Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica de ... · Proyecto Fin de Carrera Diseño y...
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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.
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Diseño y Simulación de circuitos empleando HBTs, orientado a Fibra Óptica
Objetivo
Fuentes de Luz
Detectores de Luz
Conclusión
Circuitos Diseñados
Transistor Bipolar de Heterounión, HBT
Sistemas de Comunicación por Fibra Óptica
Sumario
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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.
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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.
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Fuentes de Luz
LD, diodo láser.
Ganancia óptica, emisión coherente, grandireccionalidad, más rapidez.
Proteger contra temperatura, envejecimiento y transitorios.
Mayores costes.
Operan a centenas y millares de MHz.
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Detectores de Luz
PIN, detector.
Tensión de ruptura.Corriente de oscuridad.Cada fotón incidente genera
un par electrón-hueco.↓ Responsividad.
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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.
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Sistemas de Comunicación por Fibra 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.
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Sistemas de Comunicación por Fibra 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.
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Sistemas de Comunicación por Fibra 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.
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Transistor Bipolar deHeterounión, HBT
- ↑ ∆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.
b
e
p
n
b
e
p
e
b
c
WW
DD
PN=
II=
II= ⋅⋅β
eWW
DD
PN=
II= )
tKE(
b
e
p
n
b
e
b
c G⋅
∆⋅⋅⋅β
BJT
HBT
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Transistor Bipolar deHeterounión, HBT
- 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.
rb´
B B´
CDC
CDE
C
E´
C´
rc´
IEC/βRCJC
re´
ICC/βFCJE
E
ICT
EM1
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Circuitos Diseñados
--Diagrama de bloques de unDiagrama de bloques de un Multiplexor Multiplexor 2:12:1..
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Circuitos DiseñadosMULTIPLEXOR 2:1. V(da1) W=20ps, T=40ps V(db1) W=10ps, T=40ps
V(sel) W=40ps, T=80ps V(ck) W=3ps, T=6ps
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Circuitos Diseñados- Simulación y parámetros obtenidos con el INT_OCT95.
Vol
Voh
Vu
Tlh
Thl
Tpm
Pot.
-27mV
-1,2V
-0,6V
3,6ps
5ps
12,7ps
1,96W
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Circuitos Diseñados
--Diagrama de bloques de unDiagrama de bloques de un Registro tipo DRegistro tipo D..
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Circuitos DiseñadosFLIP-FLOP tipo D. V(d) W=25ps, T=50ps
V(ck) W=7ps, T=14ps
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Circuitos Diseñados- Simulación y parámetros obtenidos con el INT_OCT95.
Vol
Voh
Vu
Tlh
Thl
Tpm
Pot.
-22mV
-1,4V
-0,77V
6,4ps
9,8ps
20,9ps
1,29W
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Circuitos Diseñados-Diagrama de bloques de un TRANSMISOR.
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Circuitos DiseñadosTRANSMISOR.
V(sel1)
V(sel2)
V(ck)
W=70ps, T=140ps
W=100ps, T=200ps
W=4ps, T=8ps
V(da1)
V(da2)
V(db1)
V(db2)
W=25ps, T=100ps
W=25ps, T=50ps
W=50ps, T=100ps
W=30ps, T=60ps
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Circuitos Diseñados- Simulación y parámetros medidos sobre los puntos de salida V(dat_out) y V(ndat_out), empleando el INT_OCT95.