применяются только в системах с относительно низкой скоростью передачи.

На больших скоростях обычно применяются коды типа NRZ. Достоинствами этих кодов являются простота реализации, относительная узость спектра и высокая энергетическая эффективность. Но такие коды характеризуются такими существенными недостатками, как высокий уровень низкочастотных составляющих, невозможность контроля ошибок, отсутствие дискретных составляющих в энергетическом спектре. Для улучшения статистических свойств сигналов используют скремблирование исходного двоичного сигнала для превращения его в сигнал, близкий к случайному. Данная операция устраняет длинные последовательности нулей и единиц, а также упрощает процесс выделения тактовой частоты из принимаемого сигнала.

Определяющим параметром для расчета потребной ширины полосы частот занимаемой сигналом является избыточность кода, а также относительная скорость передачи, характеризующая увеличение тактовой частоты при применении данного блочного кода.

Очевидно, что чем меньше избыточность кода, тем меньше разница между скоростями.

Необходимая длительность тактового интервала определяется из формулы:  =>  [1, 1, 70, 2.4.22]¹ В-скорость передачи, 1.2Гбит/с.

Ширина полосы частот для кода NRZ, согласно таблице кодирования

 

 

Ширина спектра сигнала:

 

 [2, 1, 57, 2.2.42]

 

Здесь и далее формулы нумеруются следующим образом: [№ формулы в курсовой работе] - [№ используемого источника из списка литературы], [страница с формулой],[№ формулы в источнике]

Выбор фотоприемника

В фотоприемных устройствах (ФПУ) ВОСП происходит преобразование оптических сигналов в электрические и первичная обработка электрических сигналов. К характеристикам ФПУ предъявляют следующие основные требования:

· высокая эффективность преобразования оптических сигналов в электрические (высокая чувствительность на рабочей длине волны),

· высокое быстродействие,

· низкий уровень шумов,

· стабильность характеристик при изменении параметров окружающей среды (температуры, влажности, давления и пр.),

· высокая надежность, большой срок службы,

· низкая стоимость.

Важной характеристикой фотодиодов является спектральная характеристика, т.е. зависимость эффективности работы фотодиода от длины волны передаваемого сигнала, где эффективность работы фотодиода определяется отношением тока на выходе к мощности принимаемого сигнала. Эта характеристика определяет диапазон использования различных фотодиодов в приборах. На рис.4 представлены характеристики для трех основных типов фотодиодов: кремниевого (Si), германиевого (Ge) и на основе сплава арсенида галлия (InGaAs).

 

 

Рис.4. Характеристики зависимости выходного сигнала фотодиода от длины волны принимаемого сигнала

 

Из рисунка видно, что кремниевый фотодиод может с успехом использоваться при измерениях оптического сигнала от 800 до 900 нм. На практике, оптические измерители мощности, использующие этот тип детектора, калиброваны на более широкий диапазон - от 400-450 до 1000 нм. Для измерений в одномодовых волоконных кабелях 1310 и 1550 нм, получивших наибольшее распространение в современных системах связи, обычно используются германиевые детекторы или фотодиоды на основе сплава InGaAs. Они работают во всех трех окнах прозрачности, но детекторы на основе InGaAs имеют более широкий спектр измерения, большую температурную стабильность и стоимость. Кроме того, InGaAs-фотодиоды при отсутствии светового сигнала имеют низкий уровень остаточного тока, который, к тому же, практически не зависит от изменения температуры. Это позволяет снизить уровень шума и увеличить динамический диапазон измерений.

PIN-диод является полупроводниковой структурой, которая включает область положительных зарядов (positive), область отрицательных зарядов (negative) и разделяющую их нейтральную область (intrinsic), обедненную носителями зарядов. Обедненная область создается обратным смещением перехода, при котором через прибор течет очень слабый обратный ток. При обратном смещении электроны стремятся выйти из n-области во внешнюю цепь и образовать дырки в р-области, обедняя носителями заряда область перехода.

В идеальном PIN-диоде каждый фотон создает одну электронно-дырочную пару. Если на диод падает слабый световой поток, то производимый электрический ток может быть недостаточным, чтобы детектировать его на фоне внутреннего шума самого pin-диода и внешней цепи.

PIN-диод обладает следующими характеристиками:

• относительно простая структура по сравнению с лавинными диодами;

• относительно слабая чувствительность к изменению температуры прибора;

• квантовая эффективность обычно менее или равна 1;

• ограниченный динамический диапазон;

• высокая прочность и длительное время эксплуатации;

• небольшая стоимость;

• по сравнению с лавинными диодами низкая чувствительность при данном отношении сигнал/шум.

