YD T 702-1993 PINFET光接收组件测试方法.pdf

1、中华人民共和国通信行业标准YD/T 702一93PIN/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主肠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从幅度的10%上升至9

2、0肠所需要的时间。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门.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。7光接收组件带宽光接收组件幅频特性曲线下降3 dB所对应的频率宽度。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。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。10额定反向击穿电压给无光照射的光电二极管施加反向偏压并逐步增大，当通过光电二极管的电流等于测试条件所规2.1.2.1

3、2.1.州定的值时，所加的反向偏压值定义为光电二极管额定反向击穿电压。2111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1994一03一26批准1994一09一01实施YD/T 7 D 2一93光接收组件无信号输人时，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又nnl暗电流IanA结电容C;pF上升时间，下降时间Ltrns响应度RA/w,A/pw调制速率MMbitJ,光接收组件带宽feMHz灵敏度SdBm动态范围刀dB额定反向

4、击穿电压VeaV偏置电压VsV前置放大器跨阻抗R.0,ko均方根噪声电压Vnav.V3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;响应度;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:频带带宽;灵敏度;响应波长;动态范围。3.2，光接收组件带宽测试3.2.1.1测试原理图原理图说明:LD可调制的光源;藕合两根光纤的精确对准，以便光信

5、号低损耗地传递。YD/T 702一93图1光接收组件带宽几测试原理图3.2.1.2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3 dB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;LD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3.2.2.1测试原理对于光接收组件，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-，时，其灵敏度的计算公式为(计算公式来源见附录B):S=101

6、96 VN,e/(RR,)“”一(1)上式表明，要得到光接收组件的灵敏度S,需测得噪声电压均方根值VNam.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测试原理图方法一:在被测组件噪声电压较小的情况下。被侧PIN/FET组件宽带放大器(放大K倍)射倾毫伏表K V-.图2小噪声电压测试原理图YD/T 702一93方法二:在被测组件噪声电压较大的情况下。PIN/FETR#一 Vx.n.图3大噪声电压测试原理图b.测试条件环境或被测器件管壳温度;被测器件的工作条件;宽带放大器的频率范围，实际放大倍数K值.射频毫伏表的频率范围及其仪表精度。3.2-2.3响应度R与跨阻抗R:乘积值的测

7、量a.测试原理由2.1.5和2.1.12定义知:R.=AV.,/AIi.， R=Ali./APi.RR.=OV.,/OP,.式中:ap;.入射光功率变量+APm= I Pz-P, I ;AV.,放大器对应于P;。的输出电压变量+OV.I= I Vz-V I ;A1,.探测器的人射光功率变量尸二时相应的光电流变量.当入射光功率为零时，即尸;=。测得放大器输出电压V,。入射光功率为尸:时，测得放大器输出电压V,。因而:_V，一VK.K.=一一一一;二一一一厂2二“二”“(2)b.测试原理图被侧PIN/FET组件电压表光功率计响应度R与跨阻抗R.乘积测试图-.1eeLJ任D一L-测试方法被测组件按规

8、定条件工作卜无输入光功率时测得组件放大器输出电压V调正LD光功率输出在适当值，输人被测组件，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尸:;YD/T 702一93所得参数按上述公式计算得出RR: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。LD光源被正弦或脉冲

9、电信号调制后的标定功率尸经可变光衰减器送入被测组件，由示波器观察被测组件的输出电信号波形。可变光衰减器的衰减量由最大逐步变小，直至示波器所观察的电信号波形临近失真，读出衰减器此时的衰减量。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 702一93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

10、调制后光功率可变输出;被测组件与光源输出藕合;逐步增大LD光源输出光功率;示波器观察被测组件的输出电信号波形，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;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。YD/T 702一93附录APIN管芯参数测试(参考件)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门1目的测量PIN管芯的响应波长范围。A2.1.2测试原理图O透

11、镜图A1 PIN管芯响应波长测试原理图测试方法: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;PIN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目的测量PIN管芯的暗电流、反向击穿电压。A2.2.2测试原理A丫夺图A2反向击穿电压和暗电流测试原理图测试方法: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YD/T 702一93电压表读得值V BR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;测试反向

12、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值;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A2a测试方法:被测PIN管芯加规定的反向偏置;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目的测量PIN管芯的结电容。A2.4.2测试原理图图A3 PIN管芯结电容

13、测试原理图测试方法: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;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Cz;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Ci:YD/T 702一93_(C，一C)C,C、=;二一一一气之号一一一气胃气二 七1一u-:一Coy.，.。.“.(A1)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;隔直电容C:的标定值与精度;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。A2.5上升时间、下降时间的测试A2.5,1目的测量PIN管芯对光信

14、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,，电脉冲后沿幅度从90%下降至10%所需的时间为下降时间t, o嘟架夜皿知报韧早a理想的入射光脉冲信号b PIN管芯翰出电脉冲信号图A4测试原理图:C件JJ气.+偏里电压电滋蕊图A5 PIN管芯上升时间下降时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YD/T 7 0 2一93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

15、号上升时间t,d下降时间trd a由下式计算被测管芯的实际上升时间t,和tr,t,=A/编一(t2+t2rLD+琉+)(A2)式中:t.d示波器显示电脉冲上升时间即测试系统总的响应时间;2,p-毫微秒级电脉冲信号的上升时间;t,LD光源LD响应上升时间;高速示波器响应上升时间。同样:t:=V编一(疏+琉D十疏+:)A2.5.3测试系统中的几个技术问题t,P , trLD ,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 0/u ob.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,=0. 35/t因而要求示波器的带宽应满足:B,-O. 35 X 4/t=1. 4/t测试系统中同

16、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;电缆特性阻抗和负载阻抗与脉冲电源内阻抗相匹配;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:tdn3. 33石(ns/m),e.示波器探头的选用示波器探头的等效电路如下图示:图A6示波器探头等效电路图中:R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，分高阻和低阻，通常高阻为1 m。和低阻为50。;v表示为被测信号。求出探头的附加上升时间:t,=2. 2R.CZLI (R+ZL)YD/T 7 0 2一93采用低阻时:t,b=2.

17、 2 CZ,高阻时t,b将显著增大。f.被测管芯的负载电阻R(通常取RL=50n。9.对光脉冲波形的要求理想的矩形脉冲带宽:B=1/t,t，为矩形脉冲的宽度。建议取t,簇1. 5 t*,c，为被测管芯的上升时间。如果t,1 ns，则t,1.5 ns，由于脉冲发生的带宽限制，不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S或FWHM值来衡量。管芯的展宽量:E=丫此一(S;十S;十:)式中:S,示波器显示脉冲的FWHM;S,-示波器本身附加的展宽量;8p入射光脉冲的FWHM,.“(A3)附录BPIN/FET光接

18、收组件灵敏度计算公式由来(参考件)B1根据数字通信系统误码与信噪比(S,/N-)的关系可知:确保误码率=1X1。一时，必须使So-o/N-=21-5 dB，即信号电压峰峰值V.(,-P，为均方根噪声电压VN(-)的12倍。对于NRZ码，考虑到“1”和“0”码同等概率时，信号峰峰值电压可表示为:V,(r-v) = 2P,R,R“，(Bl)式中:P,平均接收光功率;凡光接收组件跨阻抗;R -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:S=Iolg6VN(，二。1/RR,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-，时，并把其他一切(光源模式噪声，消光比，色散，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、王爱军