Шуми та чутливість приймальних пристроїв

Якість цифрового приймача оцінюється відношенням напруги сигналу, що є випадковою величиною з гауссовським законом розподілення, до стандартного відхилення, це відношення є аргументом функції помилок. Воно визначає при заданій швидкості передачі коефіцієнт помилок, що спостерігається на виході приймача у функції від оптичної потужності, що приймається. Таке визначення критерію якості приймача має перевагу в тому, що дозволяє безпосередньо оцінювати систему, але його недолік в тому, що він залежить від коду передачі. Тому при аналізі шумових властивостей цифрового оптичного приймального пристрою для виключення залежності від коду передачі робиться припущення, що одиниці кодуються імпульсами певної амплітуди, а нулі - паузою, тобто кодами без повертання до нуля. Крім того, припускається, що абсолютно точно проводиться синхронне детектування – тобто рішення приймається за половинним рівнем сигналу та всередині тактового інтервалу. Таке припущення дозволяє обмежитись дослідженням лише еквівалентної шумової схеми вхідних каскадів приймача, в якому виконується аналогова обробка сигналів (рис. 1).

Рис. 1 - Групи джерел шуму

На наведеній схемі (рис. 1) присутні дві групи джерел шуму: шумові джерела власне фотодетектора (це джерела струму ) та шумові джерела вхідного каскаду підсилювача (джерело струму , та джерело напруги у колі зворотного зв’язку e2а). Вхідний каскад підсилювача у цьому разі є таким, що не має шумів. Елементи схеми Rн та Cg відповідають опору навантаження фотодетектора Rн та ємності p-n-переходу фотодетектора Сg. Власний динамічний опір p-n-переходу ФД можна до уваги не приймати, тому що він значно менший від опору навантаження ФД. Rа та Са – елементи вхідного каскаду підсилювача, R0, C0– елементи кола зворотного зв’язку.

Струм на виході ФД є пропорційним оптичній потужності, що приймається, та може бути наведений виразом

,(1)

де h– ефективний квантовий вихід матеріалу, з якого виготовлено ФД (h<1); q – заряд електрона (1,6.10-19 К); – енергія фотона ( -- постійна Планка,  – частота оптичної несучої, М - коефіцієнт множення, якщо використовується лавинний фотодіод (ЛФД), М=1 в разі використання звичайного ФД, io – темновий струм, Р – оптична потужність.

У загальному випадку оптична потужність є сумою двох складових

Р= Р~+Рф,(2)

де Р~ – змінна оптична потужність сигналу, Рф – оптична потужність фону. У ВОСП потужність фону виникає внаслідок наявності струму постійного зміщення випромінювача. Оскільки обидві складові оптичної потужності діють на світлочутливу поверхню ФД, фотострум, що виникає цього разу, протікає через опір навантаження, в подальшому буде використовуватись сумарна потужність (2).

Темновий струм io звичайно дуже малий (io<<1 мкА для кремнієвих ФД) , крім того, він не передається приймальними пристроями, в яких використовується фільтр низьких частот. Отже, темновий струм майже не впливає на характеристики приймальних пристроїв.

Розглянемо тепер джерела шумів у оптичних приймальних пристроях. Усі шуми, незалежно від їх походження, характеризуються спектральною щільністю потужності, А2/Гц.

Дробовий шум. Цей шум зумовлений випадковим пуасонівським розподіленням фотонів у оптичній хвилі, що приймається. ............