跨阻前置放大器的噪声和灵敏度

在前置放大器的设计中必须考虑噪声的影响，信号的幅值必须大于噪声以得到较低的误码率。下面我们介绍基本 的电子噪声，接着比较普通共源前置放大器和共源跨阻前置放大器的噪声特性，最后推导灵敏度表达式。 对于图1（a）的共源前置放杏电路，输入端的等效输入电容CT可表示为

　　式中，CD为探测器电容，CGS为栅电容，GS为探测器和晶体管线间电容。对于图1（a）的共源前置放大电路， 主要的噪声源为电阻RL热噪声及晶体管沟道电阻热噪声。

　　电阻RL噪声电流谱密度可表示为

　　
图1 前置放大器噪声分析

　　晶体管沟道电阻输入电压噪声谱可表示为

　　式中，ΓF为系数，对于硅场效应管，在饱和区其值为2/3，等效输入电流噪声谱为

　　总的输入噪声电流谱为

　　由于gmRL》1,总的输入噪声电流谱可近似为从上式可以看出，负载电阻越大，输入电容越小，越有利于减小噪声。由于OEIC消除了因封装引线带来的寄生电 容，因此OEIC减小噪声，提高了灵敏度。对于图1（b）共源跨阻放大电路，总的等效输入噪声电流谱可表示为

　　从上式可以看出，负载电阻越大，输入电容越小，越有利于减小噪声。由于OEIC消除了因封装引线带来的寄生电 容，因此OEIC减小噪声，提高了灵敏度。对于图1（b）共源跨阻放大电路，总的等效输入噪声电流谱可表示为

　　式中，бI2ia（f）为放大器输入噪声谱。由于跨阻放大器的输入电阻较小，在同样的带宽下，反馈电阻值可以较 大，因此减小了噪声电流。这也是跨阻放大器的主要优点之一。

　　光通信中通常采用二进制编码，io表示逻辑0，i1表示逻辑1。假设放大器的带宽为B/2，考虑到探测器漏电流iL 引起的散粒噪声，对式（5-19）积分得到噪声电流：

　　考虑到探测器漏电流iL引起的散粒噪声，对式（5-19）积分得到噪声电流：

　　假设探测器光生电流值的期望分别io和il的高斯分布，如图2所示。

　　
图2  光接收器数据判决

　　则逻辑0的概率密度po(i)和逻辑1的概率密度p1(i)分别为

　　上式近似表达式对于q≥2时有合理的精度，误差小于1％。误码率随Q值的变化关系如图3所示。

　　
图3 误码率BER随g值的变化

　　由于光生电流可表示成：

　　实际中，激光二极管通常被偏置在高于阈值以确保较快的工作速率，消光比（I/r）不可能为无穷大，因此需要的入射光功率要大于r＝0时的最小入射光功率以保证较低的误码率。