Diseño óptimo del preamplificador de recepción para un sistema de transmisión de datos a alta velocidad por fibra óptica

JORNADAS DE ELECTRONICA MILITAR DOCUMENT ACION RESUMEN JORNADAS DE ELECTRONICA HILITAR DISEÑO OPTIMO DEL PREAMPLIFICADOR DE RECEPCION PARA UN SISTEMA DE TRANSMISION DE DATOS A ALTA VELOCIDA D POR FIBRA OPTICA. F. Casade all, G. Junyen , R. Agus i E.T.S.I. Telecomunicación de Ba celona A. 5/1 En es a co nunicaci6n se ealiza el análisis y el diseño 6p i no desde el pun o de is a de uido del ampli icado de ecepci6n de un sis ema de ans nisi6n de da os a al a elocidad po ib a 6p i ca. Su es uc u a es la de un ampli icado ealimen ado po ans- ad ni ancia cuya p ime a e apa es un Ca scado MESFET-T ansi s o Bip~ la , y la segunda e apa es á o mada po un T ansis o Bipola ea li nen ado po emiso . INTRODUCCION En 111 se desc iben las aplicaciones mili a es de los sis emas de ans nisi6n de da os po ib a óp ic a, en los que, debido al ni el ex ao dina iamen e pequeño de po encia 6p ica p esen e a la e~ ada del ecep o , esul a muy con enien e minimiza el uido in- oducido po el ampli icado de ecepción. Un ni el de uido pequeño equie e el uso de p ea npli icado es con una ele ada esis encia de en ada, 121, y co no consecuencia ienen un ancho de banda insu icien e. En sis emas de baja y media elocidad es posible compensa el educido ancho de banda median e el empleo de edes pasi as, pe o en sis e nas de al a elocidad es - e mé odo es inadecuado po su g an complejidad, y la al e na i a con sis e en u iliza ampli icado es ealimen ados, 13 1. En es a comunicaci6n se p esen a el análisis y diseño de las A. 5/ 2 dos p ime as e apas de un ampli i ca do de bajo uido pa a un sis em a de ansmisión de da os po ib a óp ica . A NAL ISIS DEL RUIDO El ampli icado ealimen ado po ansadmi anc i a , co n c on i gu a- c i ón Cascado MESFET-T ansis o B ipola pa a la p im e a e a pa , esul - a a decuado po su ele ado anc ho de banda y ba jo ni e l de uido en s is emas de ansmisión de da os a al a elocid a d. La se g unda e a pa se co n igu a median e un ansis o bipola ealim en ado p o emi so , p ues iene un ele ado ancho de ba nda y p esen a g an imp ed anci a de en ada . En la igu a 1 se m ues a_ el es quema del ampl i icado ea l i m e n ~ o po ansadmi ancia a ana liz a . Pa a el cálculo del uid o gen e a- do en el MESFET se u i liza el m ode lo p opu es o en J4J , dond e s e ha in o ducido el pa áme o , jSJ, qu e mide el ac o de exc es o d el i do del ca n al . Figu a 1 En el análisis del uido es con enien e u iliza el modelo de la ig u a 2, donde el cuad ipolo uidoso se ca ac e iza po los gene a- do es i y e . Dicha con igu ación es i ndependien e del alo de la n n ) O ADAS DE ELECTRONICA MILITAR :::-e:. ~ ~ NT ACION A. 5/3 ~ oedancia de uen e y es álida siemp e y cuando se conside e la co ::- el ación, y, que exis e en e ambos gene ado es. -------------- -- ---------------, AM PLI FI CADOR IDEAL (no uidoso) ·--- ------------------- - ------------- _l Figu a 2 De 1 61, las densidades espec ales de los gene ado es son: + 2K T0F 2 ( ) donde q es la ca ga del elec ón, K es la cons an e de Bol zmann, T = 290QK~ g es la ansconduc ancia del MESFET, e es la capaci- o m gs dad pue a- uen e, I es la co ien e in e sa de sa u ación de gss pue a, CD es la capacidad del o ode ec o , Ib es la co ien e de pola