Submitted by Marcele Costal de Castro (costalcastro@gmail.com) on 2017-09-11T17:56:14Z No. of bitstreams: 1 FABIO DE LACERDA M.pdf: 2612765 bytes, checksum: 35a458410db6cc1af2cfe26670f1483b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-11T17:56:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FABIO DE LACERDA M.pdf: 2612765 bytes, checksum: 35a458410db6cc1af2cfe26670f1483b (MD5) Previous issue date: 2001-12 / Este trabalho descreve o procedimento de projeto de amplificadores operacionais em tecnologia CMOS. Para isto, foram objetos deste processo dois amplificadores com especificações distintas. O primeiro foi o amplificador canônico com compensação interna do tipo Miller, cujas especificações incluíram a tensão de alimentação de 3V, o ganho mínimo de malha aberta em baixas freqüências de 60dB e a freqüência de ganho unitário de 4MHz para uma carga externa de 10kΩ em paralelo com 10pF. O segundo, já aplicando o aprendizado que resultou do primeiro, foi um amplificador operacional do tipo rail-to-rail na entrada e na saída, com especificações mais exigentes: tensão de alimentação de 3V, ganho mínimo de malha aberta em baixas freqüências de 80dB e freqüência de ganho unitário de 10MHz para carga externa de 10kΩ em paralelo com 10pF. Os resultados obtidos a partir de protótipos fabricados em tecnologia CMOS de 0,8µm para o primeiro amplificador e 0,6µm para o segundo foram bastante próximos às especificações. Por exemplo, as excursões de entrada e de saída do segundo amplificador mostraram-se perfeitamente compatíveis com amp-ops rail-to-rail típicos enquanto as demais características medidas confirmaram que o procedimento de projeto adotado foi bastante adequado. / This dissertation describes the process of designing operational amplifiers in CMOS technology. To accomplish this, the author focused on two amplifiers with distinct specifications. The first one was the canonical amplifier with internal Miller compensation, whose specifications included the nominal power supply of 3V, minimum open-loop low-frequency gain of 60dB and unity-gain frequency of 4MHz driving an external load of 10kΩ in parallel with 10pF. The second one, exploiting the experience obtained from the previous amplifier, was an operational amplifier with rail-to-rail input and output with more rigorous specifications: 3V power supply, minimum open-loop low-frequency gain of 80dB and 10MHz unity-gain frequency driving an external load of 10kΩ in parallel with 10pF. Prototypes of the canonical amplifier were fabricated in 0.8µm CMOS technology while the rail-to-rail amplifier was implemented in 0.6µm CMOS technology. Experimental results were in very good agreement with the specifications. For example, input and output signal swings from the second amplifier proved to be fully compatible with typical rail-to-rail op-amps while the remaining characteristics confirmed that the design process was very adequate.

Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro Universitário da FEI, São Bernardo do Campo, 2015

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:06:47Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7760_1.pdf: 4418329 bytes, checksum: 623aea6599996c3b5580f3ca548f892b (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2006 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A região de comprimento de onda do espectro eletromagnético usado nas telecomunicações ópticas são definidas pela International Telecommunications Union (ITU) como, banda C (Conventional Band, 1530-1565 nm), banda L (Long Wavelength Band, 1565- 1625 nm), banda S (Short Wavelength Band, 1450-1530 nm), e bandas mais distantes de ambos os lados da banda C. Atualmente, a única banda utilizada comercialmente para telecomunicações ópticas e a banda C. O constante crescimento de tráfico de dados, voz e internet requerem soluções para expansão da capacidade de transmissão. Expansão para bandas de comprimentos de onda curtos e longos é opção promissora. Para estas bandas, componentes passivos e ativos tem sido desenvolvidos, em particular amplificadores ópticos. O amplificador a fibra dopada com Érbio, usado na banda C, pode também amplificar sinais na banda L. Para a banda S, novos tipos de amplificadores são necessários. Os amplificadores candidatos para a banda S são o amplificador Raman, amplificador a fibra dopada com Túlio e amplificador paramétrico a fibra óptica (FOPA). O FOPA, além de amplificar sinais, ele é conversor de comprimento de onda. Amplificadores híbridos, combinando amplificadores individuais em série ou paralelo, tem sido explorados nos recentes anos para expandir a banda de ganho. Neste trabalho, apresentamos o estudo de um novo tipo de amplificador e conversor de coprimento de onda híbrido, acoplando em série os módulos individuais do TDFA e FOPA. Inicialmente, os módulos individuais dos TDFA e FOPA são construídos e os seus desempenho caracterizado. Após, a configuração híbrida é construída, e seu desempenho investigado. Amplificação em toda a banda S é observada, bem como conversão de comprimento de onda da banda S para as bandas C e L. A figura de ruído para a banda S é dominada pela contribuição do TDFA. Para este híbrido em particular, conversão de comprimento de onda das bandas C e L para a banda S não é possível, pois o TDFA não fornece ganho nesta região do espectro

La amplificación de señales encuentra diversas aplicaciones en dispositivos de audio, video, instrumentación, entre otras. Existen distintos parámetros que cuantifican el desempeño de un amplificador, aunque la eficiencia en la conversión de potencia es muy importante tanto en dispositivos portátiles como en aplicaciones de alta potencia. Los amplificadores conmutados (clase D) tienen una eficiencia máxima teórica del 100% y es principalmente por esto que encuentran cada vez más aplicaciones. Para poder utilizar etapas conmutadas es necesario modular las señales antes del proceso de amplificación propiamente dicho. El esquema de modulación define no sólo la calidad de la señal resultante, sino también parámetros ligados a la etapa de potencia como por ejemplo la velocidad de conmutación y la complejidad del circuito demodulador. La modulación por ancho de pulsos es de fácil implementación y la más usada en los últimos años, sin embargo no es posible obtener señales libres de distorsión en una banda específica. Además la implementación digital introduce importantes productos de distorsión en la banda de interés lo que complica considerablemente el esquema de modulación original para obtener resultados razonables. Una alternativa a la modulación por ancho de pulsos es la denominada modulación click. Este esquema permite obtener señales binarias, aptas para manejar etapas conmutadas, con alta pureza espectral y libres de distorsión. Sin embargo esta técnica fue desarrollada enteramente para señales de tiempo continuo y tiene problemas difíciles de resolver en su versión de tiempo discreto que, sumados a su alta complejidad, han postergado su uso comercial. Esta Tesis se centra en el desarrollo de un modulador enteramente discreto. La arquitectura aquí presentada permite obtener señales binarias con banda base separada y libres de distorsión partiendo de señales muestreadas. Aunque la técnica se basa principalmente en el esquema del modulador click de tiempo continuo, se introducen numerosos cambios y mejoras que permiten el desarrollo de una estructura de cálculo íntegramente digital, haciendo que la modulación de señales en tiempo discreto y sin distorsión se convierta en un objetivo alcanzable. / Signal amplification has a wide variety of applications ranging from audio, video and even instrumentation devices. Many parameters are used to define the performance of an amplifier, although one of the most important is the efficiency in the energy conversion process for both mobile and high-power devices. Switching amplifiers (class-D) are perfect for this task because of their high efficiency, 100 % theoretically, and that is the main reason that have increased their widespread use over the last years. The signal has to be modulated to drive a switching-mode amplification stage. The modulation process not only dictates the achievable quality of the modulated signal, it also sets some parameters of the power stage such as the switching rate and the complexity of the demodulation circuit. Pulse width modulation is one of the most widely used modulation techniques because it is very simple to implement, however it is impossible to completely avoid distortion problems on a given frequency band. Moreover, its digital counterpart suffers from intermodulation products in the baseband that are difficult to remove unless additional processing capabilities are added. Click modulation is an interesting alternative to pulse width modulation. Using this method it is possible to generate binary signals without any distortion components on a user-defined frequency band. Despite its obvious advantage, click modulation was designed to work with continuous-time signals. Its discrete-time version suffers from aliasing and distortion if it is not properly implemented which, added to the fact that it is a complex and computationally-intensive algorithm, has postponed its widespread used over other modulation techniques. This Thesis focuses on the development of an entirely digital click modulator. The proposed architecture allows obtaining binary signals with separated baseband and free of distortion, using discrete-time signals and transforms. Although it is based in the continuous-time click modulator, many changes and improvements are added and as a result an entirely digital modulator is presented which makes discrete-time, distortion-free signal modulation an achievable objective.

