YD T 702-1993 PIN FET 光接收组件测试方法.pdf

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1、中华人民共和国通信行业标准YD!T 702 93 PIN/FET光接收组件测试方法本标准参照国际电工委员会制订的标准IEC-747-5中的同类器件的有关规定。1 主锺内容与适用范围本标准规定了PIN/FET光接收组件的光电参数的测试项目及测试方法。本标准适用于PIN/FET光接收组件光电参数的测试.2 术语和符号2. 1 术语2. 1. 1 响应波长光电二极管对入射光波能引起响应的光波波长。2.1.2 暗电流光电二极管在给定反偏下无光照射时的电流。2.1.3 结电容光电二极管无光照射时，在给定的反向偏压下，器件两极之间的电容。2. 1.4 上升时间，下降时间上升时间为光电二极管对光脉冲响应前沿

2、从幅度的10%上升至90%所需要的时间。下降时间为光电二极管对光脉冲响应后沿从幅度的90%下降至10%所需要的时间。2. 1. 5 响应度光电二极管在给定波长的光照下，输出电流与入射到光电二极管光敏面上的平均光功率之比。2.1.6 调制速率在光纤通信系统中是指传输的码速率。2.1.7 光接收组件带宽光接收组件幅频特性曲线下降3dB所对应的频率宽度。2.1.8 光接收组件灵敏度在相应的调制速率下，满足规定的误码率要求时光接收组件所需要的最小平均光功率。2.1.9 光接收组件动态范围光接收组件输出不失真时的最大输入平均光功率与灵敏度的差值。2.1.10 额定反向击穿电压给无光照射的光电二极管施加反

3、向偏压并逐步增大，当通过光电二极管的电流等于测试条件所规定的值时，所加的反向偏压值定义为光电工极管额定反向击穿电压。2. 1. 11 偏置电压光电二极管所加的反向电压。2. 1. 12 前置放大器的跨阻抗光接收组件中前置放大器的跨阻抗为该放大器输出电压变量与相应的输入电流变量之比值。2. 1. 13 均方根噪声电压中华人民共和国邮电部1994-03-26批准1994-09-01实施527 YD/T 702 93 光接收组件无信号输入时，输出端的噪声电压均方根值。2.2 符号参数名称符号使用单位响应波长A n1 晴电流1, nA 结电容C, pF 上升时间，下降时间lr ,tf ns 响应度R

4、A/W.IAIW 调制j速率M Mbit/s 光接收组件带宽f. MHz 灵敏度S dBm 动态范围D dB 额定反向击穿电压VBR V 偏置电压V. V 前置放大器跨阻抗R. 。.kO均方根噪声电压VN，皿V 3 测试内容3.1 PIN/FET光接收组件是PIN光电二极管和由场效应晶体管(FET)、微波三极管组成前置放大器的组合，其中表征PIN光电二极管特性的下列参数已由PIN光电二极管的测试提供，其测试方法见附录A(参考件。响应波长，暗电流;结电容g响应度s额定反向击穿电压$上升时间，下降时间。3- 2 PIN/FET光接收组件表征PIN!FET光接收组件特性的参数为2频带带宽3灵敏度，响

5、应波长，动态范围。3.2.1 光接收组件带宽测试3- 2. 1- 1 测试原理图原理图说明sLD一一可调制的光摞s桐合一一两根光纤的精确对准，以便光信号低损耗地传递。328 YD!T 702-93 ( 植测LD光鄙辅音PIN/FET组件H帽仪记录仪图1光接收组件带宽f.测试原理图3.2.2 测试方法按照测试原理图1和3.2.1.3的测试条件接入被测组件，启动测试系统，由所得出幅频特性曲线读出3dB带宽。3. 2.3 测试条件环境或被测组件的管壳温度;被测组件的工作条件$扫频仪的频率范围及其精度gLD光源的输出光功率值和输出光功率的稳定度。3.2.2 光接收组件灵敏度的测试3. 2.2. 测试原

6、理对于光接收组件，在规定的调制速率和误码率要求的条件下，其灵敏度的计算方法是通过测得其他相关参量之后进行计算得到。在满足对NRZ随机码的误码率为10-9时，其灵敏度的计算公式为计算公式来源见附录白:s = 1 Olg 6 V N(，)! (R R,) . . . ( 1 ) 上式表明，要得到光接收纽件的灵敏度S.需测得噪声电压均方根值VN(rm5)、响应度R与跨阻抗R，的乘积。3.2.2.2 均方根噪声电压的测试a. 测试原理图方法-，在被测组件噪声电压较小的情况下。被酬宽带植大器PIN/FET组件脏大K倍)图2小噪声电压测试原理图岛I帽毫伏茬K VII I; t:Jin-一探测器的入射光功率

