PIN光电二极管的噪声分析

目录

1课程设计题目 (1)

2课程设计目的 (1)

3课程设计时间 (1)

4课程设计环境 (1)

5课程设计任务和要求 (2)

6课程设计原理 (2)

6.1原理简介 (2)

6.2 PIN光电二极管简述 (3)

6.3设计原理 (4)

7课程设计过程及调试、结果 (5)

7.1设计所用器件简介 (5)

7.2器件的参数设置 (7)

7.3 设计布局图 (8)

7.4调试结果图 (9)

7.5 调试结果分析 ..............................................................................................错误!未定义书签。8课程设计过程中遇到的问题、解决方法.............................................错误!未定义书签。9课程设计体会.......................................................................................................错误!未定义书签。参考文献 .....................................................................................................................错误!未定义书签。

1课程设计题目

IN光电二极管的噪声分析

2课程设计目的

本课程为“光纤通信”必修课程的后续设计实践课程，主要提供学生在一种通用设计平台上进行光纤通讯系统设计的系统训练，要求学生掌握一种光通信系统设计软件（如OptiSystem）的使用，要求学生熟悉基本知识、培养思维和表达能力及合作精神、提高光网络构建和分析能力，形成利用设计软件工具对设计任务进行总体布置的能力。

3课程设计时间

周（2014年6月23日-2014年6月27日）

4课程设计环境

OptiSystem软件

OptiSystem是一款创新的光通讯系统模拟软件包，它集设计、测试和优化各种类型宽带光网络物理层的虚拟光连接等功能于一身，从长距离通讯系统到 LANS和MANS都使用。OptiSystem可以帮助用户规划、测试和模拟几乎传输层所有的光纤系统，包括局域网、城域网和广域网，也提供了从组件到系统各个层面的传输层光通信系统设计和规划，并仿真出分析结果和应用。OptiSystem是一个基于实际光纤通讯系统模型的系统级模拟器具有强大的模拟环境和真实的器件和系统的分级定义。它的性能可以通过附加的用户器件库和完整的界面进行扩展，而成为一系列广泛使用的工具。本次课程设计采用的是对64Bit操作系统的支持Optisystem7.0。

5课程设计任务和要求

于OptiSystem软件完成PIN光电二极管的噪声分析的仿真设计，分析各类噪声源及其影响，增强研究问题解决问题的动手能力。

6课程设计原理

6.1原理简介

（1）系统噪声

噪声是一种随机性的起伏量，它表现为无规则的电磁场形式，是电信号中一种不需要的成分，干扰实际系统中信号的传输和处理，影响和限制了系统的性能。在光接收机中，可能存在多种噪声源，它们的引入部位如图6-1所示。

图6-1 光接收机中的噪声源及其分布

响光接收机性能的主要因素就是接收机内的各种噪声源。接收机中的放大器本身电阻会引入热噪声（Thermal Noise），而放大器的晶体管会引入散粒噪声（Shot Noise），而且多级放大器中会将前级的噪声同样放大，计算分析这些噪声对我们分析、优化光接收机以及整个光通讯系统都是有十分重要的作用。本课程设计中，我们主要讨论PIN光电二极管中的散粒噪声和热噪声对系统的影响。

（2）眼图概念

图是一系列数字信号在示波器上累积而显示的图形，其形状类似于眼睛，故叫眼图。在用余辉示波器观察传输的数据信号时，使用被测系统的定时信号，通过示波器外触发或外同步对示波器的扫描进行控制，由于扫描周期此时恰为被测信号周期的整数倍，因此在示波器荧光屏上观察到的就是一个由多个随机符号波形共同形成的稳定图形。这种图形看起来象眼睛，称为数字信号的眼图。眼图主要的参数有如下：消光比、交叉点、Q因子、信号的上升时间、下降时间、峰—峰值抖动、均方根值抖动、信噪比等。

（3）误码率

码的产生是由于在信号传输中，衰变改变了信号的电压,致使信号在传输中遭到破坏，产生误码。噪音、交流电或闪电造成的脉冲、传输设备故障及其他因素都会导致误码误码率，比如传送的信号是1，而接收到的是0；反之亦然。各种不同规格的设备，均有严格的误码率定义，如通常视/音频双向光端机的误码率应该在：（BER）≤10E-9。

6.2 PIN光电二极管简述

（1）PIN光电二极管

PIN光电二极管的特性：缺点是暗电流大，因结容量低，故可获得快速响应。为了进一步提高光检测器的量子效率和响应速度，在P型半导体与N型半导体之间加入一种轻微掺杂的本征半导体，这样的光电二极管称为PIN光电二极管，是一种吸收光辐射而产生光电流的一种光检测器。其结构如图6-2所示：

6-2 基于异质结的PIN光电二极管

（2）光电二极管的主要噪声

散粒噪声

粒效应噪声是Schottky于1918年研究此类噪声时,用子弹射入靶子时所产生的噪声命名的。因此,它又称为散弹噪声或颗粒噪声。散粒噪声是由形成电流的载流子的分散性造成的，在大多数半导体器件中，它是主要的噪声来源。这种噪声是由光的本质（粒子性）决定的，其他的噪声可以进行限制甚至消除，而这种噪声总是存在，并成为接收机的极限灵敏度的限制。