Visando atender a massificação das tecnologias da informação e comunicação (TIC) por meio de um aproveitamento mais eficiente da infra-estrutura de fibras ópticas, as redes ópticas DWDM vem passando por significativa evolução de capacidade, com base no uso de formatos de modulação avançados, para canais operando em taxas de 100 Gb/s e superiores, bem como no emprego de topologias dinâmicas e reconfiguráveis. Estas redes ópticas de nova geração impõe novos requisitos de desempenho aos amplificadores ópticos. Especificamente, as características dinâmicas da rede tornam obrigatório o uso de esquemas de controle que assegurem estrita planicidade espectral de ganho enquanto o emprego de formatos de modulação avançados e de alta ordem requer margens mais estreitas em termos da relação sinal-ruído aceitável para detecção dos sinais recebidos. Neste contexto, esta tese propõe e avalia experimentalmente uma topologia de amplificação óptica híbrida Raman/EDFA, introduzindo um novo esquema de controle automático de ganho e apresentando desempenho superior aos amplificadores atualmente usados em redes DWDM reconfiguráveis. O amplificador óptico híbrido desenvolvido baseia-se em um estágio Raman distribuído contra-propagante, com excelente desempenho de figura de ruído (porém com baixa eficiência de conversão de bombeio em amplificação - PCE) seguido de um estágio EDFA, que assegura alta potência de saída, devido a sua elevada PCE. Ganho espectral plano foi obtido por meio de uma técnica de controle automático de ganho inovadora, baseada na atuação paralela e independente de duas malhas de controle automático de ganho, uma primeira aplicada ao estágio de amplificação Raman visando ganho-alvo variável com baixa variação espectral, enquanto outra malha de controle de ganho visa fornecer ganho alvo fixo ao estágio EDFA, com alta potência de saída. / Seeking to support the massive deployment of information and communication technologies (ICTs) by means of a more efficient usage of the optical fiber infrastructure, DWDM optical networks have been undergoing a significant capacity evolution, by using advanced modulation formats for optical channels operating at data rates of 100 Gb/s and beyond, as well as by employing dynamic and reconfigurable network topologies. These new generation optical networks impose new performance benchmarks on the optical amplifiers. Specifically, the dynamic characteristics of the network make mandatory the deployment of control schemes which assure stringent optical gain spectral flatness while the usage of high-order advanced modulation formats translate into more strict margins of signal-to-noise ratios for the detected signals. In this context, this thesis proposes and experimentally evaluates an hybrid Raman/ EDFA optical amplifier topology, introducing a novel automatic gain control scheme and demonstrating improved performance over the optical amplifiers already in use in DWDM reconfigurable networks. The developed hybrid optical amplifier is based on a distributed counter-propagating Raman stage, displaying excellent noise figure performance (albeit presenting low conversion efficiency - PCE) followed by an EDFA stage, which assures high output power, due to its high PCE. Flat spectral gain was achieved by means of a novel gain control technique, based on the parallel and independently acting of two control schemes, the first applied over the Raman amplifying stage, aiming at a variable target gain and low spectral gain ripple, while the other seeks to attain a fixed target gain at the EDFA, assuring a high output power.

