通信工程师设备环境接收单元结构和光探测器分析

　　3.3.1接收单元结构和光探测器分析
光探测器和前置放大器组成光接收机的前端，选择合适的光探测器、设计和选择不同类型的前置放大电路在光接收机中是至关重要的，光接收机的参数主要由前端决定。
在选择探测器时，我们比较关心是满足系统要求的高的灵敏度、最小系统附加噪声、快的响应度以及足够的带宽，并且，探测器应当有低的温度敏感、合适的物理尺寸、合理的价格和较长的使用寿命。目前常用光探测材料有Si、Ge、InGaAs、InGaAsP。Si光电二极管具有很高的灵敏度，波长实用范围小于1.09um，而对于1.1—1.6um的就考虑半导体材料，Ge的波长实用范围在0.5—1.6um，但是Ge光电二极管的暗电流较大；而三重合金的如在InP作为衬底在其上沉积In0.53Ga0.47As晶格可以响应的波长高达1.7um，且广泛的用于工作波长为1.3um和1.55um的光电二极管。因此，如果无线光接入系统采用短的工作波长，就可以采用Si或者Ge材料的光电二极管，如果采用1550nm的工作波长，一般选用InP上沉积InGaAs的材料。
而较常用的探测器种类是PIN和APD光电二极管。PIN光电二极管比PN结器件具有较宽的损耗区，其电容较低且RC系数较小，用PIN光电二极管可以获得超过100GHz的高带宽。APD光电二极管由于存在一个雪崩增益过程，使得输出的电流的平均值比未增值的电流放大了M倍，其响应度也放大了M倍。但是，雪崩碰撞的随机过程增加了器件的噪声，并花费更多的时间，从而导致带宽减小。图3.4给出一个光电二极管的等价电路图。

这个等效电路对于分析光电二极管的重要参数以及后续前置放大电路设计和选取十分重要。总体来看，它功能类似一个带宽为1/(2πR1Cd)低通滤波器，R1是负载阻抗，Cd是固有电容（约为1pF）。Rs是二极管的连续阻抗，通常Rs<R1。要增加带宽，就应该使R1和Cd最小。R1有不可能无限制的小，因为太小将会降低输出电平，并增加热噪声的功率，减小节电容Cd可以通过减小结面积及增大势垒厚度来实现。而增大势垒厚度就会增加渡越时间，减小响应时间。
通常量子效率、响应度、暗电流、响应速度、结电容，是我们选择的光电二极管的重要参数。无线光接入系统中PIN和APD都可以采用，采APD成本较高，通常在高速率、大容量的系统中采用。

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