3.2. Приемные оптоэлектронные модули

Приемный оптоэлектронный модуль (ПРОМ)  изделие оптоэлектроники, предназначенное для преобразования оптических сигналов, передаваемых в ВОСП, в электрические.

Приемный модуль образует фотодиод (p-i-n или ЛФД), электронные схемы обработки фототока и стабилизации работы фотодетектора (для ЛФД), оптический соединитель или отрезок оптического кабеля. Приемный модуль выполняется в виде герметичной конструкции, что повышает надежность и улучшает условия эксплуатации фотоприемников. Структурная схема приемного оптоэлектронного модуля приведена на рисунке 3.7.

СУ ФД

Малошум. Усилитель Фильтр

предусил. с АРУ корректор

ПРОМ

Рис. 3.7. Структурная схема ПРОМ

ПРОМ цифровых ВОСП характеризуются следующими параметрами: рабочей длиной волны, вольтовой чувствительностью, пороговой мощностью, скоростью передачи и коэффициентом ошибок.

Под рабочей длиной волны ПРОМ понимают длину волны принимаемого оптического излучения, для которой его параметры нормированы.

Вольтовая чувствительность представляет собой отношение напряжения на заданной нагрузке ПРОМ к мощности излучения, вызвавшего появление этого напряжения. Ее значение обычно лежит в пределах 10⁴ ... 10⁶ B/Вт.

Важнейшим параметром ПРОМ является пороговая чувствительность. Порог чувствительности определяет минимальную среднюю мощность излучения на входе ПРОМ для заданного сигнала, при которой обеспечивается заданное соотношение согнал/шум или заданный коэффициент ошибок. Чем меньше порог чувствительности, тем больше энергетический потенциал системы, а следовательно, и длина участка регенерации. Поэтому задача минимизации порога чувствительности является одной из основных при разработке ПРОМ.

Предусилителем является высокочувствительный широкополосный усилитель с фотодетектором на входе. Основная функция предусилителя заключается в усилении сигнала с фотодетектора с максимальным отношением сигнал/шум в заданной полосе частот. Шумовые свойства предусилителя зависят от многих факторов: схемы реализации, требуемой полосы пропускания, типа используемого транзистора (полевой или биполярный), технологии изготовления (дискретная, гибридная толстопленочная и тонкопленочная) и т. д.

В качестве предусилителя в ПРОМ применяют интегрирующие и трансимпедансный усилители, схемы которых представлены на рисунке 3.8.

Е Е

R_k1 R_oc

ФД ФД

U_вых U_вых

R C R_k2 R C

а б

Рис. 3.8. Предусилители используемые в ПРОМ

(аинтегрирующий, бтрансимпедансный)

Основным недостатком интегрирующего усилителя является его насыщение при длинной серии единиц. По этой причине интегрирующие усилители

предпочтительнее применять в фотоприемниках аналоговых систем передачи.

Для уменьшения шума приемника необходимо иметь высокое входное сопротивление, однако при этом уменьшается полоса пропускания усилителя и возникает необходимость осуществления значительной по величине коррекции.

К_и К_к

Рис. 3.9. Коррекция интегрирующего усилителя

Такая коррекция должна выполняться для каждой схемы соединения "фотодиодусилитель" и не может быть выполнена заранее, так как значения элементов интегрирующей цепи изменяются от прибора к прибору (фотодиод, входной транзистор и т. д) и часто зависят от температуры. В результате каждая схема должна настраиваться индивидуально.

Усилители с глубокой обратной связью по напряжению называют трансимпедансными, так как их можно рассматривать как преобразователи "токнапряжение" с коэффициентом преобразования U_вых /I _вх, имеющим размерность сопротивления. По сравнению с интегрирующими усилителями эти усилители проще. Сопротивление обратной связи R_ос определяется из условия, чтобы шумы усилителя не превышали шумов фотодиода, т. е. .

Основным недостатком трансимпедансного усилителя является сложность обеспечения устойчивости работы на высоких частотах.

Усилитель АРУ обеспечивает постоянство уровня цифрового сигнала, поступающего от предусилителя и меняющегося в диапазоне -20 ... -50 дБ, до уровня, необходимого для надежной работы решающего устройства при малых линейных и нелинейных искажениях. Так как для правильного решения о принятом цифровом сигнале его уровень на входе решающего устройства должен быть постоянным, при большом динамическом диапазоне принятого сигнала с линии, в схему усилителя вводится цепь АРУ. Цепь АРУ, как правило, работает двумя ступенями: при минимальном уровне оптического сигнала около 10дБ усиление фотоприемника меняется за счет изменения напряжения на ЛФД, а при больших значениях уровня оптического сигнала усиление фотоприемника изменяется за счет изменения коэффициента усиления первых каскадов усилителя. При использовании p-i-n диода в качестве фотодетектора цепь АРУ значительно упрощается, так как применяется только вторая ступень, однако и динамический диапазон получается значительно меньшим.