NL8602408A

NL8602408A - Voorversterker voor een optische ontvanger.

Info

Publication number: NL8602408A
Application number: NL8602408A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1986-09-24
Filing date: 1986-09-24
Publication date: 1988-04-18
Also published as: DE3772916D1; EP0262728A1; EP0262728B1; US4808810A; JP2538938B2; JPS6393230A

Description

t ï * PHE 86.010 1 . .

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven

Voorversterker voor een optische ontvanger ........ *

De uitvinding heeft betrekking op een optische hoge impedantie voorversterker voor het verwerken van signalen over een groot dynamisch en automatisch werkend regelbereik gevolgd door een differntiële versterker met eindversterker, bevattende een fotodiode 5 en een veldeffecttransistor, waarbij de fotodiode verbonden is met de poortelektrode van de veldeffecttransistor, waarbij de voorversterker een stroomstabilsatiecircuit omvat voor het op nagenoeg konstante waarde instellen van de stroom door de hoofdstroombaan van de veldeffecttransitor. Optische ontvangers worden 10 toegepast in optische transmissiesystemen. De maximum lengte van een optische verbinding tussen een optische zender en een optische ontvanger wordt niet alleen bepaald door het zendniveau van de optische zender, de optredende kabeldemping en de ingangsgevoeligheid van de optische ontvanger, maar in belangrijke mate ook door de demping van het 15 aantal te verwachten repairlassen/km gedurende de levensduur van het optische transmissiesysteem.

Wanneer men rekening houdt met drie repairlassen per km van elk 0,15 dB en een maximale kabellengte van 25 km, dan moet men dus rekening houden met een extra bedrag aan optische demping van 25 x 0,45 = 20 11,25 dB. Dit houdt in, dat big het toepassen van deze kabellengte het ingangsniveau van de optisch ontvanger al 11,25 dB hoger moet zijn dan ' zijn maximale gevoeligheid. Bij kortere kabellengten moet men dan ook al snel gebruik maken van optische dempingsmiddelen om oversturing van de optische ontvanger te voorkomen.

25 Uit het amerikaanse octrooischrift 4.415.803 is een optische ontvanger bekend, waarin maatregelen getroffen worden om het dynamische bereik van de optische ontvanger te vergroten. Hierbij wordt onder dynamische bereik verstaan het toegestane optische vermogen tussen een minimum en een maximum niveau zonder dat oversturing van de 30 optische ontvanger optreedt. Als maatregel ter vergroting van het dynamische regelbereik wordt een variabele impedantie, parallel aan de ingang van de optische ontvager aangebracht. De grootte van de variable 8602408 4 5 PHE 86.010 2 impedantie wordt gevarieerd met behulp van een van het uitgangssignaal van de optische ontvanger afgeleid regelsignaal. Met behulp van de variabele impedantie wordt de uitgangsspanning van de optische ontvanger op een voorgeschreven waarde gehouden over de gehele modulatiebreedte.

5 Het nadeel van deze maatregel is, dat wanneer deze wordt toegepast bij een optische ontvanger met een veldeffecttransistor als ingangstrap dit aanleiding geeft tot een flinke vermindering van de ingangsgevoeligheid van de optische ontvanger en daarmede ook van de maximaal toelaatbare kabellengte van het optische transmissiesysteem.

10 De uitvinding beoogt een oplossing aan te geven voor bovengenoemd probleem en heeft als kenmerk, dat in de bronelektrode van de veldeffecttransistor een variabele impedantie is aangebracht, welke gekoppeld is met een van een stuuringang voorziene regelbare stroombron waarbij de uitgang van de eindversterker via een 15 piekdetektor verbonden is met de stuuringang van de regelbare stroombron.

De uitvinding zal beschreven worden aan de hand van de tekening.

In het uitvoeringsvoorbeeld van de optische 20 voorversterkers volgens de figuur is de fotodiode 1 verbonden met de poortelectrode van de veldeffecttransistor 2. De afvoerelectrode 31 van de veldeffecttransistor 2 is enerzijds via een weerstand 3 verbonden met een punt 24 van constant potentiaal en anderzijds met de basiselektrode van de transistor 9. De collector van de transistor 9 is enerzijds via 25 een weerstand 8 verbonden met een punt 24 van constante potentiaal en anderzijds met de transistor 13. De collector van de transistor 13 is verbonden met een punt 24 van constante potentiaal. De emitter van de transistor 13 is via de weerstand 15 verbonden met een punt 25 van constante potentiaal en via de differentiërende capaciteit 14 met de 30 ingang van de differentiële versterker met optische eindversterker 17.

