РАСЧЕТ МИНИМАЛЬНОЙ ДЕТЕКТИРУЕМОЙ МОЩНОСТИ ОПТИЧЕСКОГО СИГНАЛА

Одним из наиболее важных параметров приемника оптического излучения является минимальная обнаруживаемая мощность оптического сигнала, при которой обеспечивается заданное значение отношения сигнал-шум или вероятности ошибки. Это значение получило название минимальной детектируемой мощности (МДМ). Для магистральных сетей вероятность ошибки в расчете на 1 км длины линейного тракта не должна превышать р' < 1,67·10^-11. Исходя из этих значений вероятности ошибки, можно определить вероятность ошибки для полученной длины регенерационного участка.

, (11)

Используя это значение вероятности ошибки на участке регенерации, можно определить с помощью зависимости вероятности ошибки р_ош от защищенности А_з (рис. 5) численное значение защищенности на входе регенератора. А_з = 22 дБ.

Защищённость А_з определяется отношением сигнал-шум применительно к приёмному оптическому модулю (ПРОМ):

(12)

В этой формуле: – среднеквадратичное значение полезного тока сигнала; – среднеквадратичное значение тока тепловых шумов на эквивалентном сопротивлении нагрузки; – среднеквадратичное значение тока дробовых шумов фотодиода; – среднеквадратичное значение собственных шумов усилителя, приведенных к его входу.

Вводимые обозначения и дальнейшие расчетные величины иллюстрируются рис.6.

На рис.5 приняты следующие обозначения:

Р – мощность падающего светового сигнала на фотодиод;

I_c – фототок полезного сигнала на выходе фотодиода;

R_ф – динамическое сопротивление фотодиода;

С_ф – ёмкость p-n перехода фотодиода;

I_Д – ток дробовых шумов фотодиода;

I_Т – ток тепловых шумов нагрузки R_н цепи фотодиода (входным сопротивлением усиления К пренебрегаем).

Применительно к p-i-n фотодиодам формула для расчёта защищённости имеет вид:

, (13)

где в основном, учитывается тепловые шумы нагрузки в цепи фотодиода, а также шумы предварительного каскада усиления. В формуле (13) используются следующие величины: k – постоянная Больцмана (k = 1,38·10^-23 Дж/К), Т – температура по Кельвину (Т = -253 К), F_ш – коэффициент шума усилителя (F_ш = 7); S – чувствительность фотодиода:

(14)

где h – квантовая эффективность фотодиода (h = 0,8), q – заряд электрона,

l – длина волны излучения, (l = 1,55 мкм), h – постоянная планка.

С учётом значения q и h формула (14) трансформируется в формулу:

(15)

[А/Вт]

Величина R может быть определена из условия обеспечения необходимой широкополосности ПРОМ с учётом ёмкости С=С_ф+С_вх= 2 пФ:

, (16)

где В – ширина полосы пропускания фотодиода или скорость передачи, бит/с.

Динамическое сопротивление фотодиода

Из формулы (13) можно определить мощность излучения на входе фотодиода Р, удовлетворяющая условию реализации МДМ оптического сигнала:

(17)

Вт

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИНИМАЛЬНОЙ ИЗЛУЧАЕМОЙ МОЩНОСТИ ПЕРЕДАЮЩЕГО ОПТИЧЕСКОГО МОДУЛЯ

По значению мощности Р можно определить уровень оптического МДМ-сигнала:

, (18)

где Р₀ =1 мВт, и значение Р также должно быть в мВт.

дБ.

Однако, порог чувствительности приёмного оптического модуля (ПРОМ) рекомендуется дополнительно повысить с учётом составляющих шума линейного тракта но 30 дБ при использовании p-i-n фотодиодов. Обозначив это значение р'_пр.min= –60,151 дБ. Определим минимальную мощность на входе ПРОМ:

(19)

мВт,

и минимальный уровень излучения передающего оптического модуля (ПОМ):

(20)

дБм.

По величине определим минимальную мощность модуля ПОМ:

(21)

Вт