Diseño y Simulación de Circuitos empleando HBTs, orientado a Fibra Óptica
- 1. Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica de Telecomunicación Proyecto Fin de Carrera Diseño y Simulación de Circuitos empleando HBTs, orientado a Fibra Óptica Especialidad: Equipos Electrónicos. Autor: Francisco Javier Muñoz Ledesma. Tutor: Javier García y García. Director: Francisco Javier del Pino Suárez.
- 2. Diseño y Simulación de circuitos empleando HBTs, orientado a Fibra Óptica Sumario Objetivo Fuentes de Luz Detectores de Luz Sistemas de Comunicación por Fibra Óptica Transistor Bipolar de Heterounión, HBT Circuitos Diseñados Conclusión
- 3. Objetivo • Conocimientos sobre fotoemisores, fotorreceptores y sistemas de comunicación. • Conocimiento de la topología de los HBTs. • Búsqueda de modelos de HBTs. • Diseño y Simulación de circuitos empleando HBTs. • Ensamblaje de los circuitos diseñados para crear transmisores y receptores.
- 4. Fuentes de Luz LED, diodo emisor de luz. Energía luminosa proporcional a la corriente de polarización. Emisión espontánea y reducida direccionalidad. Robustez y fácil implementación. Costes inferiores. Operan a decenas y centenas de MHz.
- 5. Fuentes de Luz LD, diodo láser. Ganancia óptica, emisión coherente, gran direccionalidad, más rapidez. Proteger contra temperatura, envejecimiento y transitorios. Mayores costes. Operan a centenas y millares de MHz.
- 6. Detectores de Luz PIN, detector. Tensión de ruptura. Corriente de oscuridad. Cada fotón incidente genera un par electrón-hueco. ↓ Responsividad.
- 7. Detectores de Luz APD, detector de avalancha. Efecto avalancha, tensión de ruptura, corriente de oscuridad. <M> pares electrón-hueco por fotón . Más rápidos, mayor rendimiento. ↑ Responsividad. BW limitado por el tiempo de tránsito de los portadores en la región de deplexión.
- 8. Sistemas de Comunicación por F ibra Óptica ↓ atenuación en fibra óptica ⇒ ↓ número de repetidores ⇒ ↓ coste en instalación. ↑ BW ⇒ ↑ capacidad de envío, ↑ fiabilidad y calidad. ↓ retardo que en transmisiones por satélite (según distancia a cubrir). Evitar curvaturas y sobretensiones. Diversas topologías de RED: estrella, árbol, anillo, híbrida.
- 9. Sistemas de Comunicación por F ibra Óptica • REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA - SNR, caso analógico o BER, caso digital. - Potencia óptica mínima incidente e intervalo dinámico. - BW y atenuaciones posibles. • REQUERIMIENTOS FÍSICOS Y DEL MEDIO AMBIENTE Fibra ⇒ Protección, dimensiones, conductores, NA, λ, pérdidas, conectores, MM o SM, etc. Tx ⇒ Señal de entrada, potencia emitida, régimen de datos, tiempo de subida, retardo, etc. Rx ⇒ Sensibilidad, BER o SNR, tiempo subida, señal de salida, régimen de datos, etc.
- 10. Sistemas de Comunicación por F ibra Óptica • NIVEL DE POTENCIA ÓPTICA REQUERIDA - Pérdidas intrínsecas, impurezas de la fibra. - Pérdidas de origen externo: absorción por impurezas, curbaturas de la fibra, atenuación por tendido, ambiente, etc. • ANÁLISIS DEL ANCHO DE BANDA - El BW = componente ↓ BW. • REVISIÓN DEL SISTEMA - Construcción del cable. - Protección al medio ambiente. - Características de la fibra. - Cálculo del margen de potencia. - Tiempo de subida.
- 11. Transistor Bipolar de H eterounión, H T B I c I e N e Dn We BJT β= = = ⋅ ⋅ I b I p Pb D p Wb I c N e Dn We ( ∆ EG ) HBT β = = ⋅ ⋅ ⋅ e K ⋅t I b Pb D p Wb - ↑ ∆EG ⇒ ↑β - ↑ transconductancias ⇒ retardos de propagación no ↑ con la carga capacitiva de los circuitos. - ↑ movilidad de e¯⇒ ↓ tiempo de tránsito ⇒ ↑ Fmáx. - Diferentes técnicas de fabricación.
- 12. Transistor Bipolar de H eterounión, H T B - SPICE no posee modelo para el HBT. - SPICE modela según EBERS-MOLL. Dando parámetros como: τF, nE, nF, Cje, βF, βR, Cjc, XCjc, IKF, VA, etc.
- 13. Circuitos Diseñados -Diagrama de bloques de un Multiplexor 2:1.
- 14. Circuitos Diseñados V(da1) W=20ps, T=40ps V(db1) W=10ps, T=40ps MULTIPLEXOR 2:1. V(sel) W=40ps, T=80ps V(ck) W=3ps, T=6ps
- 15. Circuitos Diseñados - Simulación y parámetros obtenidos con el INT_OCT95. Vol -27mV Voh -1,2V Vu -0,6V Tlh 3,6ps Thl 5ps Tpm 12,7ps Pot. 1,96W
- 16. Circuitos Diseñados -Diagrama de bloques de un Registro tipo D.
- 17. Circuitos Diseñados V(d) W=25ps, T=50ps FLIP-FLOP tipo D. V(ck) W=7ps, T=14ps
- 18. Circuitos Diseñados - Simulación y parámetros obtenidos con el INT_OCT95. Vol -22mV Voh -1,4V Vu -0,77V Tlh 6,4ps Thl 9,8ps Tpm 20,9ps Pot. 1,29W
- 19. Circuitos Diseñados -Diagrama de bloques de un TRANSMISOR.
- 20. Circuitos Diseñados V(da1) W=25ps, T=100ps V(sel1) W=70ps, T=140ps V(da2) W=25ps, T=50ps TRANSMISOR. V(db1) W=50ps, T=100ps V(sel2) W=100ps, T=200ps V(ck) W=4ps, T=8ps V(db2) W=30ps, T=60ps
- 21. Circuitos Diseñados - Simulación y parámetros medidos sobre los puntos de salida V(dat_out) y V(ndat_out), empleando el INT_OCT95. Vol -12mV Voh -1,0V Vu -0,28V Tlh 2,2ps Thl 3,3ps Tpm 21,5ps Pot. 9,74W
- 22. Circuitos Diseñados -Diagrama de bloques de un RECEPTOR.
- 23. Circuitos Diseñados In W=25ps, T=50ps V(sel0) W=40ps, T=80ps RECEPTOR. V(ck) W=9ps, T=18ps V(sel1) W=60ps, T=120ps
- 24. Circuitos Diseñados - Simulación y parámetros medidos, empleando el INT_OCT95. Vol -80mV Voh -3,4V Vu -1,5V Tlh 4,6ps Thl 10,3ps Tpm 16,3ps Pot. 14,4W
- 25. Conclusión » TRANSMISOR. - Datos a 20 GHz, select. de 7,1 GHz. » Uso de LD en 2ª o 3ª ventana. » Empleo de fibras SM. » RECEPTOR. - Datos a 20 GHz, select. de 12,5 GHz. » HBT condicionado a la potencia consumida.