Visando atender a massificação das tecnologias da informação e comunicação (TIC) por meio de um aproveitamento mais eficiente da infra-estrutura de fibras ópticas, as redes ópticas DWDM vem passando por significativa evolução de capacidade, com base no uso de formatos de modulação avançados, para canais operando em taxas de 100 Gb/s e superiores, bem como no emprego de topologias dinâmicas e reconfiguráveis. Estas redes ópticas de nova geração impõe novos requisitos de desempenho aos amplificadores ópticos. Especificamente, as características dinâmicas da rede tornam obrigatório o uso de esquemas de controle que assegurem estrita planicidade espectral de ganho enquanto o emprego de formatos de modulação avançados e de alta ordem requer margens mais estreitas em termos da relação sinal-ruído aceitável para detecção dos sinais recebidos. Neste contexto, esta tese propõe e avalia experimentalmente uma topologia de amplificação óptica híbrida Raman/EDFA, introduzindo um novo esquema de controle automático de ganho e apresentando desempenho superior aos amplificadores atualmente usados em redes DWDM reconfiguráveis. O amplificador óptico híbrido desenvolvido baseia-se em um estágio Raman distribuído contra-propagante, com excelente desempenho de figura de ruído (porém com baixa eficiência de conversão de bombeio em amplificação - PCE) seguido de um estágio EDFA, que assegura alta potência de saída, devido a sua elevada PCE. Ganho espectral plano foi obtido por meio de uma técnica de controle automático de ganho inovadora, baseada na atuação paralela e independente de duas malhas de controle automático de ganho, uma primeira aplicada ao estágio de amplificação Raman visando ganho-alvo variável com baixa variação espectral, enquanto outra malha de controle de ganho visa fornecer ganho alvo fixo ao estágio EDFA, com alta potência de saída. / Seeking to support the massive deployment of information and communication technologies (ICTs) by means of a more efficient usage of the optical fiber infrastructure, DWDM optical networks have been undergoing a significant capacity evolution, by using advanced modulation formats for optical channels operating at data rates of 100 Gb/s and beyond, as well as by employing dynamic and reconfigurable network topologies. These new generation optical networks impose new performance benchmarks on the optical amplifiers. Specifically, the dynamic characteristics of the network make mandatory the deployment of control schemes which assure stringent optical gain spectral flatness while the usage of high-order advanced modulation formats translate into more strict margins of signal-to-noise ratios for the detected signals. In this context, this thesis proposes and experimentally evaluates an hybrid Raman/ EDFA optical amplifier topology, introducing a novel automatic gain control scheme and demonstrating improved performance over the optical amplifiers already in use in DWDM reconfigurable networks. The developed hybrid optical amplifier is based on a distributed counter-propagating Raman stage, displaying excellent noise figure performance (albeit presenting low conversion efficiency - PCE) followed by an EDFA stage, which assures high output power, due to its high PCE. Flat spectral gain was achieved by means of a novel gain control technique, based on the parallel and independently acting of two control schemes, the first applied over the Raman amplifying stage, aiming at a variable target gain and low spectral gain ripple, while the other seeks to attain a fixed target gain at the EDFA, assuring a high output power.

Amplificadores ópticos à fibra dopada com érbio são dispositivos de grande importância em sistemas de comunicações ópticas. O projeto otimizado de um enlace óptico maximiza o aproveitamento dos amplificadores, reduzindo os custos de implantação do enlace. São analisados os princípios de funcionamento destes amplificadores, explicitando-se suas características mais notáveis através da montagem e caracterização de dois protótipos. É também feito um estudo sobre a influência da potência de emissão espontânea, produzida pelo amplificador, na recepção óptica. Este estudo é feito através da análise dos principais ruídos associados aos sistemas ópticos. Baseado neste estudo, é desenvolvido um modelo matemático para o cálculo da penalidade causada pela potência de emissão espontânea. Os resultados previstos por este modelo são comparados com experimentos de laboratório. / Erbium doped fiber amplifiers are very important devices in optical systems. The optimized project of an optical link increases the use of these amplifiers, reducing installation costs. In this work, the most remarkable characteristics of these devices are shown, using two prototypes. The influence of the spontaneous emission power, generated by the amplifier, on optical receptions is also studied. This is done trough the analyses of the most relevant noises associated to optical systems. Based on that, a mathematical model is developed to calculate the penalty caused bye the spontaneous emission power. The results predicted by this model are compared to pratical data.

