淺談光接收機(jī)的光學(xué)靈敏度估算

光接收器的特征是將光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的儀器。知道光由于其分散性而不那么容易處理，因此設(shè)計(jì)光接收器并不是一件容易的事。為了獲得良好的設(shè)計(jì)，至關(guān)重要的是必須清楚地了解將影響接收機(jī)靈敏度的不同參數(shù)。

本應(yīng)用筆記全部涉及光接收器靈敏度，其中包括由于幅度和時(shí)序上的隨機(jī)噪聲和符號(hào)間干擾（ISI）的積累而可能對(duì)功率輸出產(chǎn)生的影響。該分析基于正常的接收器靈敏度，假設(shè)理想輸入信號(hào)的干擾可忽略不計(jì)，例如ISI，上升/下降時(shí)間，抖動(dòng)和發(fā)射器相對(duì)強(qiáng)度噪聲（RIN）。

存在ISI時(shí)的Q因子

典型的光接收器由一個(gè)光光電檢測(cè)器，一個(gè)跨阻放大器，一個(gè)限幅放大器和一個(gè)時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊組成。簡(jiǎn)化的光接收器模型如圖1所示。

接收到的光信號(hào)首先被轉(zhuǎn)換為光電流，并由跨阻放大器（TIA）放大。限幅放大器充當(dāng)“決策”電路，在該電路中，將采樣電壓v（t）與決策閾值Vth進(jìn)行比較。在此數(shù)據(jù)決策點(diǎn)，信號(hào)由于隨機(jī)噪聲和ISI的積累而顯著降低，導(dǎo)致由于眼圖閉合而做出錯(cuò)誤的決策。

在實(shí)際的接收器實(shí)現(xiàn)中，由于接收器帶寬限制，基線漂移或有源組件的非線性而存在ISI。如果我們?cè)跀?shù)據(jù)決策之前監(jiān)視信號(hào)眼圖，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，除了隨機(jī)噪聲之外，信號(hào)還存在一定量的由ISI引起的有界振幅波動(dòng)，這表現(xiàn)出很強(qiáng)的模式依賴(lài)性。

要估計(jì)ISI對(duì)光學(xué)靈敏度的影響，一種簡(jiǎn)單的解決方案是考慮最壞情況下的放大噪聲分布。通過(guò)將高斯分布的平均值從V1和V0移至下幅度邊界（V1-V（ISI））和（V0 + V（ISI）），可以單獨(dú)完成此操作。假定V（ISI）是由ISI引起的垂直眼圖閉合（圖2）。在這種情況下，可以通過(guò)根據(jù)最壞情況的噪聲分布計(jì)算BER來(lái)獲得信號(hào)Q因子。

光學(xué)靈敏度估算

為獲得最佳光學(xué)靈敏度，在決定數(shù)據(jù)之前最大化信號(hào)Q系數(shù)很重要。以下部分說(shuō)明了在考慮整體接收器隨機(jī)噪聲，ISI和CDR抖動(dòng)容限的情況下，如何通過(guò)實(shí)際的設(shè)備實(shí)現(xiàn)方式準(zhǔn)確估算接收器的光靈敏度。給出了使用MAXIM器件的10Gbps接收器和2.5Gbps接收器的示例。

符號(hào)間干擾代價(jià)

在光接收機(jī)中，ISI可能來(lái)自以下來(lái)源之一：高頻帶寬限制；交流耦合或直流偏移消除環(huán)路引起的低頻截止不足；帶內(nèi)增益平坦度；TIA互連和限幅放大器之間的多次反射。根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)的性質(zhì)，ISI失真可能會(huì)有所不同。ISI導(dǎo)致幅度和時(shí)序均閉眼。

如果我們將垂直閉眼時(shí)的ISI定義為：

ISI損失定義為與ISI = 0時(shí)的理想情況相比，存在ISI時(shí)光學(xué)靈敏度的差異。計(jì)算結(jié)果如圖3所示。對(duì)于10％ISI失真，光功率損失為0.46dB。

結(jié)論

確定幅度和時(shí)序的誤差源，包括對(duì)這些誤差的分辨率，是在尋求更好的光接收器靈敏度時(shí)要考慮的主要內(nèi)容。在本文檔中，討論了影響光接收器性能的因素以及良好設(shè)計(jì)所需考慮的參數(shù)。

編輯：hfy