基于APD的光電探測(cè)器電路研究與設(shè)計(jì)

1、基于APD的光電探測(cè)器電路研究與設(shè)計(jì)摘要：實(shí)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(dǎo)放大器-電容(OTAC)連續(xù)時(shí)間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和具體實(shí)現(xiàn)，使用外部可編程電路對(duì)所設(shè)計(jì)濾波器帶寬進(jìn)行控制，并利用ADS軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)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(kù)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(cè)器電路用于對(duì)光電轉(zhuǎn)換器件輸出的微弱電壓或電流信號(hào)進(jìn)行放大、處理和整形輸出。對(duì)于不同探測(cè)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(cè)器電路性能也因此而不同。如果用來(lái)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，則重點(diǎn)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(cè)器電路匹配使用的最佳方法。針對(duì)如何提高光電信號(hào)前置放大器信噪比這一關(guān)鍵問題，進(jìn)行了分析和實(shí)踐。在設(shè)計(jì)電路過(guò)程中，除了電路結(jié)構(gòu)的考慮外，對(duì)工藝的考慮也是必須的。由于電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)考慮周全，設(shè)計(jì)的光電探測(cè)器電路信噪比高。這里還介紹通過(guò)用自制的噪聲發(fā)生器對(duì)光電探測(cè)器電路進(jìn)行定量的分析，測(cè)算出探測(cè)器的增益和信噪比。該研究是設(shè)計(jì)滿足各種光電信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的一個(gè)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(duì)信號(hào)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(dá)到某個(gè)值，APD會(huì)被擊穿，此電壓就是雪崩電壓VB。設(shè)置APD的工作點(diǎn)一般略小于VB，如圖2所示。 未調(diào)制時(shí)，由平均光通量P0所產(chǎn)生的散粒噪聲引起的電流波動(dòng)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(dòng)Ib為： 對(duì)噪聲源模型的特征和噪聲進(jìn)行分析。當(dāng)信號(hào)光強(qiáng)度取最大振幅值Pmax時(shí)，電流值Jsmax為： 利用這些公式可以計(jì)算由光信號(hào)變換成電信號(hào)時(shí)的信噪比為： 因?yàn)楣怆姍z測(cè)器內(nèi)部阻抗很大，可看作電流源，所以若檢測(cè)器的負(fù)載阻抗大的話，則Ib2就下降，結(jié)果使得SNR增加，所以一般負(fù)載電阻取得較大，但不能太大。若加大負(fù)載電阻，則放大器輸入端的時(shí)間常數(shù)CR對(duì)頻帶的限制增強(qiáng)，高頻信號(hào)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(hào)衰減所引起SNR下降可得到補(bǔ)償。要放大頻率在10 MHz范圍內(nèi)的信號(hào)，光電檢測(cè)器與APD配合使