SE467131B - Ingaangssteg foer optomottagare - Google Patents

Description

467 131 2 ingângsnoden med högre övre gränsfrekvens som följd. Transimpedansförstärkare ger sålunda oftast högre dynamikområde än förstärkare med hög inimpedans.

Dominerande bruskällor är strömbruset i RFB samt bruset i ingångstransistorn Q1. Ur brussynpunkt bör därför RFB göras så stort som möjligt. Ett stort värde på RFB sänker emellertid övre gränsfrekvensen samt försämrar förstärka- rens möjlighet att distorsionsfritt förstärka stora signaler.

För att hålla nere den totala kostnaden för ett elektroniksystem är det oftast önskvärt att hålla antalet olika matningsspänningar nere och det är en klar tendens att endast utnyttja en, exempelvis +5V eller -5,2V. Detta minskar dock dynamikområdet.

Exempel 3: För en förstärkare enligt fig. 2 tillsammans med en PIN-diod fås med 1550nm våglängd, RFB lflkohm, och bithastigheten 155Mb/s en typisk känslighet av -37dBm. Största möjliga utspänningssving är ca 700mV (=bas- emitter spänningen hos transistorn Q1). Därefter går transistorn Q1 i mättnad med kraftig distorsion som följd. Detta ger en högsta insignalnivå på cirka 70mW optisk effekt, dvs en medeleffekt av -14,5dBm. Typiskt dynamikområde blir alltså nâgra dB över 20dB.

I ett kommunikationssystem med optisk fiber är den i fibern utsända optiska medeleffekten av storleksordningen -3dBm. Detta medför att man vid installation måste hålla noga reda på optiska förbindningens längd och införa någon form av dämpning vid korta förbindelser, något som fördyrar instal- lationen. Ett ökat dynamikområde är följaktligen av stort intresse.

Ett nära till hands liggande sätt är att koppla omvandlaren till för- stärkaren med hjälp av en kondensator och därmed möjliggöra att förstärkarens utgång kan svinga såväl positivt som negativt i förhållande till viloläget.

En förbättring på 3dB kan därmed erhållas. Då den optiska signalen är unipo- lär, dvs har ett likströmsinnehåll, måste en väg för likströmmen finnas.

Omvandlaren kan då kopplas in enligt fig. 3. Motståndet Rläck får dock inte vara större än 10-15kohm för att spänningsfallet på grund av likströmmen inte ska bli för stort. Detta innebär i sin tur att motståndet bidrar med ett ökat strömbrus som minskar känsligheten och ökningen av dynamikområdet blir därför marginell.

För att hålla underhållskostnaderna nere, är det önskvärt om driftöver- vakning kan erhållas. Om systemet kontinuerligt kan övervaka mottagen optisk effekt, kan serviceinsatser göras innan systemet går ned fullständigt. Övervakningen måste dock ske utan att systemets övriga prestanda försämras och nad tinraakhg noggrannhet.

För att utnytta insignalens likströmsinnehåll för att möjliggöra 467~~i3i kondensatorkoppling för förstärkningsreglering och för att genera en mot inkommande optisk effekt proportionell signal utan att övriga egenskaper därvid nämnvärt förändras, är det känt att koppla omvandlaren T i serie med ett element D med spänningsberoende resistans, se fig. 4, vars differentiella resistans minskar med den likström, som flyter genom elementet. I sin enk- laste form utgörs elementet D av en halvledardiod eller en diodkopplad transistor. Kombinationen omvandlare T - element D kopplas via en kondensator C till förstärkarens F ingång.

Funktionen är följande: Insignalens likström laddar upp kondensatorn C samtidigt som elementet D börjar leda. Efterhand inträder ett jämviktstillstånd då C är uppladdad och all likström flyter genom D. Då en ljuspuls anländer till omvandlaren, flyter en strömpuls genom denna, kondensatorn C laddas upp något i förhållande till jämviktsläget och en ström flyter in i förstärkaren, vars utgång går nega- tiv. När ljuspulsen upphört, urladdas kondensatorn genom D, en ström flyter ut ur förstärkaren, vars utgång går positiv. Under hela förloppet kommer alltså en ström att flyta genom D, vars differentiella resistans minskar och shuntar en del av insignalen.

Vid små insignaler nära känslighetsgränsen är insignalens likströmsin- nehåll litet, varför strömmen genom D är obetydlig och brustillskottet från D är i det närmaste försumbart. Vid stora insignaler ökar visserligen brus- tillskottet från D, men då samtidigt insignalnivån ökat kommer ändå sig- nalbrus-förhållandet att öka med ökad insignal.

Genom den ovan beskrivna anordningen ökar dynamikomrâdet med 3dB(effekt) till följd av kondensatorkopplingen. Därtill kommer en dämpning av stora insignaler genom att dessa shuntas på grund av Dzs minskande dynamiska resistans. Denna dämpning ger ytterligare 3-6dB förbättring av dynamik- området. Totalt kan man med hjälp av den beskrivna kopplingen klara av fyra till åtta gånger så stora insignaler som med andra konventionella kopplingar samtidigt som känsligheten endast obetydligt försämras.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett ingångssteg, vid vilket insignalens likströmsinnehâll utnyttjas för att möjliggöra konden- satorkoppling för förstärkningsreglering och för att generera en mot inkom- mande optisk effekt proportionell signal utan att övriga egenskaper därvid nämnvärt ändras, såsom diskuterats ovan, varvid samtidigt stegets övre gränsfrekvens är konstant eller ökar med ökande insignal.

