通信工程師設(shè)備環(huán)境接收單元結(jié)構(gòu)和光探測器分析

　　3.3.1接收單元結(jié)構(gòu)和光探測器分析
光探測器和前置放大器組成光接收機(jī)的前端，選擇合適的光探測器、設(shè)計(jì)和選擇不同類型的前置放大電路在光接收機(jī)中是至關(guān)重要的，光接收機(jī)的參數(shù)主要由前端決定。
在選擇探測器時(shí)，我們比較關(guān)心是滿足系統(tǒng)要求的高的靈敏度、最小系統(tǒng)附加噪聲、快的響應(yīng)度以及足夠的帶寬，并且，探測器應(yīng)當(dāng)有低的溫度敏感、合適的物理尺寸、合理的價(jià)格和較長的使用壽命。目前常用光探測材料有Si、Ge、InGaAs、InGaAsP。Si光電二極管具有很高的靈敏度，波長實(shí)用范圍小于1.09um，而對于1.1—1.6um的就考慮半導(dǎo)體材料，Ge的波長實(shí)用范圍在0.5—1.6um，但是Ge光電二極管的暗電流較大；而三重合金的如在InP作為襯底在其上沉積In0.53Ga0.47As晶格可以響應(yīng)的波長高達(dá)1.7um，且廣泛的用于工作波長為1.3um和1.55um的光電二極管。因此，如果無線光接入系統(tǒng)采用短的工作波長，就可以采用Si或者Ge材料的光電二極管，如果采用1550nm的工作波長，一般選用InP上沉積InGaAs的材料。
而較常用的探測器種類是PIN和APD光電二極管。PIN光電二極管比PN結(jié)器件具有較寬的損耗區(qū)，其電容較低且RC系數(shù)較小，用PIN光電二極管可以獲得超過100GHz的高帶寬。APD光電二極管由于存在一個(gè)雪崩增益過程，使得輸出的電流的平均值比未增值的電流放大了M倍，其響應(yīng)度也放大了M倍。但是，雪崩碰撞的隨機(jī)過程增加了器件的噪聲，并花費(fèi)更多的時(shí)間，從而導(dǎo)致帶寬減小。圖3.4給出一個(gè)光電二極管的等價(jià)電路圖。

這個(gè)等效電路對于分析光電二極管的重要參數(shù)以及后續(xù)前置放大電路設(shè)計(jì)和選取十分重要?？傮w來看，它功能類似一個(gè)帶寬為1/(2πR1Cd)低通濾波器，R1是負(fù)載阻抗，Cd是固有電容（約為1pF）。Rs是二極管的連續(xù)阻抗，通常Rs<R1。要增加帶寬，就應(yīng)該使R1和Cd最小。R1有不可能無限制的小，因?yàn)樘档洼敵鲭娖剑⒃黾訜嵩肼暤墓β?，減小節(jié)電容Cd可以通過減小結(jié)面積及增大勢壘厚度來實(shí)現(xiàn)。而增大勢壘厚度就會增加渡越時(shí)間，減小響應(yīng)時(shí)間。
通常量子效率、響應(yīng)度、暗電流、響應(yīng)速度、結(jié)電容，是我們選擇的光電二極管的重要參數(shù)。無線光接入系統(tǒng)中PIN和APD都可以采用，采APD成本較高，通常在高速率、大容量的系統(tǒng)中采用。

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