Caracterização experimental do compensador para 10Gbps

3.7.1.1 Controlo do ganho

A Figura 56 apresenta os resultados de caracterização experimental do ganho de cada baixada do compensador em função da tensão de controlo, medido variando a tensão de controlo da baixada em causa entre -0.9V e +0.5V estando as restantes ao corte (tensão de controlo de -0.9V). Os valores foram obtidos medindo a amplitude do diagrama de olho do sinal de saída no instante de amostragem óptimo, para um sinal de entrada constituído por uma sequência PRBS, com formato de modulação NRZ, amplitude 50mV e taxa de transmissão 10Gb/s.

Figura 56 – Curvas de amplitude do ganho de cada célula individual medida experimentalmente, em função da tensão de controlo.

O desempenho é semelhante ao previsto pela Figura 45, no entanto apresenta uma zona de saturação do ganho menos pronunciada, o que indica uma transição mais suave entre as zonas linear e de saturação do transístor Q1. Um factor que poderá explicar esta discrepância tem a ver com pequenas variações na tensão porta-fonte em Q1 da primeira para a última baixada em consequência da queda de tensão nas linhas de transmissão Lp, o que condiciona a curva característica do transístor (ver Figura 44). Outro factor poderá dever-se a que o valor da resistência do canal nos dispositivos implementados seja superior ao previsto no modelo equivalente considerado na simulação. Ambas as suspeitas anteriores são consistentes com o facto de as curvas mostrarem uma transição mais suave para os transístores de maior dimensão presentes nas baixadas mais afastadas. A diferença

de ganho entre as baixadas na condição inversora e não-inversora provém da diferença de ganho para as saídas do bloco de geração de sinais complementares.

3.7.1.2 Resposta em frequência

A Figura 57 apresenta as curvas da amplitude do parâmetro S21 medidas em função da

frequência para as baixadas 1, 3 e 5 e para coeficientes positivos e negativos.

A B

Figura 57 – Curvas de amplitude de S21 obtidas experimentalmente para as células C1, C3 e C5 em

função da tensão de controlo (indicada na figura) com as restantes ao corte: A) Células não-inversoras (coeficientes positivos); B) células inversoras (coeficientes negativos).

A gama de controlo de ganho é superior a 25dB. A largura de banda é superior a 7.5GHz com razoável uniformidade próximo do ganho máximo, suficiente para compensação de sinais a 10Gbps com formato de modulação NRZ. O facto de o compensador ser adaptativo reduz a relevância da resposta individual das baixadas em detrimento da resposta global do compensador que pode ser optimizada pelo algoritmo de compensação.

Os parâmetros S que medem a amplitude de sinal reflectido nos portos do compensador S11 e S22 mostram que o circuito apresenta excelente adaptação para frequências inferiores

A B

Figura 58 – Curvas de amplitude de S11 e S22 obtidas experimentalmente para as células C1, C3 e C5

em função da tensão de controlo (para os valores indicados na Figura 57) com as restantes ao corte: A) Células não-inversoras (coeficientes positivos); B) células inversoras (coeficientes negativos).

No porto de entrada, a inclusão de uma resistência de 50Ohm na entrada do bloco de geração de sinais complementares do circuito monolítico, permite boa adaptação como é notório no valor de S11 inferior a -10dB em praticamente toda a banda. O porto de saída

que liga directamente à LTA de saída mostra alguma dependência em função da baixada activa com melhor adaptação (e menor uniformidade na curva de S22) quando as baixadas

mais próximas do porto de saída estão activas.

As LTA e os valores das capacidades das secções passivas intermédias foram dimensionados considerando os elementos equivalentes (em particular a capacidade equivalente vista na entrada) dos andares cascode, na condição de próximos do ganho máximo. Isto ocorre tipicamente para uma situação de compensação forte, em que o compensador deverá ter o melhor desempenho eléctrico de tal modo que não contribua para degradar mais o sinal a compensar.