De emitter van de transistor 9 is via de weerstand 10 verbonden met de emitter van de transistor 11. De basis van de transistor 11 is verbonden met een punt 25 van constante potentiaal. De collectoren van de transistoren 19 en 11 zijn via de capaciteit 12 ontkoppeld naar aarde en 35 tevens verbonden met de poortelectrode van de veldeffecttransistor 2. De emitter van de transistor 19 is via een weerstand 22 verbonden met een punt 26 van constante potentiaal en via de weerstand 18 met een punt 25 86C2 4 0 8 * PHE 86.010 3 van contstante potentiaal. De bronelectrode 30 van de veldeffectransistor 2 is via een diode 4 verbonden met een punt 25 van constante potentiaal en via een weerstand 5 met de collector van de transistor 20. De collector van de transistor is via een capaciteit 6 5 verbonden met een punt 25 van constante potentiaal, De emitter van de transistor 20 is via een weerstand 21 verbonden met een punt 26 van constante potentiaal. De basis van de transistor 20 is via een piekdetector 16 verbonden met de uitgang 32 van de optische versterker.

10 De transistoren 9, 11 en 19 tesamen met de weerstanden 8, 10, 18, 22 en 23 vormen een stroomstabilisatiecircuit 40. De transistor 19 met de weerstand 22 vormt een gelijkstroombron, welke met behulp van de weerstanden 18 en 23 op een gewenste stroomwaarde instelbaar is. De zich in serie met deze gelijkstroombron bevindende transistoreen 11 en 9 15 zijn gedwongen dezelfde gelijkstroom te voeren. Hierdoor ligt de basisspanning van de transistor 9 vast en is gelijk aan de som van de basisemiterspanningen van de transistoren 9 en 11 en de spanningval over de weerstand 10. De gelijkspanning over de weerstand 3 is hierdoor ook constant. Omdat deze gelijkspanning wordt opgewekt door de gelijkstroom, 20 welke door de hoofdstroombaan van de veldeffecttransistor 2 vloeit, betekent dit, dat de door de hoofdstroombaan van de veldeffecttransistor 2 vloeiende gelijkstroom ook constant is.

De poortelektrode van de veldeffecttransistor 2 is via de weerstand 7 verbonden met de collectoren van de transistoren 11 en 19 en 25 heeft daardoor geen vaste potentiaal. In dit voor gelijkstroom tegengekoppelde circuit heeft de gate-source spanning van de veldeffecttransistor 2 de ruimte om zich bij gegeven circuitstroom op de vereiste waarde in te stellen. De door de fotodiode 1 vloeiende stroom veroorzaakt een spanningsval over de weerstand 7. Deze spanningsval 30 heeft geen invloed op de instelling van de veldeffecttransistor 2, mits voldoende spanningsruimte aanwezig is tussen de transistor 19 en aarde. ·

In de sourceketen van de veldeffecttransistor 2 is een variabele impedantie aangebracht, welke gevormd wordt door de PIN-diode 4 met parallel daaraan een weerstand 5, die via een capaciteit 6 35 ontkoppeld is naar aarde, De variabele impedantie wordt stroomgestuurd met behulp van de transistor 20. Met behulp van de piekdetector 16 wordt van de aan de uitgang 32 optredende spanning een regelspanning 8602408.

f > PHE 86.010 4 afgeleidt, welke wordt toegevoerd aan de basiselektrode van de transistor 20. Wanneer het ingangsniveau laag is, is deze regelspanning zodanig, dat de transistor 20 geen stroom trekt. De weerstand 5 is dan stroomloos. De volledige stroom, welke door de hoofdstroombaan van de 5 veldeffecttransistor 2 vloeit gaat in dit geval door de PIN-diode 4, die dan zo'n lage impedantie heeft, bijvoorbeeld 7,5 ohm, dat daardoor de ingangsgevoelgheid van de optische versterker nauwelijks beïnvloed wordt. De spanningsval over de PIN-diode 4 bedraagt in dit geval ongeveer 0,7 volt. Dit heeft geen enkele invloed op de instelling van de 10 veldeffecttransistor 2, omdat deze stroom gestabiliseerd en gelijkstroom tegengekoppeld is, zoals eerder beschreven is.