7、变量Mm时相应的光电流变量，当入射光功率为零时，即Pj=O测得放大器输出电压Vj0入射光功率为儿时，测得放大器输出电压V，o因而=V. - v. R-Rz=?7b. 测试原理图LD蛊醺Q LINtL! 电压茬先功率计图4响应度R与跨阻抗R，乘积测试图 测试方法被测组f牛按规定条件工作，无输入光功率时测得组件放大器输出电压VJl调正LD光功率输出在适当值，输入被测组件，测得组件输出电压V2; 以规定的方法测得光接收组件的输入光功率Pz;530 ( 2 ) YD/T 702-93 所得参数按上述公式计算得出R R，的乘积。d. 测试条件环境或被测组件管壳温度;被测组件的工作条件;LD光源的输出光功

8、率及其功率稳定度;光功率计电压表的测量精度;入射光功率的测试方法一一替代法或剪断法。3- 2. 2. 4 测得上述参数代入S的计算公式，算出光接收组件的灵敏度。3.2.3 光接收组件动态范围的测试3. 2. 3. 1 方法一a. 测试原理图f 。植测可调制可曼先章踵黠PIN/FET组件LD光洒正弦在自意?中信号.图5光接收组件动态范围测试方法一原理图b. 测试方法被测组件按规定条件工作。示撞器LD光源被正弦或脉冲电信号调制后的标定功率P经可变光衰减器送入被测组件，由示波器观察被测组f牛的输出电信号波形。可变光衰减器的衰减量由最大逐步变小，直至示泼器所观察的电信号波形临近失真，读出衰减器此时的衰

9、减量。以调制光源输出的标定光功率，扣除衰减器的衰减量再扣除被测组件的灵敏度即为被测组件的动态范围， 测试条件环境或被测组件管壳温度;被测组件的工作条件;正弦或脉冲电信号源的频率范围;经调制后光信号的失真度及光源稳定度光功率定标精度;可变光衰减器的精度;示波器的响应速度。3.2. 3- 2 方法二a. 原理图YD/T 702-93 可调制r、C 楠ft披测LD韭源PIN/FET组件正错或It冲先确事计信号摞图6光接收组件动态范围测试方法二原理图b. 测试方法被测组件按规定条件工作;LD光源经正弦或脉冲信号调制后光功率可变输出3被测组件与光源输出精合，逐步增大LD光源输出光功率;邢披器示波器观察被

10、测组件的输出电信号被形，直至电信号波形临近失真时，测得被测组件的最大输入光功率，扣除被测组件的灵敏度为被测组件的动态范围。C. 测试条件环境或被测组件管壳温度;被测组件的工作条件F正弦或脉冲电信号源的频率范围;LD光源被调制后光信号的失真度及光功率稳定度;示波器响应速度;入射光功率的测量方法(替代法或剪断法); 光功率计的精度。532 A1 本方法适用于PIN管芯的测试A2 测试方法A2.1 响应波长测试A2. 1. 1 目的测量PIN管芯的响应波长范围。A2. 1- 2 测试原理图411)。YD!T 702-93 附录APIN管芯参数测试(参考件)单色仪|叫|图AlPIN管芯响应波长测试原理

11、图测试方法z记最仪将不同波长的单色光送入被测器件，被测器件对光响应后的输出信号由记录仪记录出光谱响应曲线。测试条件:环境或PIN管芯的工作温度gPIN管芯的工作条件，单色仪的光谱范围。A2.2 暗电流、反向击穿电压的测试A2. 2. 1 日的测量PIN管芯的暗电流、反向击穿电压。A2. 2. 2 测试原理PIN R, + R, 图A2反向击穿电压和暗电流测试原理图测试方法z给无光照时的被测PIN管芯加反向偏压;调整反向偏压至电流表读数达到测试规定的电流值;533 YD/T 702-93 电压表读得值V.R为反向击穿电压;降低反向偏压至规定值时读得电流为暗电流。测试条件:环境或PIN管芯工作温度

12、;测试反向击穿电压时规定的电流值，反向偏压源的输出电压可调整范围;读暗电流时的反向偏压谊;电压表、电流表的精度。A2.3 响应度测试方法A2. 3. 1 目的测量PIN管芯的响应度。A2. 3. 2 测试原理测试原理图同图A20测试方法z被测PIN管芯加规定的反向偏置s入射标定的光功率和规定的光波长;读得被测管芯的输出电流，扣除该管芯的暗电流，即为响应电流，此响应电流与入射光功率的比值为该管芯的响应度。测试条件:环境或被测管芯的工作温度，被测管芯的反向偏置电压，入射光功率的额定值和定标;电流表、电压表的精度。A2.4 结电容的测试A2. 4. 1 日的测量PIN管芯的结电容。A2. 4. 2

13、测试原理图小电睿电桥C雹C, L 图A3PIN管芯结电容测试原理图测试方法z按原理图将被测管芯接入电路;给被测管芯加规定的反向偏置电压;画压电源反复调正小电容电桥的电容刻度和损耗角旋钮，使电桥达到平衡，读得电桥的电容刻度值C2; 取下被测管芯在保持电路的原有状态下重复调正小电容电桥达到再次平衡，读得电路残余电容COo 按公式计算Cp534 YD!T 702-93 -) -c-G .庐)一-o-c-G -T IZ-41 (-c c . . ( A1 ) 测试条件s环境或被测管芯的工作温度s被测管芯的反向偏置电压s隔直电容C1的标定值与精度g防高频短路的L和R的适当值，小电容电桥的精度和频率范围。

