基于APD的光电探测器电路研究与设计

作者：时间：2009-08-24来源：网络收藏

1．3 噪声对光电 探测器电路的影响
一般用作高灵敏度电子探测设备的光电 探测器前置放大电路，噪声系数要求很严格。因为在放大微弱信号的场合，放大器自身对噪声的放大和受噪声信号的干扰可能很严重，光电 探测器所接收到的信号一般都非常微弱，而且光探测器输出的信号往往被深埋在噪声之中，因此，要对这样的微弱信号进行处理，一般都要先进行预处理，将大部分噪声滤除掉，并将微弱信号放大到后续处理器所要求的电压幅度。因此，希望减小噪声以提高输出的信噪比。由放大器所引起的信噪比恶化程度通常有几种噪声系数的影响。
考虑Johnson噪声折合成起伏电流为：

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/169478.htm

以及结型场效应管噪声主要导电沟道的电阻所产生的沟道热噪声：

还有几种栅极感应噪声、栅极散粒噪声、1／f噪声。由于高频等因素，在一般情况下可以忽略不计。
由此，得到了图4相应的简化噪声等效电路，如图5所示。同样可以将式(2)写成电流表示形式：

由图5可知：

由于实际电路中1／R2≤ω2(Co+Ci)2，所以1／R2可以不计。将|Y|2=ω2(Co+Ci)2代入式(3)，并将式(2)代入式(3)，得：

若输入端信号电流为Is，则信噪比为：

2 光电探测器电路设计
综上所述，需要设计一个高增益的光电探测器电路。为了使光电探测器能高精度地检测及传送微弱信号，一个重要的措施就是选择具有抗强干扰的低噪声前置放大器。该前级部分由雪崩光电二极管(APD)与前置放大器组成，这也是光电探测器电路的核心部分，其器件选用高性能、低噪声放大器来实现电路匹配，并将电流转换成电压信号，以实现数倍的放大。理论上看，前置放大器倍数可以设计得很大，但由于会引入热噪声而限制电路的信噪比，因此前置信号也不能放得过大。在前置放大器后再加人运算放大器，这样就不会造成信噪比下降，并保证了光电探测器电路的放大倍数。其中，低噪声放大器对整个接收系统的性能指标起着关键作用，设计出性能好的放大器可以带来10 dB的噪声改善。为降低放大器的噪声，应选用高跨导(gm)低噪声结型场效应管。由于选用APD作为光电转换器，要克服噪声的影响，应注意减少寄生效应，如寄生电容效应等。要最大限度地降低极间电容的影响，应注意装配工艺设计，减小APD的输出电容Co和放大器的输入电容Ci。其优点是适合高速应用，并能大大降低探测器的极间电容C，极间电容的降低对光电转换电路噪声的降低将有重大的意义。