Шуми у работе пріймачів та детекторів
1 Загальні Відомості
У Основі роботи детектора лежить генерація електричного Струму у відповідь на падаючі фотонів. Від нього нужно уловлювання даже Дуже Слабко оптичного сигналу и відтворення помітного електричного Струму. Однак у дійсності електричний сигнал может буті Достатньо Слабко при Рівні оптічної потужності від декількох десятків до декількох сотенних нановат. За цьом в пріймачі відбувається Посилення електричного сигналу, отриманий від детектора, и Можливо спотворення его формува.
Шум є непереборнім ефектом, что серйозно обмежує чутлівість детектора. Шумом назівається будь-яке збурювань електричного чг оптичного характером, відмінне від корисностей сигналом. Сигнал несе корисностей інформацію, а шум містіть віпадковість. Хочай шум может буті прісутнім и є прісутнім у всех Частинами комунікаційної системи, особливо ВАЖЛИВО его рівень на вході в приймальний Пристрій. Причина в ТІМ, что приймальний Пристрій працює Зі Слабкий сигналом, что Втрата свою первісну Потужність при передачі. За цьом Слабкий у більшості контурів у порівнянні Із сигналом шум становится помітнім на тлі слабких сигналом. Того ж уровня шум у Передавальний Пристрої звичайна несуттєвій, оскількі тут рівень сигналу набагато Вище. Отже, шум впліває на поріг чутлівості детекторів. Занадто Слабкий оптичний сигнал Неможливо розрізніті на тлі шуму, для цього звітність, або Зменшити рівень шуму, або підсіліті сигнал.
У процесі Посилення в приймальний Пристрої підсілюється НЕ Тільки сигнал, альо и шум. Деякі види шуму можна відфільтрувати за помощью Електрон фільтрів. Зручне мати рівень сигналу більш високий у порівнянні з рівнем шуму, а ще краще мати сильний сигнал и Слабкий шум.
Деякі види шуму обумовлені самим фотодетектором. Вже згадувався шум, зв'язаний Із процесом мультиплексування в APD, что порозумівається Статистичною природою самого процеса. До других Видів шумів, такоже ВАЖЛИВО для розуміння роботи фотодіодів и волоконної оптики, відносяться дробовий и тепловий шум.
2. Дробовий шум
дробовий шум вінікає внаслідок діскретної природи електронів. Електричний струм НЕ є безупинності одноріднім потоком. Це Потік окрем дискретних електронів. Нагадаємо, что фотодіод працює Завдяк поглинання фотонів, что ініціюють з'явиться електронно-дірковіх пара, а ті, у свою черго, - Струму в зовнішньому контурі. Це тріступінчастій процес: фотон, електрон-дірка, електрон. Падіння и поглинання шкірного фотона и генерація парі носіїв є Частинами Випадкове процеса. ВІН протікає як серія дискретних подій, а не однорідній Потік. Таким чином, у дійсності струм змінується у залежності від того, наскількі багатая чі мало електронно-дірковіх пар вінікло в Сейчас годині.
дробовий шум присутній и тоді, коли світло НЕ падає на детектор. Даже во время відсутності світла малий брязкіт Струму генерується за рахунок теплові флуктуацій, причому его рівень збільшується пріблізно на 10% при зрості температури на 1 градус. Типове значення шумового Струму складає 25 на при 25 градусах.
дробовий шум візначається вирази
В
де q - заряд електрона (кулон), i - середня сила Струму (включаючі фоновому струм и струм сигналом) і В-ширина частотної смуги приймач. З рівняння видно, что дробовий шум підсілюється при зростанню Струму и ширини смуги. Дробовий шум мінімальній, коли є прісутнім Тільки фоновому струм (колі i = фонового Струм), и зростанні при вінікненні Струму, порушуваного оптичні сигналом. Детектор з рівнем фонового Струму 2 нА, что працює в частотній Смузі 10 МГц, має дробовий шум на Рівні 80 пА:
В В
3. Тепловий шум
Тепловий шум, чи шум Джонсона-Найквіста, вінікає Завдяк флуктуаціям опору детектора. Електрон в просторі между електрода поводять мінліво. Їхня теплова енергія дозволяє їм Випадкове чином зміщатіся. У кожен момент годині сумарная Потік Випадкове руху електронів может буті спрямованостей до одного або до Іншого електроду. У такий способ з'являється Постійно мінлівій Випадкове струм. ВІН накладається на корисний струм сигналу и змінює его. Тепловий струм задається вирази
В
де k - Постійна Больцмана (Дж/К), Т - Абсолютна температура по шкалі Кельвіна, В-ширина частотної смуги приймач і - Опір НАВАНТАЖЕННЯ. Розглянемо 510-омнео НАВАНТАЖЕННЯ, что працює при абсолютній температурі 298 К. Припустиме ширину смуги в 10 МГц. Тепловий шум дорівнює
.
Тепловий и дробовий шум у пріймачі вінікають Незалежності від оптічної потужності что Надходить. Смороду візначаються структурою матерії. Смороду могут буті зменшені при поліпшенні пристрою детектора, альо позбутіся від них Цілком Неможливо. Сигнал - оптичний, електричний, чі Голосова - обов'...
