跨阻前置放大器的噪聲和靈敏度

在前置放大器的設(shè)計中必須考慮噪聲的影響，信號的幅值必須大于噪聲以得到較低的誤碼率。下面我們介紹基本 的電子噪聲，接著比較普通共源前置放大器和共源跨阻前置放大器的噪聲特性，最后推導(dǎo)靈敏度表達(dá)式。 對于圖1（a）的共源前置放杏電路，輸入端的等效輸入電容CT可表示為

　　式中，CD為探測器電容，CGS為柵電容，GS為探測器和晶體管線間電容。對于圖1（a）的共源前置放大電路， 主要的噪聲源為電阻RL熱噪聲及晶體管溝道電阻熱噪聲。

　　電阻RL噪聲電流譜密度可表示為

　　
圖1 前置放大器噪聲分析

　　晶體管溝道電阻輸入電壓噪聲譜可表示為

　　式中，ΓF為系數(shù)，對于硅場效應(yīng)管，在飽和區(qū)其值為2/3，等效輸入電流噪聲譜為

　　總的輸入噪聲電流譜為

　　由于gmRL》1,總的輸入噪聲電流譜可近似為從上式可以看出，負(fù)載電阻越大，輸入電容越小，越有利于減小噪聲。由于OEIC消除了因封裝引線帶來的寄生電 容，因此OEIC減小噪聲，提高了靈敏度。對于圖1（b）共源跨阻放大電路，總的等效輸入噪聲電流譜可表示為

　　從上式可以看出，負(fù)載電阻越大，輸入電容越小，越有利于減小噪聲。由于OEIC消除了因封裝引線帶來的寄生電 容，因此OEIC減小噪聲，提高了靈敏度。對于圖1（b）共源跨阻放大電路，總的等效輸入噪聲電流譜可表示為

　　式中，бI2ia（f）為放大器輸入噪聲譜。由于跨阻放大器的輸入電阻較小，在同樣的帶寬下，反饋電阻值可以較 大，因此減小了噪聲電流。這也是跨阻放大器的主要優(yōu)點之一。

　　光通信中通常采用二進(jìn)制編碼，io表示邏輯0，i1表示邏輯1。假設(shè)放大器的帶寬為B/2，考慮到探測器漏電流iL 引起的散粒噪聲，對式（5-19）積分得到噪聲電流：

　　考慮到探測器漏電流iL引起的散粒噪聲，對式（5-19）積分得到噪聲電流：

　　假設(shè)探測器光生電流值的期望分別io和il的高斯分布，如圖2所示。

　　
圖2  光接收器數(shù)據(jù)判決

　　則邏輯0的概率密度po(i)和邏輯1的概率密度p1(i)分別為

　　上式近似表達(dá)式對于q≥2時有合理的精度，誤差小于1％。誤碼率隨Q值的變化關(guān)系如圖3所示。

　　
圖3 誤碼率BER隨g值的變化

　　由于光生電流可表示成：

　　實際中，激光二極管通常被偏置在高于閾值以確保較快的工作速率，消光比（I/r）不可能為無窮大，因此需要的入射光功率要大于r＝0時的最小入射光功率以保證較低的誤碼率。