浅谈光接收机的光学灵敏度估算

光接收器的特征是将光转换为电信号的仪器。知道光由于其分散性而不那么容易处理，因此设计光接收器并不是一件容易的事。为了获得良好的设计，至关重要的是必须清楚地了解将影响接收机灵敏度的不同参数。

本应用笔记全部涉及光接收器灵敏度，其中包括由于幅度和时序上的随机噪声和符号间干扰（ISI）的积累而可能对功率输出产生的影响。该分析基于正常的接收器灵敏度，假设理想输入信号的干扰可忽略不计，例如ISI，上升/下降时间，抖动和发射器相对强度噪声（RIN）。

存在ISI时的Q因子

典型的光接收器由一个光光电检测器，一个跨阻放大器，一个限幅放大器和一个时钟数据恢复模块组成。简化的光接收器模型如图1所示。

接收到的光信号首先被转换为光电流，并由跨阻放大器（TIA）放大。限幅放大器充当“决策”电路，在该电路中，将采样电压v（t）与决策阈值Vth进行比较。在此数据决策点，信号由于随机噪声和ISI的积累而显着降低，导致由于眼图闭合而做出错误的决策。

在实际的接收器实现中，由于接收器带宽限制，基线漂移或有源组件的非线性而存在ISI。如果我们在数据决策之前监视信号眼图，我们会发现，除了随机噪声之外，信号还存在一定量的由ISI引起的有界振幅波动，这表现出很强的模式依赖性。

要估计ISI对光学灵敏度的影响，一种简单的解决方案是考虑最坏情况下的放大噪声分布。通过将高斯分布的平均值从V1和V0移至下幅度边界（V1-V（ISI））和（V0 + V（ISI）），可以单独完成此操作。假定V（ISI）是由ISI引起的垂直眼图闭合（图2）。在这种情况下，可以通过根据最坏情况的噪声分布计算BER来获得信号Q因子。

光学灵敏度估算

为获得最佳光学灵敏度，在决定数据之前最大化信号Q系数很重要。以下部分说明了在考虑整体接收器随机噪声，ISI和CDR抖动容限的情况下，如何通过实际的设备实现方式准确估算接收器的光灵敏度。给出了使用MAXIM器件的10Gbps接收器和2.5Gbps接收器的示例。

符号间干扰代价

在光接收机中，ISI可能来自以下来源之一：高频带宽限制；交流耦合或直流偏移消除环路引起的低频截止不足；带内增益平坦度；TIA互连和限幅放大器之间的多次反射。根据接收到的数据的性质，ISI失真可能会有所不同。ISI导致幅度和时序均闭眼。

如果我们将垂直闭眼时的ISI定义为：

ISI损失定义为与ISI = 0时的理想情况相比，存在ISI时光学灵敏度的差异。计算结果如图3所示。对于10％ISI失真，光功率损失为0.46dB。

结论

确定幅度和时序的误差源，包括对这些误差的分辨率，是在寻求更好的光接收器灵敏度时要考虑的主要内容。在本文档中，讨论了影响光接收器性能的因素以及良好设计所需考虑的参数。