Разработка оптического приемного устройства, страница 12

Основная идея этой схемы  - использовать решающий D - триггер с идентичным эталонным, для того, чтобы получить разностный (дифференциальный) сигнал ошибки.

На блок фазочастотной логики подаются сигналы: (а) – соответствующий стробированию предыдущего сигнала, и (с) – для текущего. Эталонный сигнал (b) соответствует возможному появлению фронта импульса информации. Времяположение этих сигналов показано на рисунке 4.4.

 Цифровой логический блок анализирует (сравнивает положения) этих сигналов и решает, запаздывают, опережают или правильному положению для каждого стробирующего импульса.

Решение усредняется и затем используется, чтобы управлять генератором VCO (VCO – управляемый напряжением генератор). Схема выделения тактовых интервалов PLL является единственной, которая может ограничить частотную ошибку до величины такого же порядка, как и схема с замкнутой петлей, которая обычно имеет в 1000 раз меньше скорость в битах. Следовательно, центральная частота генератора VCO будет иметь нестабильность в пределах 0,1% при возможных изменениях температуры в процессе обработки .

Таким образом, в разрабатываемом оптическом приемном устройстве используется саморегулирующая схема с фазо-замкнутой петлей PLL, которая обеспечивает восстановление тактовой частоты и регенерацию сигналов.   

5 Современные компоненты оптических приемников

В оптических системах связи необходимо использовать электронные схемы для быстродействующей обработке сигналов. Дешевым решением для систем передачи по оптическому волокну, имеющих высокую пропускную способность, является конструирование высокоскоростных электронных передатчиков и приемников на одном кристалле (в виде чипа) или сборке кристаллов (гибридные схемы). Эти схемы должны обрабатывать сигналы изменяющимися со скоростями Гбит/сек.

Большая часть схем изготовлена на полупроводниках AlGaAs/GaAs на  биполярных транзисторах с гетер переходами (НВТ) методом TRW f_макс=40ГГц, с которыми неизменно достигали уровень интеграции свыше 1000 приборов в кристалле. Другие более простые схемы были реализованы по методу TRW на элементах JnP  с гетер переходом (НВТ) f_макс=80ГГц. Другого рода материалы были использованы в транзисторах НВТ для образования гетер перехода так, чтобы энергетический уровень на эмиттерной стороне перехода был больше чем в базе. Это различие дает конструктору дополнительный параметр для управления поведением прибора. В частности эффективность эмиттерной инжекции в основном определяется разностью энергетических уровней и не зависит уже от отношения степени легирования. Это позволяет оптимизировать степень легирования для высокоскоростных характеристик не будучи связаны в соображениях усилительных свойствах. Не является необычным иметь в базе более высокую концентрацию примесей, чем в эмиттере, в результате чего, уменьшается сопротивление базы  и емкость эмиттерного перехода,  и таким образом скоростные свойства становятся выше. Регулировка упомянутой установки энергетических уровней, НВТ может обеспечить выигрыш в скорости от 20 до 100% по сравнению с однородными.

В настоящее время промышленностью освоена широкая номенклатура полупроводниковых p-i-n и ЛФД фотодиодов для ВОСП. Фотодиоды размещаются в герметичном металлическом корпусе с двух рядным расположением выводом. Вместе с фотодиодом в корпусе расположен предварительный электронный широкополосный усилитель, первый каскад которого выполнен по трансимпедансной схеме на полевом или биполярном транзисторе на арсенидогаллиевой основе. Три разных варианта использования фотодетектора может быть реализованы, когда применяются транзисторы с гетер переходами (НВТ) на AlGaAs.

1)  Использовать (интегрировать в ИМС) p-i-n фотодиод на AlGaAs в интегральную схему приемника.Такая система может обеспечить высокую скорость передачи сигналов, но потери  рассеяния в волокне ограничивают расстояние между усилительными пунктами до 10-20 км, что применимо для магистралей небольшой протяженностью

2)  Использовать внешний (не включенный в ИМС) длинноволновый детектор. Более низкие потери длинноволновой системы передачи обеспечивают связь на большие расстояния. Однако соединение между детектором и предварительным усилителем приведет к увеличению паразитных индуктивностей и емкостей, что ухудшает как шумовые так и частотные параметры.

3)  Фотодетектор и предварительный усилитель могут быть объединены в кристалле из JnP. Этот кристалл имеет энергетический уровень (или разность уровней) реагирующую на длину волны около 1,3мк. JnP НВТ имеют чрезвычайно высокую частоту f = 60-110ГГц и могут быть изготовлены вместе с фотодетектором на одном кристалле (в виде одного чипа). Использование JnP для фотодетектора и предварительного усилителя улучшает шумовые характеристики, потому что НВТ транзисторы обладают большим быстродействием, чем на материале GaAs. Объединение предварительного усилителя с фотодетектором устраняет проблемы соединения, потому что соединение при этом выполняется между выходом предварительного и входом основного усилителя, где величины сопротивлений много легче контролировать. Кроме того, шумовые характеристики не ухудшаются, так как любой добавляемый  шум много ниже допустимого .

То есть в настоящее время приемные устройства выпускаются на едином кристалле. Некоторые фирмы производят требуемые  оптические приемные модули в виде единых микросхем, результат поиска соответствующих фирм и схем в литературе приведен ниже.

В России  фотоприемники для ВОСП производят предприятия “Телаз”, ГП НИИ “Полюс” и некоторые другие  .