Đang tải... (xem toàn văn)
Luận án thạc sĩ “Nghiên cứu miền công tác của các photodiode trong hệ thống thông tin quang tốc độ cao
Tổng công ty bưu chính viễn thôngviệt namhọc viện công nghệ bưu chính viễn thông------------------Nguyễn Vĩnh NamNghiên cứu miền công tác của các photodiode trong hệ thống thông tin quang tốc độ caoluận văn thạc sĩ kỹ thuậtHà nội, 5-2005 Tổng công ty bưu chính viễn thôngviệt namhọc viện công nghệ bưu chính viễn thông------------------Nguyễn Vĩnh NamNghiên cứu miền công tác của các photodiode trong hệ thống thông tin quang tốc độ caoluận văn thạc sĩ kỹ thuậtNgười hướng dẫn: TS. Hoàng Văn VõHà nội, 5-2005 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 1 - học viện công nghệ BC-VTMục lụcNguyễn vĩnh nam - Cao học điện tử viễn thông khoá IV Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 2 - học viện công nghệ BC-VTChữ viết tắt và ký hiệuηHiệu suất lượng tử hoá của PIN– Photodiode/APD.λBước sóng của ánh sáng.τAPD Hằng số thời gian đặc trưng cho quá trình biến đổi quang-điện của APD khi công suất luồng quang biến đổi nhanh thì hằng số thời gian của APD trong quá trình biến đổi quang-điệnωg-APDTần số góc giới hạn của APD ωg-PINTần số góc giới hạn của PIN – PhotodiodeτLA Hằng số thời gian đặc trưng cho quá trình biến đổi quang-điện của APDτRC Hằng số thời gian đặc trưng cho sự biến đổi quang-điện của APD khi công suất luồng quang biến đổi nhanh αn Hệ số ion hoá điện tử trong vùng quang thácαp Hệ số ion hoá lỗ trống trong vùng quang thác BERcp Giá trị xác suất sai lầm bit cho phép (đối với truyền dẫn số) để bảo đảm chất lượng truyền dẫn cho phép của hệ thống.BRBăng tần tạp âm của photodiodec Vận tốc ánh sáng (c = 3.108 m/s).Cc Điện dung của lớp tiếp giáp PN,CT Điện trở tải của Photodiode,e Địên tích của điện tử (e = 1,602.10-19 As).F Hệ số nhiễu do quá trình quang thác (trong APD).F(M) Hệ số tạp âm phụ thêm của APDGc Điện dẫn của lớp tiếp giáp PN,GT Điện dẫn tải của Photodiode,gTHàm trọng lượng của Photodiode gT-APD Hàm trọng lượng của APD- Photodiode gT-PINHàm trọng lượng của PIN- Photodiode h Hằng số Plank (h = 6,62.10-34 Ws2).h(t) Hàm quá độ của Photodiode HP(jω) Hàm truyền dẫn của Photodiode (APD/PIN- Photodiode),HTHàm truyền dẫn của PhotodiodeHT-APDHàm truyền dẫn của APD Photodiode hoạt động ở tốc độ cao HT-PINHàm truyền dẫn của PIN Photodiode hoạt động ở tốc độ cao hT-APD Hàm quá độ của APD- Photodiode hT-PIN Hàm quá độ của PIN- Photodiode iN(t) Dòng nhiễu inCDòng điện nhiệt trên điện trở lớp tiếp giáp PN,INLDòng nhiễu lượng tử tín hiệuinT Dòng điện nhiệt trên điện trở tải,IPDòng photo Nguyễn vĩnh nam - cao học điện tử viễn thông khoá IV Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 3 - học viện công nghệ BC-VTITPhổ tín hiệu rairDòng điện rò,iTDòng điện tối,iT(t) Dòng tín hiệu ra của photodiode,IT0Phổ tín hiệu ra ở tốc độ thấpIT0-APDPhổ tín hiệu ra của APD-Photodiode ở tốc độ thấpIT0-PINPhổ tín hiệu ra của PIN-Photodiode ở tốc độ thấpiT-APD Dòng ra của photodiode APDiT-PIN Dòng ra của photodiode PINIV (t) Tín hiệu vào (tín hiệu diện)TI Giá trị trung bình của dòng điện tốirI Giá trị trung bình của dòng điện tốik Hằng số Bolzomal,K(jω) Hàm truyền dẫn của bộ tiền khuếch đại và một hoặc nhiều bộ khuếch đại điện áp,L(jω) Hàm truyền dẫn của bộ lọc thông thấp. M Hệ số khuếch đại của APD.m Độ sâu điều chến Tham số phụ thuộc vào vật liệu và cấu trúc của APD.PNCông suất một nguồn nhiễuPNΣ Công suất nhiễu tổngPNL Công suất nhiễu lượng tử tín hiệuPNN Công suất nhiễu nhiệtPNr Công suất nhiễu dòng điện ròpNT Công suất nhiễu dòng điện tối PP (t) Công suất ánh sáng bức xạ của bộ phát quangPT (t) Công suất án sáng truyền đến đầu vào bộ thu quang hoặc biên độ chuỗi xung sốPT-cpmaxGiá trị công suất ánh sáng đầu vào bộ thu quang cho phép cực đạiPthCông suất của tín hiệu ra photodiodeTPGiá trị trung bình của công suất ánh sáng đến photodiodeRD