Orientador: Rui Fragassi Souza

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica

Resumo: Este trabalho apresenta o projeto e detalhes da implementação de pré-amplificadores de transimpedância utilizáveis na recepção de sinais ópticos que transportam informação a uma taxa de até 1 Gbit/s. Os pré-amplificadores possuem dois estágios de amplificação utilizando transistores MESFET...

Resumo: Este trabalho apresenta o projeto e detalhes da implementação de pré-amplificadores de transimpedância utilizáveis na recepção de sinais ópticos que transportam informação a uma taxa de até 1 Gbit/s. Os pré-amplificadores possuem dois estágios de amplificação utilizando transistores MESFET de arseneto de gálio alimentados por um fotodiodo PIN. Foram projetados três pré-amplificadores. No primeiro utilizou-se acoplamento a.c. entre os dois estágios de amplificação e, no segundo, o acoplamento foi d.c. levando-se em consideração a faixa dinâmica de operação dos circuitos, apresentando-se um método de projeto adequado para esta aplicação. No estudo a.c. dos circuitos fez-se uso dos parâmetros Y, obtendo-se expressões que permitem a análise completa dos circuitos. No estudo da estabilidade dos circuitos utilizou-se o parâmetro K, conjuntamente com os circuitos de estabilidade na Carta de Smith. Verificou-se, em particular, a grande influência da capacitância parasita do resistor de realimentação na estabilidade de cada um dos estágios de amplificação. Foi calculada a sensitividade destes receptores utilizando estudos recentes que incluem o ruído 1/f dos transistores. Para 1 Gbit/s foi calculada uma sensitividade de ¿ 31,3 dBm. O terceiro pré-amplificador foi projetado utilizando uma forma de polarização do primeiro estágio amplificador que permite melhorar, simultaneamente, a faixa dinâmica e a sensitividade.Os três circuitos acima foram construídos e testados obtendo-se resultados experimentais muito próximos dos esperados teoricamente. Um método não-convencional foi utilizado para a determinação do ganho de transimpedância, fazendo uso de técnicas de microondas

Abstract: This work shows the design and implementation of transimpedance pre-amplifiers for optical receivers working up to 1 Gbit/s. They are GaAs MESFET two-stage amplifiers fed by a PIN photodiode. Three pre-amplifiers were designed. In the first circuit an a.c. coupling between amplifying...

Abstract: This work shows the design and implementation of transimpedance pre-amplifiers for optical receivers working up to 1 Gbit/s. They are GaAs MESFET two-stage amplifiers fed by a PIN photodiode. Three pre-amplifiers were designed. In the first circuit an a.c. coupling between amplifying stages was used while, in the second, a d.c. coupling was used. For both circuits a d.c. study was carried out taking into account the operating dynamic range. The a.c. analysis used Y parameters and some expressions are shown that allows the determination of the behavior of the circuits The K parameter and the stability circles in the Smith Chart were used in the stability analysis. In particular, the large influence of the stray capacitance of the feedback resistor in the overall circuit stability was investigated The receiver sensitivity computed included the effect of the 1/f transistor noise. A value of -31.3 dBm for the sensitivity was obtained for 1 Gbit/s transmission. The third pre-amplifier was designed uSlng a d c bias arrangement that allows a simultaneous upgrading range and sensitivity of the circuit. of the dynamic. All three circuits were implementeded and tested. The experimental values obtained were expected in close agreement with the expected theoretical prediction. A non-conventional method was used to find the transimpedance gain, using microwave techniques