JultikaUniversity of Oulu repository

Abstract

The goal of this Master’s thesis is to find and develop the best topologies and circuit structures for a low-noise amplifier channel for a laser radar application. In this work different topologies, their strengths, weaknesses and challenges are studied. Low-noise optoelectronic amplifier channels have been used extensively in a variety of applications such as wireless communication, optical receivers and laser radar. The common constraint for all the mentioned applications is the noise. The optical input signal for optoelectronic receivers can be very weak. In order to detect the signal reliably and accurately, the receiver must not add significant noise to the input signal.

Therefore, this thesis concentrates on improving the signal to noise ratio (SNR) by minimizing the noise sources, filtering the high frequency noise and amplifying the signal. In addition, the delay of the whole channel should be constant with respect to signal strength, supply voltage etc. variations. This low-noise optoelectronic amplifier channel can be employed in a laser radar to detect the distance of several kilometers.

Pienikohinaisen optoelektronisen vahvistinkanavan suunnittelu lasertutkasovellukseen

Tiivistelmä

Tämän diplomityön tavoitteena on etsiä ja kehittää sopivia piiriratkaisuja ja -rakenteita lasertutkan pienikohinaiseen vahvistinkanavaan. Työssä tutkittiin eri rakenteita, niiden vahvuuksia, heikkouksia ja haasteita. Pienikohinaisia optoelektronisia vahvistinkanavia on käytetty paljon useissa sovelluksissa kuten langattomassa viestinnässä, optisissa vastaanottimissa ja lasertutkissa. Näissä sovelluksissa yhteisenä haasteena on kohina. Optoelektronisen vastaanottimen tulosignaali voi olla hyvin heikko, joten tarkan ja luotettavan vastaanoton varmistamiseksi vastaanottimen itsessään tulee olla hyvin pienikohinainen.

Tässä työssä keskityttiinkin signaalikohinasuhteen (SNR) optimointiin minimoimalla itse kohinalähteet, suodattamalla korkeataajuista kohinaa ja vahvistamalla signaalia. Lisäksi koko kanavan viive oli pidettävä mahdollisimman vakiona eri signaalitasoilla, eri lämpötiloissa, eri käyttöjännitteillä jne. Työssä kehitettyä optoelektronista vahvistinkanavaa voidaan käyttää lasertutkissa mittaamaan etäisyyksiä kilometrien päässä oleviin kohteisiin.