В продолжении цикла статей про основные понятия и параметры оптических модулей рассмотрим понятия, связанные с приемниками оптического сигнала.
Тип приемника
В оптических модулях используются приемники двух типов:
- PIN-диод (P-i-N) позволяет преобразовать световые сигналы в электрические с пропорционально падающему потоку света. Фотоны падающего света поглощаются с дальнейшим образованием в полупроводнике электронно-дырочных пар, которые при дополнительном воздействии создают электрический ток. В основном используются диоды на базе InGaAs (индий-галлий-арсенид), имеющие достаточно высокую квантовую эффективность в широком диапазоне длин волн и обладающие чувствительностью, достаточной для успешной работы на волоконно-оптических линиях различной протяженности со среднестатистическими потерями.
- Лавинные фотодиоды APD (Avalanche Photodiode) обладают высокой чувствительностью, что позволяет использовать их в приемниках модулей, предназначенных для протяженных линий и в системах, в которых требуется значительная разница между мощностью передатчика и чувствительностью приемника. Чувствительность диодов APD на 6-8 дБ выше, чем у других, при этом и уровень перегрузки повышен, что требует внимательного контроля за мощностью входящего оптического излучения.
Фотодиоды PIN и APD
У фотодиода APD "p" - область лавинного пробоя
В качестве поглощающего слоя в телекоммуникационных фотодиодах используется арсенид галлия-индия (InGaAs), который имеет высокий коэффициент поглощения на длинах волн, используемых в волоконно-оптических линиях связи. Полное поглощение излучения обеспечивает слой InGaAs в несколько микрометров.
Чувствительность приемника
Чувствительность фотоприемника (Receiver Sensitivity) является характеристикой, которая обозначает минимальный уровень оптического сигнала, при котором возникает приемлемое количество ошибок приема. Предельная чувствительность приемника оптического модуля различна для различных скоростей передачи данных: для 10Гбит/с порядка -24 дБм, для 1Гбит/с ~ 35дБм, для 100Мбит/с – до -45 дБм.
Уровень перегрузки приемника
Эта характеристика показывает, излучение какой максимальной мощности может быть подана на фотодиод без ущерба для его функциональности. Превышение этого значения может привести к ошибкам в линии (receiver overload saturation), а при сильном превышении может вызвать постоянное повреждение приемника (receiver overload damage).
Потери на отражение от приемника
Значение потерь сигнала на отражении от приемника означает разницу между уровнем отраженного и принятого сигнала. Стандартное значение для телекоммуникационных приемников на коротких расстояниях порядка -14 дБ, для остальных не ниже 20 дБ. Связано это с более простой конструкцией первых модулей, предусматривающих вывод излучения из волокна без промежуточных элементов прямо на фотодетектор.
Трансимпендансный усилитель
Трансимпендансный усилитель TIA служит для увеличения чувствительности приемника. Его особенностью является использование тока в качестве входного сигнала, в напряжения в качестве выходного, т.е. возможность преобразования тока фотодиода в дифференциальное напряжение. Быстродействие TIA позволяет использовать его при передаче данных на скорости до 11.1 Гбит/с.