Proyecto Fin de Carrera del alumno Francisco Javier Muñoz Ledesma para la EUITT de la ULPGC

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.

13. Circuitos Diseñados
-Diagrama de bloques de un Multiplexor 2:1.

14. Circuitos Diseñados
V(da1) W=20ps, T=40ps V(db1) W=10ps, T=40ps
 MULTIPLEXOR 2:1.
V(sel) W=40ps, T=80ps V(ck) W=3ps, T=6ps

15. Circuitos Diseñados
- Simulación y parámetros obtenidos con el INT_OCT95.
Vol -27mV
Voh -1,2V
Vu -0,6V
Tlh 3,6ps
Thl 5ps
Tpm 12,7ps
Pot. 1,96W

16. Circuitos Diseñados
-Diagrama de bloques de un Registro tipo D.

17. Circuitos Diseñados
V(d) W=25ps, T=50ps
 FLIP-FLOP tipo D. V(ck) W=7ps, T=14ps

18. Circuitos Diseñados
- Simulación y parámetros obtenidos con el INT_OCT95.
Vol -22mV
Voh -1,4V
Vu -0,77V
Tlh 6,4ps
Thl 9,8ps
Tpm 20,9ps
Pot. 1,29W

19. Circuitos Diseñados
-Diagrama de bloques de un TRANSMISOR.

20. Circuitos Diseñados
V(da1) W=25ps, T=100ps
V(sel1) W=70ps, T=140ps
V(da2) W=25ps, T=50ps
 TRANSMISOR. V(db1) W=50ps, T=100ps
V(sel2) W=100ps, T=200ps
V(ck) W=4ps, T=8ps
V(db2) W=30ps, T=60ps

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

22. Circuitos Diseñados
-Diagrama de bloques de un RECEPTOR.

23. Circuitos Diseñados
In W=25ps, T=50ps V(sel0) W=40ps, T=80ps
 RECEPTOR. V(ck) W=9ps, T=18ps V(sel1) W=60ps, T=120ps

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.