p-i-n-ФОТОДИОДЫ
Шумы фотодиодов
А. Шумы в отсутствие лавинного усиления
В данном случае фототок пропорционален вызывающей его световой мощности. Такое соотношение выполняется в среднем, поскольку, как показывает более детальный анализ, фототок есть случайная величина, которая, как и всякая другая случайная величина, характеризуется различными моментами распределения вероятностей: средним значением, среднеквадратичным и т. д. Это и понятно, так как ток на выходе фотодиода равен сумме отдельных токов, соответствующих движению носителей заряда, возникающих в разные моменты времени.
Этот шум, который будет добавляться к шумам цепей усиления и обработки информации, искажает сигнал и так же, как потери в оптических волокнах, ограничивает дальность оптической связи.
Обозначим через p(t) мощность светового импульса, падающего на фотодиод, через {tn}--последовательность моментов времени, в которые рождается пара электрон — дырка, а через u(t) — импульс напряжения на нагрузочном резисторе фотодиода, создаваемый парой носителей в момент t = 0). Полное напряжение на нагрузочном резисторе будет равно
где N — полное число пар носителей заряда, генерируемых световым импульсом. Как показано, процесс генерации носителей, с которым связаны случайные переменные {tn} и N, описывается распределением Пуассона с параметром l(t), зависящим от времени. Таким образом, вероятность того, что в промежутке времени (t, t+ T) возникнет п пар носителей заряда, равна
В таком случае среднее напряжение на выходе равно:
Добавленное здесь слагаемое s2t учитывает шумы, главным образом тепловые, которые вносят электронные схемы, включенные на выходе фотодиода.
Положив p(t) = const = р0, можно написать выражение для отношения сигнала к шуму:
Допустим также, что u(t)—импульсный отклик идеального фильтра низких частот с полосой пропускания Df; тогда окончательно получим
Следовательно, существует такое значение световой мощности р0, при котором шум равен сигналу, т. е. S/B = 1 (или О дБ). Такая мощность называется эквивалентной мощностью шума. Чем меньше эквивалентная мощность шума, тем меньше оптическая мощность на входе приемника, необходимая для обеспечения заданного отношения сигнала к шуму. Обычно тепловой шум пропорционален полосе пропускания Df, и поэтому эквивалентная мощность шума измеряется в единицах Вт*Гц-1/2 .
Forekc.ru
Рефераты, дипломы, курсовые, выпускные и квалификационные работы, диссертации, учебники, учебные пособия, лекции, методические пособия и рекомендации, программы и курсы обучения, публикации из профильных изданий