Download RECEPTORES oPTICOS universidad de aquino bolivia

RECEPTORES OPTICOS
UNIVERSIDAD DE AQUINO BOLIVIA
RECEPTORES OPTICOS
1. INTRODUCCION
En un sistema óptico, el transmisor consta de un generador, El transmisor básico es, en
esencia, una fuente de luz, las fuentes de luz más comunes son los diodos LED y laser, que
se conmutan a velocidades muy altas. El receptor consta de un detector de pulsos de luz que
los convierte en señal eléctrica esta señal se amplifica y se reforma para obtener la señal
original.
2. OBJETIVO

Determinar el comportamiento de un receptor óptico y las características de los
mismos.

Comprender la estructura y la función que realiza un receptor óptico.
3. RECEPTOR OPTICO
Básicamente, el detector es un dispositivo que convierte fotones en electrones, un receptor
se compone de un detector y de los circuitos necesarios asociados que lo capaciten para
funcionar en un sistema de comunicaciones ópticas.
El principal componentes es el fotodetector este convierte la luz en electricidad a través del
efecto fotoelectrico.
Cuando la luz incide en el diodo, la corriente de fuga se
incrementa. Al fluir a través de R1 produce una caída de
voltaje. El resultado es un pulso de voltaje.

Una configuración básica es el receptor de detección directa, el fotodetector
convierte el flujo de los fotones incidentes en un flujo de electrones. Después esta
corriente es amplificada y procesada. Existen dos tipos de fotodiodos usuales para
RECEPTORES OPTICOS
UNIVERSIDAD DE AQUINO BOLIVIA
recepción óptica, fotodiodo PIN y fotodiodo de avalancha APD.
Modelos de un típico receptor óptico con detección directa

En la práctica, para los receptores de detección directa con fotodiodos PIN, el factor
limitante de la sensibilidad del receptor es el ruido térmico, generado en la salida
del fotodiodo. Existe dos alternativas para superar esta limitación, una es el uso de
fotodiodo de avalancha APD, donde el mecanismo de multiplicación de la corriente
foto generada en el fotodiodo amplifica la señal fotodetectado. La segunda
alternativa es la utilización de un pre-amplificador óptico antes del fotodetector,
para amplificar la señal óptica antes de la detección.
Modelo de un típico receptor óptico con detección directa utilizando un pre-amplificador óptico

Una configuración más compleja de receptor óptico es el empleo de los receptores
de detección coherente, con el nivel de potencia del oscilador local tan alto que el
ruido térmico se hace mucho menor que el producto del batimento entre la señal del
oscilador local y la señal recibida.
RECEPTORES OPTICOS
UNIVERSIDAD DE AQUINO BOLIVIA
Modelo de un típico receptor óptico con detección coherente
𝑓𝐹𝐼 = |𝑓𝑠 − 𝑓𝑜𝑙 |
Dónde: 𝑓𝐹𝐼 es la frecuencia intermediaria, 𝑓𝑠 es la frecuencia de la señal recibida y 𝑓𝑜𝑙 es la
frecuencia del oscilador local.
4. RUIDO EN LOS RECEPTORES OPTICOS

Ruido es algo inherente en los sistemas de Comunicaciones y los Sistemas Ópticos
no están libres de ello
La capacidad de un receptor óptico para detectar señales de luz débiles depende de su
sensibilidad y en particular del ruido propio. Los agentes causantes del ruido son la señal
óptica, el diodo en sí y el circuito eléctrico que le sigue. El límite en cuanto a detección se
da cuando la suma de todas las corrientes de ruido (cuántico, de la corriente de oscuridad,
granular, térmico) iguala a la corriente de la señal a la salida del receptor.
4.1.FUENTES DE RUIDO
En sistemas ópticos, existen dos fuentes principales de ruido:

Ruido de disparo

Ruido térmico
4.2.RUIDO DE DISPARO
Generado por la característica aleatoria del movimiento y generación de portadores en la
juntura PN del foto-receptor.
RECEPTORES OPTICOS
UNIVERSIDAD DE AQUINO BOLIVIA
4.3.RUIDO TERMICO
Generado por la característica aleatoria del movimiento de los electrones en un conductor, a
una cierta temperatura. Es producido en los componentes externos al foto-receptor.
4.4.CUADRO COMPARATIVO RUIDO
FOTODETECTOR
ACTUACION
Si PIN
Ganancia Óptica
0,06[V/nW]
Ruido
0,7[pW/Hz]
Ganancia Óptica
7,7[V/nW]
Ruido
10[fW/Hz]
Si APD
5. TIPOS DE FOTODETECTORES
Existen, en general, dos tipos de fotodetectores:

Fotoconductivos: Generan flujo de corriente en presencia de luz.

Fotovoltaicos: Generan un voltaje en presencia de luz.
En recepción óptica se usan principalmente del tipo fotoconductivos.
A continuación, se describirán aquellos fotodetectores comúnmente utilizados en receptores
ópticos: PIN, APD.
5.1. DIODO PIN
El desempeño del fotodetectores p-i-n, puede ser
considerablemente mejorado usando doble
heteroestructuras: la capa intermedia
(i) se ubica entre capas tipo-p y tipo-n de diferentes
semiconductores, cuyo bandgap se escoge de manera que
RECEPTORES OPTICOS
UNIVERSIDAD DE AQUINO BOLIVIA
la luz sea absorbida solamente en la capa i.
La sensibilidad de un fotodiodo aumenta y su tiempo de respuesta disminuye si se le añade
una capa sin impureza o intrínseca (I) entre las capas P y N. El resultado es un diodo PIN.
La luz penetra a la unión a través de la capa
delgada P, generando un flujo de electrones
proporcional a ella que incrementa la corriente
de fuga de manera significativa.
5.2. DIODO APD
Con APD se logra alta ganancia, pero con bajo ancho de banda y mucho ruido, esto se
mejora con SAM (separate absorption and multiplication regions) APD que logra bajar el
ruido, y con SAG (grading) M APD que aumenta el ancho de banda.
Es el más rápido y sensible, pero caro y su circuito complicado. Igual que el fotodiodo, el
APD se polariza en inversa.
Se aplica un voltaje en inversa de miles de V, justo antes del punto de operación o umbral
de avalancha. Cuando la luz incide en la unión, se produce la ruptura y fluye una corriente
grande, debido al efecto avalancha.
RECEPTORES OPTICOS
5.3.
UNIVERSIDAD DE AQUINO BOLIVIA
CUADRO COMPARATIVO
RECEPTOR
NIVEL DE
VELOCIDAD DE
LONGITUD DE
SENSIBILIDAD
TRANSMISIÓN
ONDA
PIN
-34 dBm
2 a 34 Mbps
1a y 2a ventana
APD
-56dBm
2 Mbps
2a y 3a ventana
-50 dBm
34 Mbps
6. DISEÑO DE RECEPTORES


El diseño del receptor dependerá del formato usado por el Tx, en especial si es en
un formato análogo o digital.
El dibujo anterior muestra los tres grupos que se diferencian dentro de un receptor
digital.
RECEPTORES OPTICOS
UNIVERSIDAD DE AQUINO BOLIVIA
6.1.FRONT END (Entrada)
 La señal óptica es acoplada hacia el fotodiodo,
la que es convertida en señal eléctrica.
 El preamplificador aumenta la señal eléctrica
para facilitar el proceso posterior.
 El diseño de esta etapa del receptor requiere
transar entre velocidad y sensibilidad.
6.2.CANAL DE LINEA
 Se compone de un amplificador de alta
ganancia y un filtro pasabajos.
 La ganancia del amplificador es controlada
para entregar un nivel promedio de la señal,
independiente de la potencia llegada.
 Ya que el ruido del receptor es proporcional a
su BW, se puede reducir usando un filtro de BW
menor que el bit rate.
 El propósito del filtro pasabajos es reducir el
ruido y evitar demasiada interferencia
intersimbólica (ISI).
RECEPTORES OPTICOS
UNIVERSIDAD DE AQUINO BOLIVIA
6.3.RECUPERACION DE DATOS
 Consiste de un circuito de decisión y un
circuito de recuperación de reloj.
 La recuperación de reloj, entrega información
sobre el tiempo del bit slot al circuito decisión
ayudando a su sincronización.
 El circuito de decisión compara la salida del
canal lineal a un umbral, en un tiempo, TB,
entregado por la recuperación de reloj.
 Con esto se decide si es un ‘1’ o un ‘0’.
Algunos ejemplos prácticos de sensibilidad de receptores.
7. Bibliografía



Comunicaciones por Fibra Óptica - Universidad Técnica Federico Santa María
Departamento de Electrónica – Capitulo 5
Detectores Opticos.pdf
Receptores Opticos.pdf
7.1. Páginas web




https://www.google.com.bo/search?q=pin+ganancia+optica&biw=786&bih=766&source=l
nms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwi85uPsx9bPAhVDmR4KHTO6BM8Q_AUIBigB
http://es.slideshare.net/sheiberballadaresabarca/transmisores-y-receptores
http://www.textoscientificos.com/redes/fibraoptica/emisores-receptores
http://www.toptica.com/products/laser_diodes.html?gclid=CPy7wKy4wc8CFUMIkQodqX
ABVA