Когда свет падает на поверхность диода, поглощаемые фотоны создают электронно-дырочные пары в обедненной области. Затем электроны и дырки разделяются под действием обратного смещения перехода и текут в направлении своих областей. Каждая электронно-дырочная пара производит ток в один электрон во внешней цепи.

рис.5 Структура PIN-диода

Лавинный фотодиод или APD (Avalanche Photo Diode) является альтернативой фотодетектору на основе PIN-диода. По сравнению с последним он имеет ряд преимуществ. Если на поверхность PIN-диода падает слабый световой поток, то выходной сигнал детектора также слаб, поэтому хотелось бы повысить его уровень перед дальнейшей его обработкой и усилением в электронной части фотоприемника. Это и обеспечивает структура, названная APD, которая показана на рис. 6.

Внутри части обедненной области лавинного диода создается сильное электрическое поле. Основные носители зарядов, порожденные падающими на диод фотонами (как и в pin-диодах), при попадании в это сильное поле способны усиливать выходную энергию на несколько электрон-вольт. Сталкиваясь с кристаллической решеткой, основной носитель отдает достаточно энергии для продвижения электрона из валентной зоны в зону проводимости. Этот процесс называется ударной ионизацией. Вследствие этого неосновные носители могут создавать еще больше носителей заряда. В результате происходит явление, известное как лавинный пробой, которым и объясняется внутреннее усиление в диоде.

Количество электронов, образующих ток во внешней цепи диода, равно произведению числа падающих фотонов и коэффициента лавинного умножения прибора.

Поэтому APD имеют квантовую эффективность около 4 (т.е. больше 100 %), хотя это может приводить также и к усилению шума на выходе прибора.

Лавинные диоды чувствительны к изменению температуры, поэтому обычно в структуру фотодетектора на основе APD включена схема АРУ (автоматического контроля усиления), которая поддерживает стабильное напряжение смещения. Лавинные диоды обладают следующими характеристиками:

• более сложная структура по сравнению с PIN-диодами;

• чувствительность прибора зависит от его температуры;

• квантовая эффективность составляет от 3 до 4;

• более широкий динамический диапазон;

• высокая прочность и длительное время эксплуатации;

• более высокая стоимость по сравнению с PIN-диодами;

• чувствительность обычно на 5 - 6 дБ выше, чем у PIN-диодов.

Рис.6 Структура ЛФД

Для выбора необходимого типа фотоприменика произведем сравнение нескольких PIN- фотодиодов и нескольких ЛФД, выпускаемых промышленностью

 

Тип	Марка и производитель	Чувствительность S, A/W	Темновой ток Id, nA	Емкость Ct, pF	Коэф. умножения М	Фактор шума F
APD	Deschutes BS, Voxtel	1.01	1.9	0.54	10	3.4
APD	SU200-01A-TO,Sensors unlimited	0.8	15	1.20	10	5.1
PIN	G6854-01, Hamamatsu	0.95	0.4	1	1	1
PIN	HR1107CR, HITACH	0.8	1	0.9	1	1

 

ЛФД Deschutes BS обладает лучшими характеристиками по сравнению с SU200-01A-TO, имеет небольшой темновой ток, малую емкость и невысокий фактор шума.

Среди PIN фотодиодов выбираем G6854-01, поскольку у него выше чувствительность и меньше темновой ток.

Окончательный выбор диода будет сделан далее.

Список литературы

 

1. Дж. Гауэр "Оптические системы связи", М., Радио и связь, 1994 г.

. Э. А. Шевцов, М. Е. Белкин "Фотоприемные устройства волоконно-оптических систем передачи", М., Радио и связь, 1992г.

. А. Козанне, Ж. Флере, М. Руссо "Оптика и связь", М., Мир, 1984 г.

. М. Кауфман, А.Сидман "практическое руководство по расчетам схем в электронике", Справочник. т.2, М., Энергоатомиздат, 1993 г.

Содержание

 

Введение. Исходные данные к проекту

Требования к линейным сигналам оптических систем передачи

Определение минимально необходимого соотношения сигнал-шум

Выбор фотоприемника

Выбор схемы входного каскада фотоприемника

Расчет минимальной мощности оптического излучения на входе фотоприемника

Способы улучшения чувствительности фотоприемника

Список литературы

 

Введение. Исходные данные к проекту

 

Цель проекта: провести разработку схемы и расчет основных параметров фотоприемного устройства ВОЛС в диапазоне скоростей передачи 1-10 Гбит/с, длина волны 1.55 мкм.