Điện trở dây nối của Photodiode,RT Điện trở tải của Photodiode,S/N Tỷ số tín hiệu trên nhiễu (S/N)APDTỷ số tín hiệu trên nhiễu của Photodiode APDcpNS Giá trị tỷ số tín hiệu trên nhiễu cho phép (đối với truyền dẫn analog) để bảo đảm chất lượng truyền dẫn cho phép của hệ thống,SN(jω)Mật độ công suất phổ của dòng nhiễuSNN(jω)Mật độ công suất phổ của nhiễu nhiệtSNr(jω)Mật độ công suất phổ của nhiễu dòng ròNguyễn vĩnh nam - cao học điện tử viễn thông khoá IV Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 4 - học viện công nghệ BC-VTSNT(jω)Mật độ công suất phổ của nhiễu dòng tối T Chu kỳ chuỗi xung T0 Nhiệt độ tuyệt đối.Td Độ rộng xungU Địên áp đặt vào APD.UD Điện áp đánh thủng của APDur (t) Tín hiệu ra bộ thu quang (tín hiệu điện).ur(t) Điện áp tín hiệu ra sau bộ lọc.uT(t) Điện áp tín hiệu ra của bộ khuếch đại,( )+++=2222121112,ggmambmωωωωωα( )+=2221,gamcmωωωβm1=ε2221MHaT=2maA=( )[ ]−−−=nTtaaQgωexp11*a1 = M HPRTxBHMeb+=2 2+++−=22212111ggcpmNSbBωωωω( )[ ])(11*1nTtDbbQ−+−=ε( )[ ])(11*2nTtLbbQ−+−=εgTHMMFebω21)(21=[ ]RTCrTxBGGkTIIeMc )(4)(22+++=++−=221gcpNScCωω[ ])(1)()(2nTtLenTtDnQnTtnQnQg−+−=−−−−−−ω( )∑−=−−−−−=−10)(221)(niiTtiTnQnQgdgebenTtLωωNguyễn vĩnh nam - cao học điện tử viễn thông khoá IV Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 5 - học viện công nghệ BC-VTDanh sách các hình vẽNguyễn vĩnh nam - cao học điện tử viễn thông khoá IV Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 6 - học viện công nghệ BC-VTLờI CảM ƠNLuận án thạc sĩ kỹ thuật “Nghiên cứu miền công tác của các photodiode trong hệ thống thông tin quang tốc độ cao” được hoàn thành trong thời gian đào tạo, nghiên cứu tại Học viện công nghệ Bưu chính Viễn thông - Tổng Công ty B-ưu chính Viễn thông Việt Nam. Để có được kết quả này, trước hết tôi xin trân trọng cảm ơn TS. Hoàng Văn Võ đã tạo điều kiện, giúp đỡ, tận tình hướng dẫn, giải quyết những vấn đề khoa học trong quá trình thực hiện luận án.Tôi xin trân trọng cảm ơn Tổng Công ty Bưu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT), Học viện công nghệ Bưu chính Viễn thông (PTIT), Viện Khoa học kỹ thuật Bưu điện (RIPT) đã tạo điều kiện, cho phép tôi được tham gia khóa đào tạo nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã truyền thụ những kiến thức bổ ích trong suốt khoá học, các thầy cô giáo Khoa Quốc tế và đào tao sau đại học đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để chúng tôi hoàn thành khoá họcTôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Học viện, lãnh đạo Viện KHKT Bưu điện, lãnh đạo và tập thể các CBCNV trong phòng Quản lý NCKH&TTTL – Học viện CNBCVT, lãnh đạo và tập thể các CBCNV trong phòng NCKT Thông tin quang - Viện KHKT Bưu điện đã dành cho tôi sự ủng hộ quý giá.Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả các nhà chuyên gia, khoa học, đồng nghiệp đã dành thời gian đọc và góp ý hoàn thiện cho luận án.Cuối cùng, tôi xin cảm ơn mẹ, vợ và con tôi, cùng tất cả những người thân trong gia đình và bạn bè, đồng nghiệp đã luôn dành cho tôi sự ủng hộ nhiệt tình, cổ vũ, động viên để tôi có điều kiện hoàn thành bản luận án này.Hà Nội, ngày 18 tháng 05 năm 2005 Nguyễn Vĩnh NamNguyễn vĩnh nam - cao học điện tử viễn thông khoá IV [...]... hệ thống thông tin quang - Mô hình toán học của các photodiode hoạt động ở tốc độ cao - Các tham số truyền dẫn của các photodiode hoạt động ở tốc độ cao - Miền công tác của các photodiode hoạt động ở tốc độ cao - Chương trình phần mềm xác định miền công tác của các photodiode hoạt động ở tốc độ cao Nguyễn vĩnh nam - cao học điện tử viễn thông khoá IV - 10 - Luận văn thạc sĩ kỹ thuật học viện công nghệ... các Photodiode trong hệ thống thông tin quang tốc độ cao là một vấn đề cấp thiết Để thực hiện mục tiêu đó, đề tài “Nghiên cứu miền công tác của các photodiode trong hệ thống thông tin quang tốc độ cao đã được đặt ra và một Nguyễn vĩnh nam - cao học điện tử viễn