Amplificadores ópticos à fibra dopada com érbio são dispositivos de grande importância em sistemas de comunicações ópticas. O projeto otimizado de um enlace óptico maximiza o aproveitamento dos amplificadores, reduzindo os custos de implantação do enlace. São analisados os princípios de funcionamento destes amplificadores, explicitando-se suas características mais notáveis através da montagem e caracterização de dois protótipos. É também feito um estudo sobre a influência da potência de emissão espontânea, produzida pelo amplificador, na recepção óptica. Este estudo é feito através da análise dos principais ruídos associados aos sistemas ópticos. Baseado neste estudo, é desenvolvido um modelo matemático para o cálculo da penalidade causada pela potência de emissão espontânea. Os resultados previstos por este modelo são comparados com experimentos de laboratório. / Erbium doped fiber amplifiers are very important devices in optical systems. The optimized project of an optical link increases the use of these amplifiers, reducing installation costs. In this work, the most remarkable characteristics of these devices are shown, using two prototypes. The influence of the spontaneous emission power, generated by the amplifier, on optical receptions is also studied. This is done trough the analyses of the most relevant noises associated to optical systems. Based on that, a mathematical model is developed to calculate the penalty caused bye the spontaneous emission power. The results predicted by this model are compared to pratical data.

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:02:53Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2426_1.pdf: 3209737 bytes, checksum: ff6e083513ab618c7a8838fa2682ee22 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nesta dissertação apresentaremos os resultados obtidos no desenvolvimento e caracterização de guias de onda canal para amplificação óptica. As guias foram fabricadas usando pulsos de laser com ~80 fs de duração, em amostras de vidro fosfato dopado com Er3+-Yb3+, e em vidros de telureto dopado com Er3+, óxido de prata e sem dopagem. Este é um método bastante promissor para o desenvolvimento de dispositivos ópticos, que explora a interação de radiação com a matéria num regime de alta intensidade e envolvendo fenômenos ultra-rápidos. Inicialmente, faremos uma introdução a respeito das aplicações que a interação pulso ultracurto/matéria está tendo em diversas áreas da ciência, como, por exemplo, biologia, medicina, comunicação óptica, entre outras. Em seguida, discutiremos os princípios da propagação de feixes laser de alta intensidade (~1014 W/cm²) em meios transparentes, exemplificando alguns efeitos, como auto-modulação de fase, auto-focalização, entre outros. Descreveremos também os processos que levam à ionização não-linear dos elétrons do material, principal mecanismo responsável pela modificação permanente do índice de refração do meio. Finalmente, apresentaremos os resultados obtidos no desenvolvimento de guias para amplificação óptica. Nos vidros de fosfatos dopados com Er3+-Yb3+, observamos perdas da ordem de ~3 dB/cm, e máximo de ganho interno em 1534 nm (~2.3 dB/cm), para bombeamento em 980 nm e potências de 200 mW. Nos vidros de telureto, observamos perdas da ordem de ~3.5 dB/cm. Nos vidros de telureto dopado com Er3+, observamos emissão espontânea, mas não observamos ganho. Acreditamos que a pequena concentração de Er3+ e o comprimento reduzido da amostra não foram suficientes para amplificar o sinal óptico. Os resultados para os vidros fosfato dopados com Er3+-Yb3+ são compatíveis com medidas já descritas na literatura. Para os resultados com os vidros de telureto (dopado e não dopado), não encontramos outros resultados na literatura para comparação