Исходные данные:

1. Скорость передачи информации В 1.2 Гбит/с;

2. Допустимый коэффициент ошибок (BER) 10^-9;

.   Тип кодирования сигнала NRZ;

4. Тип усилителя фотоприемного устройства - трансимпедансный.

 

Требования к линейным сигналам оптических систем передачи

 

1. Спектр сигнала в полосе пропускания должен быть узким и не должен иметь постоянной составляющей, т.е. должен быть ограничен сверху и снизу;

2. Желательно, чтобы основная доля энергии непрерывной составляющей энергетического спектра была сосредоточена в относительно узкой части спектра, так как при прочих равных условиях, чем уже спектр, тем меньше искажается сигнал за счет ограничения полосы линейного тракта;

. Линейный код должен содержать информацию о тактовой частоте передаваемого сигнала. В приемнике эта информация используется для восстановления фазы и частоты хронирующего колебания, необходимого для принятия решения пороговыми устройствами приемника и регенератора;

. Непрерывная часть энергетического спектра должна иметь низкий уровень в области тактовой (либо кратной ей) частоты, используемой для синхронизации приема, так как чем меньше уровень непрерывной составляющей в области, выделяемой дискретной составляющей, тем меньше помехи для устройств выделения тактовой частоты;

. Код передачи должен отображать любую двоичную последовательность. Процесс линейного кодирования не должен зависеть от статистики сигналов источника информации, и наоборот, код не должен налагать какие либо ограничения на передаваемое сообщение и должен обеспечивать однозначную передачу сигналов с любой статистикой;

. Алгоритм формирования сигнала должен позволять надежно контролировать качество (достоверность) передачи в процессе автоматической эксплуатации ВОСП путем контроля ошибок;

. Устройство кодирования, декодирования и контроля ошибок должны быть простыми, надежными и малоэнергоемкими с возможностью интеграции схемы;

. Желательно, чтобы линейный код имел малую избыточность для снижения соотношения между скоростью передачи в линии и скоростью исходных двоичных сигналов и повышения эффективности ВОСП;

. Линейный код не должен приводить к существенному размножению ошибок при декодировании;

Поскольку импульсы излучаемой оптической мощности, разумеется, могут быть только положительными или нулевыми, мы не можем непосредственно использовать биполярные коды, которые применяются при передаче информации по проводным линиям.

Применяемые коды на ВОСП

 

 

Правила кодирования (рис.1)и распределения спектральной плотности различных кодов передачи (рис.2) представлены на графиках:

 

1-NRZ; 2-RZ; 3-BI-L; 4-BI-S; 5-Код с «обращением»; 6-электронно-фотонный код1; 7-электронно-фотонный код 2.

Как видно из рисунка, NRZ обладает узкой шириной спектра. Сигналы NRZ и RZ имеют максимум спектральной плотности в узкой полосе частот.

NRZ (без возвращения к нулю на тактовом интервале - абсолютный) - точно повторяет информационную последовательность. Сигнал RZ можно рассматривать как код 1В2В. Единицам в исходной последовательности соответствуют комбинации 10, нулям- комбинации 00. Возвращение к нулю после передачи каждой единицы повышает качество синхронизации при повторении большого числа единиц. Коды BI-L и BI-S называются биимпульсными. В абсолютном биимпульсном сигнале BI-L единицам в исходной последовательности соответствует блок 10, нулям- 01. В относительном биимпульсном сигнале BI-S изменение уровня или фазы происходит лишь при появлении символа 1, а при появления символа 0 сохраняется значение уровня или фазы предыдущего элемента. Применение блочных кодов mBnB вызывают увеличение тактовой частоты линии в n/m раз. Коды 1В2В применяются только в системах с относительно низкой скоростью передачи.

На больших скоростях обычно применяются коды типа NRZ. Достоинствами этих кодов являются простота реализации, относительная узость спектра и высокая энергетическая эффективность. Но такие коды характеризуются такими существенными недостатками, как высокий уровень низкочастотных составляющих, невозможность контроля ошибок, отсутствие дискретных составляющих в энергетическом спектре. Для улучшения статистических свойств сигналов используют скремблирование исходного двоичного сигнала для превращения его в сигнал, близкий к случайному. Данная операция устраняет длинные последовательности нулей и единиц, а также упрощает процесс выделения тактовой частоты из принимаемого сигнала.

Определяющим параметром для расчета потребной ширины полосы частот занимаемой сигналом является избыточность кода, а также относительная скорость передачи, характеризующая увеличение тактовой частоты при применении данного блочного кода.

Очевидно, что чем меньше избыточность кода, тем меньше разница между скоростями.