Bij toenemend ingangsniveau wordt met behulp van de aan de basis van transistor 20 optredende regelspanning, de transistor 20 geleidend gemaakt. Hierdoor wordt via de weerstand 5 stroom onttrokken 15 aan de PIN-diode 4, waardoor de impedantie dan zal toenemen. De variabele impedantie fungeert als een locale tegenkoppeling in de sourceketen van de veldeffecttransistor 2, welke de versterking in de voortrap doet dalen en het oversturingspunt doet stijgen, Het einde van de regeling is bereikt, wanneer de PIN-diode 4 stroomloos geworden is.

20 De door de hoofdstroombaan van de veldeffecttransistor vloeiende stroom gaat in dat geval volledig door de weerstand 5 heen.

De grootte R van de weerstand 5 is samen met de steilheid van de veldeffecttransistor 2 bepalend voor het gewenste regelbereik Δμ en het oversturingspunt van de voorversterker en kan met de volgende 25 betrekking gevonden worden:

Δμ ·- 20 log 1/S -f R

1/S + R(p)

Hierin is: S = steilheid van de veldeffecttransistor.

R(p) = minimum weerstand van PIN-diode.

30 Gebruikelijke waarden zijn: S = 30 ma/V

R(p) = 7,5 ohm voor 12 mA.

Wenst men een regelbereik Δμ van bijvoorbeeld 15dB,dan wordt R: R = 100,75.(33,3 + 7,5) - 33,3 = 196 ohm.

De over te dragen frequentieband en de vereiste nauwkeurigheid daarvan, 35 bepalen uiteindelijk de maximum toelaatbare waarde van R en het daarvan afhankelijke regelbereik en oversturingspunt. Dit vindt zijn oorzaak in het feit, dat parallel aan de weerstand 5 de capaciteit van de 8602408 PHE 86.010 5 € PIN-diode 4 en de capaciteit van de source van de veldeffecttransistor 2 naar aarde staat. In totaal bedraagt deze parasitaire capaciteit al gauw 0,3 pF, zijnde een capacitieve impedantie van 530 ohm bij 1 GHz.

Een niveauvariatie van 15dB is bij deze hoge frequentie nog wel 5 haalbaar, indien men in serie met de weerstand 5 een kleine zelfinductie opneemt ter compensatie van de genoemde capaciteit.

86ü2 Tf

Claims

1. Optische hoge impedantie voorversterker voor het verwerken van signalen over een groot dynamisch en automatisch werkend regelbereik gevolgd door een differentiële versterker met eindstation 17, bevattende een fotodiode (1) en een veldeffecttransistor (2), 5 waarbij de fotodiode (1) verbonden is met de poortelectrode van de veldeffecttransistor (2), waarbij de voorverstereker een stroomstabilsatiecircuit (40) omvat voor het op nagenoeg konstante waarde instellen van de stroom door de hoofdstroombaan van de veldeffecttransitor (2) met het kenmerk, dat in de bronelectrode (30) 10 van de veldeffecttransistor (2) een variabele impedantie (4,5) is aangebracht, welke gekoppeld is met een van een stuuringang voorziene regelbare stroombron (20) waarbij de uitgang (32) van de eindversterker via een piekdetektor (16) verbonden is met de stuuringang van de regelbare stroombron (20).

2. Optische voorversterker volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat bronelektrode (30) van de veldeffecttransistor (2) enerzijds via een weerstand (5) verbonden is met de uitgang van de regelbare stroombron (20) en anderzijds via een diode (4) verbonden is met een punt van constante potentiaal (25), waarbij de uitgang van de 20 regelbare stroombron (20) via een ontkoppelcapaciteit (6) verbonden is met een punt van constante potentiaal (25)

3. Optische voorversterker volgens conclusie 2 met het kenmerk, dat in serie met de weerstand (5) een zelfinductie is aangebracht. 8602406