A Figura 59 apresenta os parâmetros S que mostram a resposta do compensador, para três conjuntos de tensões de controlo, sendo para cada um deles apresentados dois casos possíveis: considerando um compensador ideal (Figura 38) e considerando o protótipo do compensador experimental desenvolvido. Os conjuntos de tensões de controlo foram seleccionados tal que que o compensador sintetize funções de transferência com resposta em amplitude do tipo passa-baixo (caso b)), passa-alto (caso c)) e passa-banda (caso a)).

A B

Figura 59 – Curvas de amplitude de parâmetros S obtidos experimentalmente para o compensador em função das tensões de controlo: A) comparação de S21 medido com S21 ideal para 3 conjuntos de valores

de coeficientes normalizados e B) S11 e S22 para os coeficientes considerados em A. A curva do

compensador ideal resulta da expressão (E 45).

A Figura 59-A mostra que o compensador pode sintetizar funções de transferência que aproximam filtros com característica passa-baixo ou passa-alto com resposta em frequência próxima da resposta expectável para um filtro RIF com coeficientes semelhantes, para frequências próximas de 10GHz. Para o caso particular de todos os coeficientes com ganho máximo, a comparação com a curva ideal indica que o atraso entre baixadas do filtro experimental é próximo dos 50ps (valor do atraso do filtro teórico). Também neste caso, já com múltiplas baixadas activas, a adaptação é boa, sendo de notar a maior uniformidade das curvas de S22.

3.7.2 Resultados de caracterização para grande sinal

Foi considerado o valor de 500MHz para a frequência de teste no porto de entrada do compensador, por forma a que a amplitude dos sinais de ordem superior resultantes de efeitos de distorção seja condicionada o mínimo possível pela própria resposta em amplitude do compensador. Um atenuador de 6dB na entrada do compensador reduz os efeitos de distorção no sinal de teste resultantes de reflexões do porto de entrada do compensador (embora o compensador apresente boa adaptação em toda a gama de frequência até 10GHz).

Os resultados das Figura 60 e Figura 61 foram obtidos actuando na baixada 3 com todas as restantes polarizadas na situação de corte. As figuras mostram o valor medido para a

potência do sinal de saída à mesma frequência do sinal de entrada (legenda: sinal), ao dobro e ao triplo da frequência do sinal de entrada (legenda: DH2) e (legenda: DH3), respectivamente.

Figura 60 - Potência do sinal na saída do filtro (Pout) e dos segundo (DH2) e terceiro (DH3) harmónicos em função da potência de entrada (Pin) e para diferentes valores de tensão de controlo do ganho aplicados à célula 3 positiva (C3). A seta assinala o ponto aproximado de compressão de ganho -

1dB.

Figura 61 - Potência do sinal de saída do filtro (Pout) e do segundo (DH2) e terceiro (DH3) harmónicos em função da potência de entrada (Pin), para diferentes valores de tensão de controlo do ganho aplicados à célula 3 negativa (nC3). A seta assinala o ponto aproximado de compressão de ganho -1dB.

O valor do ponto de compressão -1dB indica que a amplitude máxima de sinal a aplicar ao filtro, mantendo este numa zona de funcionamento aproximadamente linear, será em

torno de 150mV. A condição de funcionamento na zona linear não é no entanto condição necessária para desempenho óptimo já que a característica não-linear em receptores para sistemas ópticos pode ser benéfica, permitindo por exemplo o aumento da distância de propagação como é abordado em [17]. Verifica-se de igual modo que a potência dos termos de ordem superior é ligeiramente menor para menor valor da tensão de controlo da baixada o que corresponde à situação do transístor na configuração fonte comum (Q1 na Figura 46) na zona linear. Este era um ponto que na fase de projecto havia suscitado alguma reserva relativamente à consideração da configuração cascode.

Experimentalmente foram aplicados sinais na entrada do compensador com amplitude próxima dos 300mV tendo este apresentado bom desempenho, como será ilustrado mais à frente neste capítulo.