Необходимая длительность тактового интервала определяется из формулы:  =>  [1, 1, 70, 2.4.22]¹ В-скорость передачи, 1.2Гбит/с.

Ширина полосы частот для кода NRZ, согласно таблице кодирования

 

 

Ширина спектра сигнала:

 

 [2, 1, 57, 2.2.42]

 

Здесь и далее формулы нумеруются следующим образом: [№ формулы в курсовой работе] - [№ используемого источника из списка литературы], [страница с формулой],[№ формулы в источнике]

Определение минимально необходимого соотношения сигнал-шум

 

Искажения сигнала, в особенности шумом, приводит к принятию ошибочных решений и поступлению к получателю некоторого числа ложных сигналов в двоичной форме. Качество восстановленного сообщения характеризуется коэффициентом ошибок, под которым понимаю отношение числа ложных битов на входе приемника к общему числу принятых битов.

 Найдем зависимость коэффициента ошибок от величины сигнала и шума до принятия решения. Предположим, что напряжение сигнала- это случайная величина с гауссовым законом распределения и стандартным отклонением . Она центрирована на u, когда излучается символ “1”, и на нуле при передаче “0”. Поэтому условная вероятность приема символа “0” при передаче символа “1” будет равна вероятности того, что напряжение на выходе приемника будет ниже порога . Следовательно, выражение для этой вероятности имеет вид

 

 [3, 3, 375]

 

Аналогично, условная вероятность приема символа “1”, когда передается символ “0”, будет равна

 

 

Простая замена переменной приводит к следующим формулам:

 

,

где -дополнительная функция ошибок, равная

 

 

Символы “1” и “0” априори считаются равновероятными, а потому полная вероятность ошибки равна

 

 

И если учесть, что вероятность ошибок одинакова для каждого символа

 

 

Это выражение дает следующее значение порога

 

 

Выражение для вероятности ошибки (в случае длинной последовательности импульсов, равной наблюдаемому коэффициенту ошибок) примет вид:

 

 [4, 3, 375, 15.4]

 

где

Коэффициент ошибок зависит от отношения сигнал-шум на выходе приемного устройства. Связь между ними определяется через дополнительную функцию ошибок, значения которой табулированы, а также представлены на графике (рис.3):

Рис.3 [2, 28]

 

Исходя из требуемого коэффициента ошибок BER=10^-9 по графику определяем, что для достижения такого качества принятия сигнала необходимо, чтобы Q=6. Q пропорциональна отношению сигнал к шуму (S/B), определяемых обычно для цифровых систем связи как отношение максимального отношения напряжения к действующему значению напряжения шума:

Q=1/2 SNR [5, 3, 376, 15.6]

значит, отношение сигнал-шум должно быть равно 12.

 

Выбор фотоприемника

В фотоприемных устройствах (ФПУ) ВОСП происходит преобразование оптических сигналов в электрические и первичная обработка электрических сигналов. К характеристикам ФПУ предъявляют следующие основные требования:

· высокая эффективность преобразования оптических сигналов в электрические (высокая чувствительность на рабочей длине волны),

· высокое быстродействие,

· низкий уровень шумов,

· стабильность характеристик при изменении параметров окружающей среды (температуры, влажности, давления и пр.),

· высокая надежность, большой срок службы,

· низкая стоимость.

Важной характеристикой фотодиодов является спектральная характеристика, т.е. зависимость эффективности работы фотодиода от длины волны передаваемого сигнала, где эффективность работы фотодиода определяется отношением тока на выходе к мощности принимаемого сигнала. Эта характеристика определяет диапазон использования различных фотодиодов в приборах. На рис.4 представлены характеристики для трех основных типов фотодиодов: кремниевого (Si), германиевого (Ge) и на основе сплава арсенида галлия (InGaAs).

 

 

Рис.4. Характеристики зависимости выходного сигнала фотодиода от длины волны принимаемого сигнала

 

Из рисунка видно, что кремниевый фотодиод может с успехом использоваться при измерениях оптического сигнала от 800 до 900 нм. На практике, оптические измерители мощности, использующие этот тип детектора, калиброваны на более широкий диапазон - от 400-450 до 1000 нм. Для измерений в одномодовых волоконных кабелях 1310 и 1550 нм, получивших наибольшее распространение в современных системах связи, обычно используются германиевые детекторы или фотодиоды на основе сплава InGaAs. Они работают во всех трех окнах прозрачности, но детекторы на основе InGaAs имеют более широкий спектр измерения, большую температурную стабильность и стоимость. Кроме того, InGaAs-фотодиоды при отсутствии светового сигнала имеют низкий уровень остаточного тока, который, к тому же, практически не зависит от изменения температуры. Это позволяет снизить уровень шума и увеличить динамический диапазон измерений.

