Файл: Казаков В. И. должность, уч степень, звание подпись, дата инициалы, фамилия контрольная работа по дисциплине (Микропроцессоры, устройства и программирование).docx

Скачать файл (0,17Мб)

Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 23.11.2023

Просмотров: 13

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ»

ИНСТИТУТ НЕПРЕРЫВНОГО И ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ

КАФЕДРА (22)

ОЦЕНКА

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ

канд. техн. наук, доцент				Казаков В. И.
должность, уч. степень, звание		подпись, дата		инициалы, фамилия

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине: (Микропроцессоры, устройства и программирование)

РАБОТУ ВЫПОЛНИЛ

СТУДЕНТ ГР. №
	номер группы	подпись, дата	инициалы, фамилия
Студенческий билет №

Шифр ИНДО

Санкт-Петербург 2023

Описание задания

Необходимо согласно выбранному варианту:

1. Рассчитать пороговую чувствительность ФПУ на 2-ух типах усилителей и 2-ух скоростей передачи по предложенной второй методике.

2. Установить наиболее предпочтительный тип

усилителя для каждой из скоростей передачи

3. Провести расчеты пороговой чувствительности ФПУ для одной из скоростей передачи и выбранного типа усилителя по первой методике

1. Рассчитать пороговую чувствительность ФПУ на 2-ух типах усилителей и 2-ух скоростей передачи по предложенной второй методике.

Рассчитаем чувствительность цифрового ФПУ с высокоимпедансным усилителем на биполярном и полевом транзисторах.

Исходные данные. Скорость цифрового сигнала V=125 Мбит/с; длина оптической волны =1.31мкм; вероятность ошибки – 10^-6 (отношение сигнал/шум (по току)  8.9); полоса пропускания фильтра численно равна 0.8V, т.е. 80 МГц; p-i-n фотодиод я выбрал ФГ-115 (чувствительность S = 0,7А/Вт, темновой ток I_Т = 4мка = 4*10^-6 А).

Биполярный транзистор. Его параметры: коллекторный ток I_к=0.5 мА; коэффициент передачи тока эмиттера  = 100; суммарная входная емкость С = 5 пФ; входное сопротивление транзистора определяется следующим соотношением R_вх = (kT)/(eI_к)  5 кОм. Поскольку усилитель высокоимпедансный R_вхR_н, то в соотношении R = R_вх.

I_ус² = 2eI_к/ = 1.610^-24 А²/Гц

Подставляя указанные параметры в соотношение:

находим, что Р_пор = 6,510^-9Вт, т.е. чувствительность ФПУ составляет
–50.3 дБм. Для скорости передачи V=9 Мбит/с этот параметр составляет
–40 дБм.

Полевой транзистор. Его параметры: материал – кремний; ток затвора I_з = 10^-9 А; крутизна характеристики 10 мА/В; Г = 0.7; суммарная входная емкость С = 10 пФ; так как входное сопротивление полевого транзистора много больше R

_н, то R = R_н = 100 кОм .

I_ус² = 2eI_з = 210^-28 А²/Гц

Аналогичный расчет показывает,

что Р_пор = 6.510^-9 Вт, т.е. чувствительность ФПУ составляет –51.9 дБм. Для скорости передачи V=7 Мбит/с этот параметр составляет –46 дБм.

2. Установить наиболее предпочтительный тип усилителя для каждой из скоростей передачи

Таким образом на низких частотах (при низких скоростях передачи) меньшими шумами обладает полевой транзистор, на высоких частотах – биполярный.

3. Провести расчеты пороговой чувствительности ФПУ для одной из скоростей передачи и выбранного типа усилителя по первой методике

Дано:

Рассчитать пороговую чувствительность ФПУ по следующим параметрам:

Скорость передачи V = 125 Мбит/с

Вероятность ошибки: BER = 10^-6

Длина волны: λ = 1,31 мкм

Код: 3B4B (m=3, n=4).

Решение:

Выбор фотодиода.

Рабочая длина волны λ = 1,15 мкм. Так как скорость передачи информации V = 125 Мбит/с, и количество сигналов, используемых для передачи, m=3, n=4, скорость передачи в линии отличается от исходной скорости передачи V₀, если применяются коды класса mВnВ. Тогда

167Мбит/с

то период следования сигналов будет составлять:

Поэтому для ФПУ рационально использовать германиевый p-i-n фотодиод. Германиевые фотодиоды имеют квантовую эффективность - 50 ... 60 %, диапазон длин волн - 0,6 ... 1,65 мкм, площадь светочувствительного окна - 10^-5 см², темновой ток - 10^-6 ... 10^-7 А, емкость - менее 1 пФ, быстродействие - τ = 0,1 нс.

Я выбрал p-i-n фотодиод ФГ-115.

Характеристики диода:

- Длина волны в максимуме чувствительности 1,5 - 1,55 мкм;

- Рабочее напряжение 10 В;

- Темновой ток при 20⁰С ≤ 4мкА;

- Токовая монохроматическая чувствительность S = 0,7 А/Вт;

- Рабочая температура -45 ÷ +55 ⁰С.

2. Выбор величины сопротивления нагрузки Rн.

Я решил взять R_н= 1 МОм

На основании данного выбора рассчитаем быстродействие и ширину полосы пропускания:

Германиевые фотодиоды имеют емкость - менее 1пФ, следовательно C_фд=1*10^-12ф

τ =2,19*1*10⁶*1*10^-12=2,2мкс

3. Выбор предварительного усилителя.

Предварительный усилитель должен обладать как можно меньшим уровнем собственных шумов, т. к. первый каскад усиления вносит основную часть шумов в систему.

Предварительный усилитель может быть реализован на полевом или биполярном транзисторе. Параметры предварительного усилителя должны задаваться быстродействием системы и уровнем шумов усилителя.

Я выбрал биполярный транзистор, т.к. его уровень шумов на высоких скоростях передачи меньше, чем у полевого транзистора.

Параметры кремниевого БПТ:

I_к= 0,5 мА = 0,5*10^-3А;

Коэффициент передачи тока эмиттера β = 100;

Суммарная входная емкость С = 5 пФ = 5*10^-12Ф;

Рассчитаем входное сопротивление транзистора:

е = 1,6*10^-19 кулона

k = 1.38*10^-23Дж/К

Сопротивление входа много меньше сопротивления нагрузки, так как усилитель высокоимпедансный.

4. Расчет пороговой чуствительности цифрового высокоимпедансного предусилительного каскада.

Из графика 1 зависимости вероятности ошибки от отношения сигнал шум по току видно, что требуемая вероятность ошибки 10^-6 достигается при