thông khoá IV Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -9- học viện công nghệ BC-VT chương trình máy tính xác định được miền công tác của các photodiode trong. .. trong các hệ thống thông tin quang tốc độ cao Trên cơ sở nghiên cứu đó, đề tài cung cấp các cơ sở khoa học, công cụ tính toán hỗ trợ cho các nhà tính toán thiết kế các hệ thống thông tin quang lựa chọn tối ưu các phần tử của hệ thống hay sử dụng hiệu quả các phần tử thông tin quang hiện có Để đạt được mục tiêu đó, đề tài đã thực hiện các nội dung chính sau đây: - Các phần tử biến đối quang điện trong hệ. .. định miền công tác của các Photodiode Miền công tác của Photodiode là tập hợp các giá trị (các tham số) của tín hiệu đầu vào Photodiode trong các hệ thống thông tin quang tốc độ cao để tỷ số tín hiệu trên nhiễu của Photodiode (đối với truyền dẫn analog) lớn hơn một giá trị cho trước hoặc BER (đối với truyền dẫn số) nhỏ hơn một giá trị cho trước Do đó, việc nghiên cứu xác định được miền công tác của các. .. Chương 1 Các phần tử biến đổi quang - điện trong hệ thống thông tin quang 1.1 Tổng quan về cấu trúc cơ bản và nguyên lý hoạt động của hệ thống thông tin quang 1.1.1 Cấu trúc cơ bản của hệ thống thông tin quang Cấu trúc cơ bản của một hệ thống thông tin quang được chỉ ra ở hình 1.1 iV(t) Bộ phát quang Bộ thu quang Bộ lặp Pp(t) ur(t) PT(t) (a) Sợi quang iV(t) Bộ phát Pp(t) PT(t) quang (b) Bộ thu quang ur(t)... IV Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 11 - học viện công nghệ BC-VT Cấu trúc cơ bản của hệ một thống thông tin quang bao gồm các phần tử chủ yếu sau: bộ phát quang, bộ thu quang, sợi quang, các bộ khuếch đại quang và các thiết bị lặp Ngoài ra, tuỳ theo các điều kiện và các nhu cầu cụ thể trên các tuyến thông tin quang người ta còn sử dụng các bộ khuếch đại quang sợi, các bộ bù tán sắc hoặc các bộ tách ghép... của kỷ nguyên thông tin, mạng truyền thông cần phải có khả năng truyền dẫn tốc độ cao, băng thông rộng, dung lượng lớn Một trong giải pháp để tạo ra mạng truyền thông có khả năng truyền dẫn tốc độ cao hay băng rộng với dung lượng lớn và đa dịch vụ, đó là công nghệ truyền dẫn thông tin quang tốc độ cao Khi truyền dẫn tín hiệu có tốc độ cao hay băng tần rộng, thì quá trình biến đổi điện – quang của các. .. các bộ thu quang không chỉ là hàm số của các tham số cấu trúc mà còn là hàm số của các tham số tín hiệu truyền dẫn tại đầu vào các Photodiode (biên độ và tần số /tốc độ bit của ánh sáng tới) Vì vậy, cần phải xem xét với điều kiện nào của tín hiệu truyền dẫn tại đầu vào các Photodiode trong các hệ thống thông tin quang tốc độ cao để tỷ số tín hiệu trên nhiễu của Photodiode (đối với truyền dẫn analog)... thạc sĩ kỹ thuật - 18 - học viện công nghệ BC-VT của PIN- Photodiode và APD là những đường thẳng Tuy nhiên, vì có hiệu ứng quang thác nên độ dốc của đặc tuyến tĩnh của APD lớn hơn của PINPhotodiode Nguyễn vĩnh nam - cao học điện tử viễn thông khoá IV Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 19 - học viện công nghệ BC-VT chương 2 mô hình toán học của các photodiode hoạt động ở tốc độ cao Khi truyền dẫn tín hiệu có tốc. .. bước sóng quang, 1.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống thông tin quang - Bộ phát quang: biến đổi tín hiệu vào iV(t) thành tín hiệu ánh sáng Pp(t) để ghép vào sợi quang Quá trình này gọi là điều biến/ hay điều chế quang - Sợi quang: truyền dẫn ánh sáng từ đầu phát đến đầu thu Trong quá trình truyền ánh sáng trong sợi quang, ánh sáng bị suy hao và bị tán sắc Cự ly truyền dẫn càng dài thì ánh sáng càng . chính viễn thông- -----------------Nguyễn Vĩnh NamNghiên cứu miền công tác của các photodiode trong hệ thống thông tin quang tốc độ caoluận văn thạc sĩ kỹ thuậtNgười. miền công tác của các Photodiode .Miền công tác của Photodiode là tập hợp các giá trị (các tham số) của tín hiệu đầu vào Photodiode trong các hệ thống thông