PIN-диод является полупроводниковой структурой, которая включает область положительных зарядов (positive), область отрицательных зарядов (negative) и разделяющую их нейтральную область (intrinsic), обедненную носителями зарядов. Обедненная область создается обратным смещением перехода, при котором через прибор течет очень слабый обратный ток. При обратном смещении электроны стремятся выйти из n-области во внешнюю цепь и образовать дырки в р-области, обедняя носителями заряда область перехода.

В идеальном PIN-диоде каждый фотон создает одну электронно-дырочную пару. Если на диод падает слабый световой поток, то производимый электрический ток может быть недостаточным, чтобы детектировать его на фоне внутреннего шума самого pin-диода и внешней цепи.

PIN-диод обладает следующими характеристиками:

• относительно простая структура по сравнению с лавинными диодами;

• относительно слабая чувствительность к изменению температуры прибора;

• квантовая эффективность обычно менее или равна 1;

• ограниченный динамический диапазон;

• высокая прочность и длительное время эксплуатации;

• небольшая стоимость;

• по сравнению с лавинными диодами низкая чувствительность при данном отношении сигнал/шум.

Когда свет падает на поверхность диода, поглощаемые фотоны создают электронно-дырочные пары в обедненной области. Затем электроны и дырки разделяются под действием обратного смещения перехода и текут в направлении своих областей. Каждая электронно-дырочная пара производит ток в один электрон во внешней цепи.

рис.5 Структура PIN-диода

Лавинный фотодиод или APD (Avalanche Photo Diode) является альтернативой фотодетектору на основе PIN-диода. По сравнению с последним он имеет ряд преимуществ. Если на поверхность PIN-диода падает слабый световой поток, то выходной сигнал детектора также слаб, поэтому хотелось бы повысить его уровень перед дальнейшей его обработкой и усилением в электронной части фотоприемника. Это и обеспечивает структура, названная APD, которая показана на рис. 6.

Внутри части обедненной области лавинного диода создается сильное электрическое поле. Основные носители зарядов, порожденные падающими на диод фотонами (как и в pin-диодах), при попадании в это сильное поле способны усиливать выходную энергию на несколько электрон-вольт. Сталкиваясь с кристаллической решеткой, основной носитель отдает достаточно энергии для продвижения электрона из валентной зоны в зону проводимости. Этот процесс называется ударной ионизацией. Вследствие этого неосновные носители могут создавать еще больше носителей заряда. В результате происходит явление, известное как лавинный пробой, которым и объясняется внутреннее усиление в диоде.

Количество электронов, образующих ток во внешней цепи диода, равно произведению числа падающих фотонов и коэффициента лавинного умножения прибора.

Поэтому APD имеют квантовую эффективность около 4 (т.е. больше 100 %), хотя это может приводить также и к усилению шума на выходе прибора.

Лавинные диоды чувствительны к изменению температуры, поэтому обычно в структуру фотодетектора на основе APD включена схема АРУ (автоматического контроля усиления), которая поддерживает стабильное напряжение смещения. Лавинные диоды обладают следующими характеристиками:

• более сложная структура по сравнению с PIN-диодами;

• чувствительность прибора зависит от его температуры;

• квантовая эффективность составляет от 3 до 4;

• более широкий динамический диапазон;

• высокая прочность и длительное время эксплуатации;

• более высокая стоимость по сравнению с PIN-диодами;

• чувствительность обычно на 5 - 6 дБ выше, чем у PIN-диодов.

Рис.6 Структура ЛФД

Для выбора необходимого типа фотоприменика произведем сравнение нескольких PIN- фотодиодов и нескольких ЛФД, выпускаемых промышленностью

 

Тип	Марка и производитель	Чувствительность S, A/W	Темновой ток Id, nA	Емкость Ct, pF	Коэф. умножения М	Фактор шума F
APD	Deschutes BS, Voxtel	1.01	1.9	0.54	10	3.4
APD	SU200-01A-TO,Sensors unlimited	0.8	15	1.20	10	5.1
PIN	G6854-01, Hamamatsu	0.95	0.4	1	1	1
PIN	HR1107CR, HITACH	0.8	1	0.9	1	1

 

ЛФД Deschutes BS обладает лучшими характеристиками по сравнению с SU200-01A-TO, имеет небольшой темновой ток, малую емкость и невысокий фактор шума.

Среди PIN фотодиодов выбираем G6854-01, поскольку у него выше чувствительность и меньше темновой ток.

Окончательный выбор диода будет сделан далее.