ización de base y F2 { ) es el Fac o de Ruido de-la segunda e apa: donde el subindice 1 co esponde a los pa áme ios del ansis o bi - pola de la p ime a e apa y el subindice 2 a los pa áme os de . la segunda e apa. La po encia de uido del ecep o conside ando las dos p ime as e apas del ampli icado y su Función de T ans e encia, H( ), igu a 3, es: N = 2 jcc. ( J 1-nD o + G. { ' ) + &n • G ( ) en J j(H ( J I 2d + 2 RB -- -- --- -------------------- --------- '- A. 5/4 do nde: G. ( ) = 1,.nD 2KT o = Gene a do de Ruido Té mico asociado a la DISEÑO esis encia R8 E (e'"' i J = 2 y ·. / e ( ¡~ J G ( J n n en 1,. n H( ) Figu a 3 CUADRI PO LO NO RUIDOSO mues eo y decisiÓn El diseño óp imo del p eampli icado de ecepción p opues o con- sis e en calcula a pa i de la ecuencia de co e de H( )~ las e~ ien es de pola ización de los ansis o es, I Dl J IC 2J IC 3J las ga- nancias de ensión, A 1 y A1 J 2, de ambas e apas, el alo de la esis encia de ca ga, RLl' y de la esis encia de ealimen ación, RF ' pa- a ob ene , ijado el ancho de banda del ampli icado ealimen ado, la mínima po encia de uido. Los pasos del diseño son : 1.- Fijada la posición del polo dominan e de la e apa Cascodo se cal cula RF 2.- Dado A l se calcula el in é alo de alo es de IDl pa a los que exis e un polo dominan e en la unción de ans e encia de la e apa Cascodo. 3.- A pa i del alo de IDl se calcula RL 1. JORNAD AS DE ELECTR ONICA MILITAR :JOCUMENTACION A. 5/ 5 ~. Fij ado el alo de A 2 se calcula ICJ qu e mi ni m iza F2( J . ~ . - Se o b iene la Ganancia de Lazo del ampl i icad o ea li m en ado pa - a asegu a su es abilida d . 6 .- Se calcula la po encia de uido . - Se encuen an los alo e s 6p imos d e : A 2 en unci6n de I Dl y A l A Vl en unción de IDl T - Dl = IC2 q ue minimizan N ES U LTA DOS Lo s pa áme os u ilizados s on : H( ) = Fil o de Bessel de o d e n 4 M ESFET : GAT 6 de Plesse y con = 1 ,7 5 T ansis o bipola : BFR -9 1 CD : 0 , 5 pF Los esul ados ob enidos p a a l a elocidad de ansmisi 6n de 560 M bi / s es án indicados e n l a T ab la 1 , donde es la ec u encia e de co e no mal i zada a la el oc i dad de ansmisión : Pol a i zaci6n óp ima I Dl = IC 2 = 14mA I CJ = lOmA RF = 2, 85 Kí2 R Ll = 807 í2 e Po enc i a de Ruido (dBm) 0,5 -l OO 0 , 6 98 0 , 7 96 0 , 8 9 4, 30 0 , 9 92,80 1 ' o 91,44 T abla 1 A. 5/6 - ny en , R. Agus i, F. Casade all , "Sis ema de ansmisi6n ~e ~a o s a al a elocidad po ib a óp ic a : M ejo as in oduci- ~as oo la ecualizaci6n ", Jo nada s de Elec 6nica Mili a , Ma z ' 198 3. _.:::>. P e sonick, "Recei _ e desing o digi al ibe op ic comm~ ~~ca io n sys ems, I y II" , Bell Sys . Techn . Jou nal, Vol. 52 , ?_. 84 3-886, July - Augus , 19 73 . ..:-.::,. Hu lle and T.V. Muoi, "A eedbac k ec ei e ampli ie o p-ic al ansmission sys ems ", IEEE T ans. on Comm., pp. 1180- ~ ~ 3 5, O c obe 1974. . _.__. an de Ziel, "Ga e noise in ield-e ec - ansis o s a mo- ~e a ely high ecuenqies". P oceeding IEEE, V ol . 51, pp. 4 61- ~ 6 , M a ch, 1973. ~ - Og awa, "Nois~ caused by Ga As MESFET ' s in op ical ecei e s", 3ell Sys. Tech. Jou nal, ol. 60 , pp . 923-928, July-Augus , 1981 5 F. Ca sade all , "C on ibuci6n al es udio de écnicas de ecualiza- ci6 n en epe ido es egene a i os pa a sis emas de ansmisión digi al po - ib as óp icas a al a elocid ad ". Tesis Doc o al, E.T. S.I. Telecomunicación de Ba celona, Ene o 1983.