14、A2.5 上升时间、下降时间的测试A2. 5. 1 日的测量PIN管芯对光信号的响应速度。A2. 5. 2 测试原理PIN管芯在给定的反向偏压下，接收一个给定波长的矩形光脉冲，PIN管芯响应输出一个电脉冲，其电脉冲的前沿幅度从10%上升到90%所需的时间为上升时间t电脉冲后活幅度从90%下降至10%所需的时间为下降时间t，, _f_ - - - -一-90%蚓咀啊霄回再阁制贺喜时间t-t-不10%!, 时间a理想的入射光脉冲信号b PIN管芯输出电脉冲信号图A4测试原理图=LD PIN 且，偏置电压电摞毫徽秒银&lc呻电醺c R, R, 触盎商直示擅黯延一斗-Oy图A5PIN管芯上升时间下降时

15、间测试原理图测试方法;被测PIN管芯接入电路加规定的反向偏压gYD/T 702-93 调整毫微秒级脉冲信号源，调制LD光源并输出规定的光功率;调整取样示波器显示出被测管芯响应的电脉冲信号;读出显示的电脉冲信号上升时间t，d下降时间tfdQ 由下式计算被测管芯的实际上升时间t，和t，0 tr=Jtjd一(t;p+ tLD + t;5 + ). . . . . . .( A2 ) 式中:tTd一一示波器显示电脉冲上升时间即测试系统总的响应时间;t，p一一毫微秒级电脉冲信号的上升时间;trLD-光源LD响应上升时问:t一一高速示波器响应上升时间。同样zt1 = J;饰一(tfp+ t l.D + t

16、l. + ) A2. 5. 3 测试系统中的几个技术问题8. t叩也LD、t应小于被测管芯上升时间t，的1/4，这样测试精度接近于3%0b. 示波器带宽要求示波器带宽与其响应上升时间的关系为，B，=O.35/t因而要求示波器的带宽应满足:B;J! O. 35 X 4/儿=1. 4/t 测试系统中同轴电缆的要求尽可能使用低介质损耗的同轴电缆，连接长度尽可能短;电缆特性阻扰和负载阻抗与脉冲电源内阻抗相匹配3电缆弯曲时其曲率半径不得小于电缆外径的十倍;采用优质的高频接插件。d. 延时线的使用尽可能提高脉冲重复频率而不使用延时线;延时线的延时时间2山.33 (ns/m)。 示波器探头的选用示波器探头的

17、等效电路如下图示:R V c 汗毛ZLZ 图A6示波器探头等效电路图中zR和C分别为探头的等效电阻和等效电容;ZL为示波器的输入阻抗，分离阻和低阻，通常高阻为1MO和低阻为500;V表示为被测信号。求出探头的附加I工升时间:lrb主2.2R CZc!(R十ZL)536 J YD/T 702-93 采用低阻时:trb士2.2 CZL 高阻时t，b将显著增大。1 被测管芯的负载电阻RL通常取RL=5000 g. 对光脉冲波形的要求理想的矩形脉冲带宽:B=l/tp.tp为矩形脉冲的宽度。建议取tpJ.5 tntf为被测管芯的上升时间。如果t，lns .Pl tp1. 5时，由于脉冲发生的带宽限制，不

18、可能产生这样窄的矩形光脉冲，而是自动转化为高斯光脉冲，光电器件对高斯光脉冲的响应速度不再以t，和t，来衡量，而是用它的电脉冲的展宽量占或FWHM值来衡量。管芯的展宽量:=J况j-(0衍!+咪十.式中，0，一一示波器显示脉冲的FWHM;0，一一示波器本身附加的展宽量gOp 入射光脉冲的FWHM。附录BPIN!FET光接收组件灵敏度计算公式由来(参考件). ( A3 ) B1 根据数字通信系统误码与信噪比(Sp_p!N，)的关系可知2确保误码事=lX10-9时，1、须使Sp_p/N ,m, = 21. 5 dB.即信号电压峰峰值vs(pp)为均方根噪声电压VN(rma)的12倍。对于NRZ码，考虑到1和011码同等概率时，信号峰峰值电压可表示为aV,(p_P) = 2P, R, R 式中:Pr 平均接收光功率，R，-光接收组件跨阻抗gR PIN管芯响应度。经以上关系的数学演算得到光接收组件灵敏度为zS=10g6VN(rn, /R. R, . ( B1 ) 由上式计算结果的灵敏度是光接收组件对NRZ随机码误码率确保10-9时，并把其他a切(光源模式噪声，消光比，包散，接收机主放均衡等)理想化条件下的理论值。附加说明:本标准由中华人民共和国邮电部提出。本标准由邮电部电信传输研究所归口。本标准由邮电部武汉邮电科学研究院起草。本标准主要起草人杜普君、陈铭干、王爱车。537