Este documento describe el diseño y simulación de circuitos electrónicos utilizando transistores bipolares de heterounión (HBT) para aplicaciones de comunicaciones por fibra óptica. Incluye secciones sobre fuentes de luz, detectores de luz, sistemas de comunicación por fibra óptica y los transistores HBT. También presenta el diseño y simulación de circuitos como un multiplexor 2:1, un registro tipo D, un transmisor y un receptor.
Presentación del Trabajo Fin de Grado de Guillermo Ojeda, titulado Diseño de un Amplificador Integrado en configuración Doherty en tecnología GaN. Defendido el mes de julio de 2017 con mención en matrícula de honor.
Presentación del Trabajo Fin de Grado de Guillermo Ojeda, titulado Diseño de un Cabezal de Recepción para el estándar IEEE 802.15.4 en tecnología CMOS de 65 nm. Defendido el mes de julio de 2017 con mención en matrícula de honor.
Implementación de una red de sensores inalámbrica para la monitorización de e...
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.
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
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.