5. Расчет первого каскада приемного модуля

Решено использовать схему первого каскада с применением операционного усилителя. Принципиальная схема приведена на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 – Принципиальная схема входного каскада ФПрУ.

Расчет элементной базы производится исходя из того, что на входе имеем сигнал, соответствующий чувствительности. Для мультиплексора STM-модуля, параметры которого приведены в приложении В, чувствительность приемника составляет -34 дБм, что соответствует мощности сигнала Pc=0,395мкВт. Таким образом предположим, что на фотодиод поступает оптический сигнал мощностью Pc=0,395мкВт. Параметры фотодиода приведены в приложении Ж, откуда видно, что чувствительность составляет 0,8 A/Вт. В цепи диода будет протекать ток, равный мкА. Величину сопротивления нагрузки рекомендуется определять как

, (5.1)

где R_ВХ – входное сопротивление операционного усилителя, равное МОм. Основные параметры операционного усилителя приведены в приложении Е. Таким образом кОм. Падение напряжения на определяется как

(5.2)

и равно В. Это входное напряжение усилителя. Для входного каскада большого усиления не требуется, кроме того для нормальной работы каскада необходимо выполнение неравенства:

, (5.3)

где F_T – частота единичного усиления, а F_В – частота, соответствующая скорости передачи. Таким образом примем . При расчете R и R_ос должно выполняться условие, согласно которому равно их параллельному соединению. В то же время

,(5.4)

отсюда . Решая простое уравнение, получим, что кОм, а кОм. Остается указать, что выбран операционный усилитель SL 2541 B.

6. Расчет помехоустойчивости

Расчет помехоустойчивости сводится к определению минимальной требуемой мощности оптического сигнала, поступающего на вход приемника. Для расчета будем исходить из величины коэффициента ошибок P_ош=10^-11. Определим параметр помехоустойчивости H с помощью формулы:

, (6.1)

,

,

.

Существует связь между параметром H и числом сигнальных фотоэлектронов, определяемая формулой:

,(6.2)

где I₂, I₃ – интегралы Персоника, γ – параметр, определяющий долю энергии сигнала в соседнем тайм-слоте, η – квантовая эффективность фотодиода, -число сигнальных фотоэлектронов, - число электронов, обусловленных темновым током диода, - число электронов, обусловленных наличием обратной связи, .- число электронов за счет тепловых шумов, , - число электронов, обусловленных шумами тока и напряжения.

, (6.3)

где i_tt –темновой ток фотодиода, q – заряд электрона, В – скорость передачи. При i_tt= 1нA и В=155 Мбит/сек. получили =40.

, (6.4)

где k – постоянная Больцмана, T₀ – температура в Кельвинах, R_oc – сопротивление обратной связи. При Т₀ = 300К и R_oc=600кОм получили =3.478∙10³.

, (6.5)

где R – входное сопротивление усилителя. При R=1МОм получили =2.087∙10³.

, (6.6)

где S_e - напряжение шумов усилителя. При S_e = 0,75 нВ/Гц получили =0.071

, (6.7)

где S_i - S_e/R. Отсюда =0.071.

Значение квантовой эффективности составляет обычно 0.8. Параметры F и М, стоящие в знаменателе формулы (6.2) для pin – диодов равны 1.

Значения интегралов Персоника находим из зависимостей I(α) и γ(α) по данным из лекций. При γ = 0,1 получается α = 0,3, отсюда I₂ = 0,65 и I₃ = 0,15

Величина Δh определяется из выражения и равна

В результате преобразований в среде MathCad получили число сигнальных электронов n_c=2.062∙10³. Требуемая оптическая мощность сигнала определяется из выражения , где h – постоянная Планка, а , λ =1,55 мкм. Получили, что P_c =5.119∙10^-8 Вт. Таким образом требуемая мощность сигнала получилась меньше по сравнению с той мощностью, которая соответствует чувствительности рассчитанного ранее приемника.