CN102594441A - 用于apd探测器组件的耦合装置、设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于雪崩光电二极管（APD）探测器组件的耦合装置、设备和方法，主要包括电流源，产生稳定电流加持给每个APD器件，使其处在击穿条件下；第一开关，闭合或断开APD器件的电流输入；第二开关，在所述APD器件的两端加电压或断开以及接通或断开所述A/D采样模块的采样通路；A/D采样模块，记录处在击穿状态下的所述APD器件的方向偏压值，并输入到所述电压存储计算模块；电压存储计算模块，对所述A/D采样模块传输过来的电压进行存储计算，并向所述电压产生模块下达产生满足一定比例电压的指令；电压产生模块，根据所述的指令产生APD器件工作范围内的任意电压。采用该装置和设备，为APD器件提供最佳工作电压。

Description

用于APD探测器组件的耦合装置、设备及方法
技术领域
 本发明涉及光通信领域及光电传感领域的光电转换技术，尤其涉及一种用于雪崩光电二极管(APD)探测器组件的耦合装置、设备及方法，能够针对APD器件在进行光耦合生产过程中，需要寻找其击穿电压，并在其最佳工作点耦合的要求。
背景技术
 雪崩光电二极管（APD）光电探测器与PIN光电二极管探测器一样，都是用于光通信行业收发设备上接收机端把光信号直接转换为电信号的关键元件。因其具有内部增益能力而应用在灵敏度要求更高的系统，如长距离传输传输等。目前APD器件的耦合工艺，大都沿用通用的PIN耦合技术及平台,即使用低压耦合的方式，如图1所示。
实际上，APD器件与PIN器件在应用和工作原理存在很大差异。APD管芯内部的强电场分布区域，能产生雪崩增益效应，从而内部能够将入射光信号放大，提高器件灵敏度。为了获取强电场，APD器件必须工作在较高的反向偏置电压状态下，一般高于30V。而PIN器件无内部增益，通常工作于较低的反向偏置电压下，一般是3.3V或5V。使用目前的低偏压耦合APD器件时，由于电场强度低，其最佳倍增区和其它区域的光响应差异很小，因此容易产生耦合偏差，使得APD器件性能达不到最佳，甚者出现无灵敏度的现象。另外，由于APD器件本身特点，每一只APD器件的工作电压均不一致，而APD器件不同的工作电压下的增益不同，导致目前已使用统一的高偏压来耦合时，无法使得每只APD器件耦合最佳，影响APD器件一致性和成品率。
发明内容
 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种用于雪崩光电二极管(APD)探测器组件的耦合装置、设备及方法，使其能够针对不同APD器件的耦合电压不一致，解决了每只APD器件的耦合点不一样的问题，使APD器件在工作的反向偏置电压条件下耦合，保证每只器件均能耦合到最佳，从而提高器件成品率。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于雪崩光电二极管APD探测器组件的耦合装置，用于为待耦合的APD器件提供最佳工作电压；该装置包括电流源、第一开关、第二开关、电压产生模块、存储计算模块和A/D采样模块；其中，
电流源，用于产生稳定电流加持给每个APD器件，使其处在击穿条件下；
第一开关，用于闭合或断开所述APD器件的电流输入；
第二开关，用于在所述APD器件的两端加电压或断开，以及接通或断开所述A/D采样模块的采样通路；
A/D采样模块，用于记录处在击穿状态下的所述APD器件的方向偏压值，并输入到所述电压存储计算模块； 
电压存储计算模块，对所述A/D采样模块传输过来的电压进行存储计算，并向所述电压产生模块下达产生满足一定比例电压的指令；
电压产生模块，用于根据所述的指令产生所述APD器件工作范围内的任意电压。
其中，所述电流源为电流源芯片，其能够产生10uA、100uA或其他规定值的稳定电流。
所述第一开关为按键式开关，第二开关为单刀双掷开关。
所述电压产生模块为倍压电路。
所述电压存储计算模块为单片机。
一种包含权利要求1至5任一项所述耦合装置的耦合设备，包括稳压源和待耦合APD器件，所述耦合装置连接于稳压源与待耦合APD器件之间，该耦合装置，用于为所述待耦合APD器件提供最佳工作电压。
一种用于雪崩光电二极管APD探测器组件的耦合方法，包括：
将电流源产生的电流通过待耦合的APD器件，然后对所述APD器件的反向偏置电压进行采样记录；
对该反偏压的电压值进行存储计算，然后断开电流源，再将所述记录的电压值的一定比例的高电压输出加持到待耦合APD器件，在此状态下，进行耦合操作。
本发明所提供的用于雪崩光电二极管(APD)探测器组件的耦合装置、设备及方法，具有以下优点：
