197801. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés intenz1tásmodulált optikai jel feldolgozására
197801 ség esetén is lineáris működést biztosít, azonban a vezérlő (szabályozó) fény előállítása jóval több energia felhasználásával lehetséges, mint amennyivel a FET csatornaellenállása vezérelhető. A széles optikai teljesítménytartományban üzemelő kapcsolási elrendezéseknél a nagy optikai teljesítmény következtében keletkező áram kialakulásának megakadályozására előnyös lehet RÍ korlátozó ellenállás alkalmazása a T változtatható ellenállású aktív elemmel sorosan kapcsolva. Ugyancsak szükséges lehet az I tranzimpedancia erősítő munkapontjának elcsúszása és a DC csatolt Dl fotodetektor sötétáram hatásának kiküszöbölése érdekében a T változtatható ellenállású aktív elemmel párhuzamosan nagyértékű R* sönt ellenállás beiktatása, amellyel korlátozhatjuk a kapcsolás szabályozási tartományát és maximális érzékenységét. A következőkben ismertetjük egy változó üzemi viszonyokhoz (bemenő optikai teljesítményszint, átviendő jelfrekvencia) alkalmazkodó optikai jelfeldolgozó áramkör működését. A viszgált áramkör digitális átvitel céljára készült. Az áramkör működése a különböző szinttartományokban a következő: Nagy optikai bemenő teljesítmény esetén a TI—T2 AGC difi. erősítő által szolgáltatott, szabályozó feszültség lecsökkenti a T változtatható ellenállású aktív elem (FED) csatornaellenállását, azaz a tranzellenállást, és így az I tranzimpedancia és a II invertáló erősítő túlvezérlődése nélkül biztosítja a megfelelő komparálási szintet a jelen esetben III komparátor számára. Az alacsony tranzimpedancia miatt az I tranzimpedancia erősítő sávszélessége igen nagy, és a digitális jel regenerálása a bő sávszélesség módszerével történik. A bemenőszint csökkenésekor a tranzimpedancia értéke az igen aktív AGC szabályozás miatt növekedik, és nagyobb bitsebességeknél az érzékenység határát az alkatrészek szórt kapacitásából eredő frekvenciamenet-torzulás határozza meg. Ekkor az áramkör zaj szempontból a legkedvezőbb beállításban működik, mert a felső frekvenciahatár csökkenéséből adódó integráló jellegű frekvenciakarakterisztika, és a tranzimpedancia növekedés miatt kialakult kisebb sávszélesség zajcsökkentő hatása összegződik. Kis szinten a tranzellenállás tovább növekszik, és az egyúttal szűkíti az átvihetője! sávszélességét és csökkenti a tranzellenállás saját zaját. Végső korlátok a fotodetektor sötétárama és más szivárgó áramok jelentik, valamennyiben ez a korlátozó hatás előbb jelentkezik a frekvenciamenet romlásából adódó hatásnál. A fentiek alapján belátható, hogy a találmány szerint kialakított kapcsolási elrendezés a bemenőszinthez történő alkalmazkodás mellett — áramköri elemcsere nélkül — széles bitsebesség tartományban optimális zajvi- 4 5 szonyok között tudja kedvező érzékenységét kihasználni. A találmány szerinti optikai jelfeldolgozó áramkör mintapéldányán végzett kísérleti mérés adatai a következők: A megépített modell kissebességű digitális átvitel megvalósítására készült. Az áramkörén alkalmazott fotodetektor egy alacsony söiétáramú (1 pA) típus. Az alkalmazott I tranzimpedancia és a II invertáló erősítők FET bemenetű műveleti erősítők 30 pA munkaponti és 3 pA offszet árammal, 50 V/ps (I), illetve 5 V/ps (II) feszültségváltozási sebességgel (slew rate). Alii komparátor egy differenciál komparáto ■ típus. A T változtatható ellenállású aktív es'köz egy n csatornás FET. Nagy, —20 dBm (10 pW) optikai bemenő teljesítmény esetén az átviteli sebesség felső határa 3—400 Kbit/s, amelyet nem az I tranzimpedancia erősítő, hanem a II invertáló erősítő és a III komparátor működési sebessége korlátozza. Ilyen bemenő szintnél a FET csatornaellenállása kb. 0,8 KOhm. 100 Kbit/s bitsebesség esetén a 10~6 hibaarányhoz tartozó érzékenység —56 dBm. Ilyen szinten a tranzellenállás értéke kb. 3,6 MOhm és már határozottan jelentkezik a sávszélesség csökkenés hatása: a tranzimpedancia erősí'ő kimenetén a tranziens idő kb. 0,5 bit idő. 10 Kbit/s bitsebesség esetén az érzékenység —67 dBm és közbenső állapotként az érzékenységet a kvantumzaj és sávszélesség csökkenés együttesen korlátozza. Ilyen bemenőszintnél a tranzellenállás értéke kb. 45 Ohm. 100 bit/s átvitel esetén az érzékenység — 70...75 dBm, amikor a tranzellenállás értéke kb. 100 MOhm. Ilyen szélső esetben az érzékenységet már a sötétáram és más szivárgó áramok korlátozzák. A példaként bemutatott optikai jelfeldolgozó áramkör karakterisztikája végül a 64 Kbit/s sebesség esetén mért optikai bemenószint és bit hibaarány görbe mutatja, amehet a 3. ábrán szemléltetünk. SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. ) Kapcsolási elrendezés intenzításmodulalt optikai jel feldolgozására, amely fotodetektorhoz kapcsolódó egy vagy több fokozatú erősítő, ehhez csatlakozó AGC diff. erősítőt, kimenő erősítőt és/vagy komparátort tartalmaz, azzal jellemezve, hogy a fotodetektorhoz (Dl) közvetlenül csatlakozó tranzimpedancia erősítő (I) és a — szükséges esetben alkalmazott — invertáló erősítő (II), valamint az AGC diff. erősítő (TI—T2) legalább másodrendű tagot (t) tartalmazó, DC csatolt, zárt szabályozókörbe van kapcsol\a, és az összes egyenáramú referenciapont egyetlen közös feszültségosztó lánc (R) csomópontjaira (pl. AGCra/ , KOMP«/ , AMPL«/ ,...stb.) van kötve. 2. ) Az 1. igénypont szerinti kapcsolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy a beeső fény6 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
