p-i-n-ФОТОДИОДЫ




 Шумы фотодиодов


А. Шумы в отсутствие лавинного усиления

В данном случае фототок пропорционален вызывающей его световой мощности. Такое соотношение выполняется в среднем, поскольку, как показывает более детальный анализ, фототок есть случайная величина, которая, как и всякая другая случай­ная величина, характеризуется различными моментами распре­деления вероятностей: средним значением, среднеквадратич­ным и т. д. Это и понятно, так как ток на выходе фотодиода равен сумме отдельных токов, соответствующих движению но­сителей заряда, возникающих в разные моменты времени.

Этот шум, который будет добавляться к шумам цепей уси­ления и обработки информации, искажает сигнал и так же, как потери в оптических волокнах, ограничивает дальность опти­ческой связи.

Обозначим через p(t) мощность светового импульса, падаю­щего на фотодиод, через {tn}--последовательность моментов времени, в которые рождается пара электрон — дырка, а через u(t) — импульс напряжения на нагрузочном резисторе фото­диода, создаваемый парой носителей в момент t = 0). Полное напряжение на нагрузочном резисторе будет равно

где N — полное число пар носителей заряда, генерируемых све­товым импульсом. Как показано, процесс генерации носителей, с которым связаны случайные перемен­ные {tn} и N, описывается распределением Пуассона с парамет­ром l(t), зависящим от времени. Таким образом, вероятность того, что в промежутке времени (t, t+ T) возникнет п пар но­сителей заряда, равна

В таком случае среднее напряжение на выходе равно:

Добавленное здесь слагаемое s2t учитывает шумы, главным образом тепловые, которые вносят электронные схемы, вклю­ченные на выходе фотодиода.

Положив p(t) = const = р0, можно написать выражение для отношения сигнала к шуму:

Допустим также, что u(t)—импульсный отклик идеального фильтра низких частот с полосой пропускания Df; тогда окон­чательно получим

Следовательно, существует такое значение световой мощ­ности р0, при котором шум равен сигналу, т. е. S/B = 1 (или О дБ). Такая мощность называется эквивалентной мощностью шума. Чем меньше эквивалентная мощность шума, тем меньше оптическая мощность на входе приемника, необходимая для обеспечения заданного отношения сигнала к шуму. Обычно теп­ловой шум пропорционален полосе пропускания Df, и поэтому эквивалентная мощность шума измеряется в единицах Вт*Гц-1/2 .




Содержание  Назад  Вперед