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基于APD的光電探測器電路研究與設(shè)計

作者： 時間：2009-08-24 來源：網(wǎng)絡(luò) 收藏

1．3 噪聲對光電探測器電路的影響
一般用作高靈敏度電子探測設(shè)備的光電探測器前置放大電路，噪聲系數(shù)要求很嚴(yán)格。因為在放大微弱信號的場合，放大器自身對噪聲的放大和受噪聲信號的干擾可能很嚴(yán)重，光電探測器所接收到的信號一般都非常微弱，而且光探測器輸出的信號往往被深埋在噪聲之中，因此，要對這樣的微弱信號進行處理，一般都要先進行預(yù)處理，將大部分噪聲濾除掉，并將微弱信號放大到后續(xù)處理器所要求的電壓幅度。因此，希望減小噪聲以提高輸出的信噪比。由放大器所引起的信噪比惡化程度通常有幾種噪聲系數(shù)的影響。
考慮Johnson噪聲折合成起伏電流為：

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/169478.htm


以及結(jié)型場效應(yīng)管噪聲主要導(dǎo)電溝道的電阻所產(chǎn)生的溝道熱噪聲：


還有幾種柵極感應(yīng)噪聲、柵極散粒噪聲、1／f噪聲。由于高頻等因素，在一般情況下可以忽略不計。
由此，得到了圖4相應(yīng)的簡化噪聲等效電路，如圖5所示。同樣可以將式(2)寫成電流表示形式：

由圖5可知：



由于實際電路中1／R2≤ω2(Co+Ci)2，所以1／R2可以不計。將|Y|2=ω2(Co+Ci)2代入式(3)，并將式(2)代入式(3)，得：


若輸入端信號電流為Is，則信噪比為：

2 光電探測器電路設(shè)計
綜上所述，需要設(shè)計一個高增益的光電探測器電路。為了使光電探測器能高精度地檢測及傳送微弱信號，一個重要的措施就是選擇具有抗強干擾的低噪聲前置放大器。該前級部分由雪崩光電二極管(APD)與前置放大器組成，這也是光電探測器電路的核心部分，其器件選用高性能、低噪聲放大器來實現(xiàn)電路匹配，并將電流轉(zhuǎn)換成電壓信號，以實現(xiàn)數(shù)倍的放大。理論上看，前置放大器倍數(shù)可以設(shè)計得很大，但由于會引入熱噪聲而限制電路的信噪比，因此前置信號也不能放得過大。在前置放大器后再加人運算放大器，這樣就不會造成信噪比下降，并保證了光電探測器電路的放大倍數(shù)。其中，低噪聲放大器對整個接收系統(tǒng)的性能指標(biāo)起著關(guān)鍵作用，設(shè)計出性能好的放大器可以帶來10 dB的噪聲改善。為降低放大器的噪聲，應(yīng)選用高跨導(dǎo)(gm)低噪聲結(jié)型場效應(yīng)管。由于選用APD作為光電轉(zhuǎn)換器，要克服噪聲的影響，應(yīng)注意減少寄生效應(yīng)，如寄生電容效應(yīng)等。要最大限度地降低極間電容的影響，應(yīng)注意裝配工藝設(shè)計，減小APD的輸出電容Co和放大器的輸入電容Ci。其優(yōu)點是適合高速應(yīng)用，并能大大降低探測器的極間電容C，極間電容的降低對光電轉(zhuǎn)換電路噪聲的降低將有重大的意義。

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