光電探測器是光接收器的主要器件之一,用來將光功率轉(zhuǎn)換為電流。根據(jù)系統(tǒng)的性能目標,可以選用PIN或APD(雪崩光電二極管)光電探測器。誤碼率(BER)是用于指定通信傳輸系統(tǒng)可靠性的主要指標,通常與接收機靈敏度值相關(guān),該值定義了必須到達光電探測器的最小平均光功率,以實現(xiàn)所需的BER性能。另外,信道的Q值可以從采樣的信號統(tǒng)計中計算出來,并用于估計系統(tǒng)的誤碼率。光電探測器在定義基本通信系統(tǒng)的最終靈敏度方面起著重要的作用,因為它以散彈噪聲和熱噪聲的形式提供統(tǒng)計擾動,并引入了暗電流及定義響應(yīng)率來衡量每單位輸入功率獲得多少電輸出。這些特性取決于入射光的波長和傳感器的材料特性和物理設(shè)計。讀者可依照本文,用pLogic 搭建鏈路,通過 pSim進行鏈路仿真,如下圖,兩者均為國產(chǎn)EDA軟件 PIC Studio光電融合設(shè)計全流程的模塊。
圖1:國產(chǎn)EDA軟件 PIC Studio光電融合設(shè)計全流程
鏈路功能說明
線性度和靈敏度是衡量PIN型光電探測器性能的兩個重要參數(shù)。下面,分為兩部分,第一部分是介紹如何獲得PIN型光電探測器的線性度。第二部分是PIN型光電探測器的靈敏度。
關(guān)于線性度,利用pLogic搭建鏈路如下圖所示,使用兩個連續(xù)激光器(CWL_1、CWL_ 2)作為光源發(fā)射到2x2定向耦合器(C_1)中。為了產(chǎn)生拍頻,在兩個連續(xù)激光器之間施加一點頻率差。通過C_1后,光衰減器(ATT_1)用于衰減光功率。Pin光電檢測器(Pin_1)用于檢測接收信號并將信號類型從光信號轉(zhuǎn)換為電信號(O-E轉(zhuǎn)換)。DC塊(HPF_1)用于濾除低頻噪聲。電放大器(AMP_1)用于增強光功率并產(chǎn)生一階/三階非線性效應(yīng)。電叉(fork_1)用于將信號從一個端口分離到兩個端口。最后,使用兩個矩形帶通濾波器(BPF_1、BPF_ 2)分別濾除一階和三階信號。兩個功率表(PWM_1、PWM_2)用于測量電功率。
圖 2:通過pLogic原理圖工具完成PIN型光電探測器線性度參數(shù)獲取鏈路
關(guān)于靈敏度, 如下圖所示偽隨機比特序列(PRBS_1)和不歸零碼(NRZ_1),用于產(chǎn)生隨機通斷鍵控(OOK)信號。經(jīng)過NRZ_1后,一部分信號發(fā)送給眼圖作為參考信號,另一部分作為接收信號發(fā)送到光幅度調(diào)制器(AM_1),通過整個系統(tǒng)到達眼圖。連續(xù)波激光器(CWL_1)作為光源發(fā)射到光幅度調(diào)制器的光端口。光衰減器(ATT_1)用于衰減光功率。光功率計(OPWM_1)用于監(jiān)測光功率。信號調(diào)制后,pin探測器(pin_1)用于將信號從光信號轉(zhuǎn)換為電信號。低通貝塞爾濾波器(LPF_1)用于濾除高頻信號。最后,利用眼圖分析傳輸信號的質(zhì)量。
圖 3:通過pLogic原理圖工具完成PIN型光電探測器靈敏度參數(shù)獲取鏈路
工作原理說明
在 pLogic 可視化原理圖工具中連接每個器件,通過 pSim執(zhí)行仿真。結(jié)果窗口會顯示一階功率為2.736 dBm,三階功率為-99.191 dBm。經(jīng)過處理后得到HOIP3,如圖所示,紅線和藍線的交點是HOIP3。
圖 4:通過 pSim得到PIN型光電探測器線性度仿真結(jié)果
關(guān)于靈敏度,同樣在 pLogic 中連接器件調(diào)用 pSim 進行仿真如下圖。眼圖結(jié)果表明判決瞬間為5.47 ns,門限電平為0.68 uV,消光比為16.03 dB,眼圖開度為0.86,眼寬為7.43 ns,最小誤碼率為2.20e-12,最大Q因子為6.92。
圖 5:通過 pSim得到PIN型光電探測器靈敏度仿真結(jié)果
新聞來源:逍遙設(shè)計自動化
相關(guān)文章