基于APD的光電探測器電路研究與設(shè)計

1、基于APD的光電探測器電路研究與設(shè)計摘要：實現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導放大器-電容(OTAC)連續(xù)時間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計和具體實現(xiàn)，使用外部可編程電路對所設(shè)計濾波器帶寬進行控制，并利用ADS軟件進行電路設(shè)計和仿真驗證。仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內(nèi)波紋小于05 dB，采用18 V電源，TSMC 018m CMOS工藝庫仿真，功耗小于21 mW，頻響曲線接近理想狀態(tài)。關(guān)鍵詞：Butte 光電探測器電路用于對光電轉(zhuǎn)換器件輸出的微弱電壓或電流信號進行放大、處理和整形輸出。對于不同探測用途而采用的光電轉(zhuǎn)換器件不同，與

2、之配合使用的光電探測器電路性能也因此而不同。如果用來進行光電轉(zhuǎn)換，則重點考慮的是器件的光電轉(zhuǎn)換效能和匹配方式。這里介紹一種用雪崩光電二極管(APD)與光電探測器電路匹配使用的最佳方法。針對如何提高光電信號前置放大器信噪比這一關(guān)鍵問題，進行了分析和實踐。在設(shè)計電路過程中，除了電路結(jié)構(gòu)的考慮外，對工藝的考慮也是必須的。由于電路結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝設(shè)計考慮周全，設(shè)計的光電探測器電路信噪比高。這里還介紹通過用自制的噪聲發(fā)生器對光電探測器電路進行定量的分析，測算出探測器的增益和信噪比。該研究是設(shè)計滿足各種光電信號轉(zhuǎn)換電路的一個重要步驟。1 器件的選擇11 提高APD的光電轉(zhuǎn)換效能 雪崩光電二極管(Aualan

3、che Photo Diode，APD)的光電轉(zhuǎn)換效能主要是對信號有倍增作用，它比一般光電二極管的功率電平所產(chǎn)生的響應(yīng)高幾十或幾百倍。倍增與偏壓有關(guān)，反偏壓越大，倍增G也越大，如圖1所示。一旦電壓達到某個值，APD會被擊穿，此電壓就是雪崩電壓VB。設(shè)置APD的工作點一般略小于VB，如圖2所示。 未調(diào)制時，由平均光通量P0所產(chǎn)生的散粒噪聲引起的電流波動Ic可表示為： 由于熱噪聲和放大器內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲引起的電流波動Ib為： 對噪聲源模型的特征和噪聲進行分析。當信號光強度取最大振幅值Pmax時，電流值Jsmax為： 利用這些公式可以計算由光信號變換成電信號時的信噪比為： 因為光電檢測器內(nèi)部阻抗很大，可看作電流源，所以若檢測器的負載阻抗大的話，則Ib2就下降，結(jié)果使得SNR增加，所以一般負載電阻取得較大，但不能太大。若加大負載電阻，則放大器輸入端的時間常數(shù)CR對頻帶的限制增強，高頻信號成分受到抑制，而這兩方面的需求卻是互相制約，互相矛盾的。然而，Ib2的減小所引起SNR的增加與高頻信號衰減所引起SNR下降可得到補償。要放大頻率在10 MHz范圍內(nèi)的信號，光電檢測器與APD配合使