Detta syfte uppnås med ett steg av inledningsvis angivet slag med i 1167 151 '4 patentkravet 1 angivna kännetecken.

Enligt en fördelaktig utföringsform av steget enligt uppfinningen är en ytterligare transistor kopplad i strömspegelkoppling till den motkopplade förstärkaren, varigenom kontinuerlig övervakning av mottagen optisk effekt kan åstadkommas pâ fördelaktigt sätt.

Enligt ännu en fördelaktig utföringsform av ingângssteget enligt uppfin- ningen âr en reglerad förstärkare ansluten till transimpedansförstärkarens utgång, vars reglersignal kan användas för att skapa en extra reglerström som återförs till förstärkarens ingång för att öka dämpningen av insignalen vid stora insignalnivâer.

FIGURBESKRIVNING Såsom exempel valda utföringsformer av ingângssteget enligt uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare med hänvisning till figurerna 5-7. På rit- ningarna visar figurerna 1-4 olika utföranden enligt tidigare känd teknik, fig. 5 visar en första utföringsform av ingângssteget enligt uppfinningen med en motkopplad förstärkare i serie med den optoelektriska omvandlaren, fig. 6 visar en utföringsform med en strömspegelkoppling och fig. 7 ett utförande med en reglerad förstärkare efter transimpedansförstärkaren.

FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER I fig. 5 visas en utföringsform av ingângssteget enligt uppfinningen vid vilket enheten med spânningsberoende resistans utgörs av en motkopplad förstärkare Df. Detta utförande ger betydelsefulla fördelar. Genom att modifiera frekvensberoendet hos förstärkaren Df, kan detta fås att bättre anpassas till förstärkarens F frekvensberoende än vad som tidigare varit möjligt så att antingen den totala anordningens övre gränsfrekvens är konstant med ökad insignal eller ökar med ökad insignal, något som ibland är önskvärt.

I fig. 6 visas ytterligare en utföringsform med en transistor Q7 kopplad i strömspegelkoppling. Härvid kommer en väsentligen lika stor ström att flyta genom denna som genom förstärkaren Df. Efter filtrering kommer denna ström att vara direkt proportionell mot likströmmen genom omvandlaren T och därmed proportionell mot den optiska ineffekten och kan därför utnyttjas för över- vakning av systemet. Man får således direkt information om signalstyrkan. ' Transistorn Q8 kompenserar därvid basströmmen hos transistorn Q6. få I en komplett mottagare följs oftast transimpedansförstärkaren F av ä antingen en begränsande förstärkare eller förstärkare försedd med förstärk- ningsreglering. I det senare fallet, som visas i fig. 7, kan vid stora insig- nalnivâer den reglerade förstärkarens 2 reglersignal användas för att skapa 467 151 en extra reg1erström ireg som förs ti11baka t111 ingången av förstärkaren Df och ytterïigare sänker förstärkarens Df resistans med en ökad dämpning av insigna1en som föïjd, se fig. 7.

Claims (8)

467 131 6 PATENTKRAV

1. Ingångssteg för optomottagare med en fotodiod (T), vars utgång är ansluten, via en kondensator (Cl), till en transimpedansförstärkares (F) ingång, varjämte en enhet med spänningsberoende resistens är kopplad mellan fotodiodens utgång och förstärkarens jordpotential, k ä n n e t e c k n a t av att fotodioden (T) är en PIN-diod samt att nämnda enhet med spänningsbe- roende resistens innefattar en motkopplad förstärkare (Df) med till transim- pedansförstärkarens (F) frekvensberoende anpassat frekvensberoende.

2. Steg enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den mot- kopplade förstärkarens (Df) frekvensberoende är så anpassat till transim- pedansförstårkarens att stegets övre gränsfrekvens år konstant oberoende av signalen från fotodioden.

3. Steg enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den ' motkopplade förstärkarens (Df) frekvensberoende är så anpassat till transim- pedansförstärkarens att stegets övre gränsfrekvens ökar med ökande signal från fotodioden.

4. Steg enligt något av patentkraven 1-3, k ä n n e t e c k n a t av att en ytterligare transistor (Q7) är kopplad i strömspegelkoppling till den motkopplade förstärkaren (Df).

5. Steg enligt patentkrav 4, k å n n e t e c k n a t av att en kompen- sationstransistor (08) är inrättad att kompensera basströmmen hos den mot- kopplade förstärkarens (Df) transistor (Q6).

6. Steg enligt något av patentkraven 1-5, k ä n n e t e c k n a t av att en begränsande förstärkare är ansluten till transimpedansförstärkarens (F) utgång.

7. Steg enligt något av patentkraven 1-5, k ä n n e t e c k n a t av att en reglerad förstärkare (2) är ansluten till transimpedansförstärkarens (F) utgång.

8. Steg enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a t av att den regle- rade förstärkaren (2) är anordnad att vid höga insignalnivâer från fotodioden (T) alstra en extra reglerström för âterföring till ingången till den mot- kopplade förstärkaren (Df) för att ytterligare sänka den motkopplade förstär- karens resistans och därmed öka dämpningen av insignalen.