Задание 5

Изобразите упрощенную схему приемного оптического модуля. Рассчитайте среднее значение напряжения цифрового сигнала и среднеквадратическое(действующее) напряжения отдельно собственного и дробового шума на выходе ПРОМ с PIN фотодиодом в качестве фотодетектора. Определите ожидаемую защищенность от суммарной помехи, сопоставьте ее с допустимой величиной, сделайте вывод.

Исходные данные:

• Линейный код: скремблированный БВН;

• Рабочая температура: комнатная;

• Максимальная допустимая вероятность ошибки регенерации: 10^-12;

• Монохроматическая токовая чувствительность фотодиода (без учета лавинного умножения) 1 А/Вт;

• Коэффициент шума предусилителя: 2 (3дБ);

• Входной уровень средней оптической мощности сигнала, дБм: -19;

• Передаваемый цифровой поток: STM-16;

• Сопротивление резистора обратной связи ТИУ, Ом: 400.

Решение

Приемный оптический модуль ПРОМ предназначен для вывода оптического сигнала из ОВ и его преобразование в электрическое напряжение достаточной для последующей обработки величины. Схема приемного оптического модуля представлена на рисунке ниже:

Рисунок 5 - Упрощенная схема ПРОМ.

Схема включает в себя два основных элемента: фотодетектор ФД и трансимпедансный усилитель ТИУ. Последний является преобразователем «ток- напряжение» и выполняет функцию предварительного усиления. Его выход является выходом ПРОМ. ТИУ состоит из инвертирующего усилителя с большим коэффициентом усиления и резистора обратной связи Rос, с помощью которого создается глубокая отрицательная обратная связь по напряжению. Элементы, изображенные пунктиром, в схему не входят. Конденсатор Сос учитывает паразитную емкость резистора Rос, конденсатор Свх – суммарную емкость фотодетектора, монтажа и входную емкость усилителя, резистор Rвх – динамическое сопротивление ФД, цепей его смещения и входное сопротивление усилителя.

Среднее значение напряжения цифрового потока определяется по формуле:

,

где – средняя мощность сигнала (определяется выражением:

- монохроматическая токовая чувствительность;

- коэффициент усиления первичного фототока;

– сопротивление резистора обратной связи.

Тогда среднее значение напряжения цифрового сигнала равно:

Действующее значение напряжения шума на резисторе ПРОМ в полосе частот Δf, а следовательно, и на выходе модуля рассчитывают по формуле Найквиста:

Расчет действующего значения напряжения собственного шума на выходе ПРОМ сводится к умножению U_тш на .

, где

Дж/град – постоянная Больцмана;

- абсолютная температура в градусах Кельвина;

- коэффициент шума усилителя;

Δf = (0,7..0,8)*f_T = 0,75*155,52 * 16 МГц – тактовая частота потока STM-16.

Следовательно, в конкретном случае:

Действующее значение напряжения дробового шума на выходе ПРОМ (на электрическом интерфейсе) составит:

где – заряд электрона;

– значение коэффициента для диодов из фосфида индия;

М – коэффициент умножения (усиления) первичного фототока. Если в качестве фотодетектора применен PIN диод, то М = 1.

Тогда напряжение дробового шума будет равно:

.

Защищенность сигнала от помехи на выходе ПРОМ можно вычислить, как:

Тогда защищенность сигнала равна: