光接收机噪声 光接收机的指标——灵敏度和动态范围(2)

(2)光接收机的电路噪声

在强度调制系统的光接收机中，把光信号变为电信号之后，还要经过一系列电的放大等电路系统，在这些电路中，电阻将引入热噪声；晶体管亦将引入噪声，尤其是前置放大器晶体管引入的噪声影响更为严重．在一个多级放大器中，每一级放大器都可能引入附加的噪声，而且在每一级放大器里，噪声和信号都将同样地被放大．在这种情况下多级放大器的第一级就显得至关重要，只要第一级放大器的增益足够高，后面各级放大器对噪声的影响就比较小．所以我们更关心的是前置放大器的噪声．

3．计算光接收机噪声的说明

如前所述，限制光接收机灵敏度的因素是噪声．如果要对光接收机灵敏度进行定量计算，那么，首先应对光接收机的上述噪声进行定量计算，但是这种计算过程将是十分繁杂的，这个计算过程和结果都已超出了本书的要求，这里不再详述。

4．计算光接收机灵敏度的说明

光接收机的灵敏度是可以根据公式进行定量计算的，这个计算公式是根据光接收机灵敏度的定义推导出来的光接收机噪声的计算公式，并认为上述噪声在近似里高斯分布的条件下，参照美国学者S．D．Personick提出的计算办法，经过十分复杂的推导，最后得到：PIN光接收机灵敏度的计算公式以及在最佳倍增时雪崩光电二级管光接收机灵敏度计算公式，推导过程和最后结果这里不再列出。

目前，实用的光纤通信系统，在绝大多数情况下传输数字信号，少数情况传输模拟信号，故本节将介绍数字光纤通信接收机。

1．数字光纤通信接收机的组成方框图

这一段里，将介绍当前广泛采用的强度调制一直接检波数字光纤通信系统中的接收光端机（简称光接收机），其方框图如图3-43所示．该方框图中只示意地画出光接收机的主要分，辅助部分没有画出．

2．方框图中各部分的功能

(l)光电检测器

如前所述，光电检测器的作用是利用光一电检波管，将由发送光端机经光纤传过来的光信号转变为电信号．目前广泛使用的光-电检波管是半导体光-电二极管，它们是PIN管和雪崩光电二极管，后者又称APD管．这两种检波管的工作原理和特性已在前面讨论过．

(2)前置放大器

由于这个放大器与光电检测器紧相连，故称前置放大器。

在一般的光纤通信系统中，经光电检测器输出的光电流是十分微弱的，为了保证通信质量，显然，必须将这种微弱的电信号通过多级放大器进行放大，

放大器在放大的过程中，放大器本身的电阻会引入热噪声；放大器中的晶体管要引入散粒噪声，不仅如此，在一个多级放大器中，后一级放大器将会把前一级放大器送出的信号和噪声同样放大，亦即前一级引入的噪声也被放大了．

将上述这两点论述合起来即为：信号本来就微弱，又引入了噪声，而且噪声还被同样放大．因此，对多级放大器的前级就有特别的要求，它应是低噪声、高增益的，这样才能得到较大的信噪比。

目前光接收机前置放大器有多种类型，如双极型晶体管前置放大器、场效应晶体管互阻抗前置放大器，PIN-FET( PIN管与场效应管)前置放大器组件等．它们如图3-44，3-45，3-46所示．

(a)PIN - FET组件

(b)组件外形

(3)主放大器

主放大器的作用有两个方面：

①将前置放大器输出的信号放大到判决电路所需要的信号电平．

②它还是一个增益可调节的放大器．当光电检测器输出的信号出现起伏时，通过光接收机的自动增益控制电路对主放大器的增益进行调整，以使主放大器的输出信号幅度在一定范围不受输入信号的影响，一般主放大器的峰一峰值输出是几伏数量级．

图3-47所示为一个由运算放大器、负反馈放大器、温度补偿电路以及射极输出器构成的主放大器电路，图(a)为它的方框图，图(b)为它的电路图．

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