以前采用稳压源缓慢加电找到APD的击穿电压（Vbr）后，再降电压至0.85~0.93倍的Vbr后再做耦合，不仅效率低，而且容易产生过冲击损坏器件。使用该设备后，可以在每只器件的最佳工作偏压下进行耦合，使得性能达到最佳。以前采用统一高压的方式，对每只器件来说，由于击穿电压不一致，导致每只器件的倍增不一样，难以达到统一的判断标准。采用该装置和方法后，能够统一判定，方便操作，提高生产效率和安全性，提升器件一致性和成品率。
附图说明
图1为现有采用通用PIN耦合技术的APD器件结构示意图；
图2为包含本发明用于APD探测器组件的耦合设备连接示意图；
图3为本发明用于APD探测器组件的耦合装置的实施例一示意图；
图4为本发明用于APD探测器组件的耦合装置的实施例二示意图。
【主要部件及符号说明】
1：光信号
2：稳压源
3：PIN/APD器件
4：交流电压信号
5：APD器件耦合装置
  51：电流源
  52：第一开关
  53：第二开关
  54：电压产生模块
  55：存储计算模块
  56：A/D采样模块
57：倍压电路模块。
具体实施方式
下面结合附图及本发明的实施例对本发明的设备和方法作进一步详细的说明。
图2为包含本发明用于APD探测器组件的耦合设备的连接示意图，如图2所示，稳压源2为APD器件耦合器5提供直流电源，其偏置电压一般为3.3V或5V，该电压加在PIN/APD器件3上，当光信号1入射进PIN/APD器件3，输出交流电压信号4。与现有技术相比，在APD耦合时，在该稳压源2后增设一PIN/APD器件耦合装置5（简称“耦合装置5”）即可。
图3为本发明用于APD探测器组件的耦合装置的实施例一示意图，如图3所示，该耦合装置主要包括：PIN/APD器件3，电流源51、第一开关52、第二开关53、电压产生模块54、存储计算模块55和A/D采样模块56。其中，
所述APD器件3，即为本发明所述耦合装置5进行耦合的对象。
电流源51，用于产生10uA或100uA或其他规定值的稳定电流，加持给每支APD器件3，使得APD器件3处在击穿条件下。
所述第一开关52，用于闭合或断开APD器件3的电流输入。
所述第二开关53，用于将电压加入APD器件3的或断开，以及接通或断开A/D采样模块56的采样通路。
所述电压产生模块54，用于产生APD器件3的工作范围内的任意电压；
所述电压存储计算模块55，对所述A/D采样模块56传输过来的电压进行存储计算，并向所述电压产生模块54下达产生满足一定比例的电压的指令；
所述A/D采样模块56的作用主要是将处在击穿状态下的APD器件3的方向偏置压值记录下来，并输入到所述电压存储计算模块55。
其工作过程：电流源51产生的10uA或100uA电流或其他规定电流通过待耦合ADP器件3，此时，对所述APD器件3端的反向偏置电压进行采样记录，并进行存储计算，然后再断开电流源51，再将所述记录下的电压值的一定比例的高电压输出加持到待耦合APD器件3后，在此状态下进行耦合操作。完成后，断开电压源进行下一步操作。
上述图3中，第一开关52，可采用按键式开关；电流源51，可使用简单电流源芯片；第二开关53，使用单刀双掷开关；电压产生模块54，使用倍压电路； 存储计算模块55，可采用单片机进行存储和计算数值电位器各调节值对应的输出电压；所述A/D采样模块56，采用一般数/模采样器即可。此外，可调电阻（图中未加附图标记）使用数字电位器来调节，以调节输出的电压范围。
图4为本发明用于APD探测器组件的耦合装置的实施例二示意图，如图4所示，可将所述电流源51（可以是电流源芯片）替换成镜像电流源51’；所述倍压电路模块57，使用倍压电路；存储计算模块55，可使用单片机，用于存储和计算数值电位器的各调节值对应的输出电压；A/D采样模块56，采用一般数/模采样器即可。此外，图中的可调电阻（未加附图标记）使用数字电位器，用来调节电压输出范围。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (7)

1. 一种用于雪崩光电二极管APD探测器组件的耦合装置，用于为待耦合的APD器件提供最佳工作电压；其特征在于，该装置包括电流源、第一开关、第二开关、电压产生模块、存储计算模块和A/D采样模块；其中，
电流源，用于产生稳定电流加持给每个APD器件，使其处在击穿条件下；
第一开关，用于闭合或断开所述APD器件的电流输入；
第二开关，用于在所述APD器件的两端加电压或断开，以及接通或断开所述A/D采样模块的采样通路；
A/D采样模块，用于记录处在击穿状态下的所述APD器件的反向偏置电压值，并输入到所述电压存储计算模块； 
电压存储计算模块，对所述A/D采样模块传输过来的电压值进行存储计算，并向所述电压产生模块下达产生满足一定比例电压的指令；
电压产生模块，用于根据所述的指令产生所述APD器件工作范围内的任意电压。
2.根据权利要求1所述的APD探测器组件的耦合装置，其特征在于，所述电流源为电流源芯片，其能够产生10uA、100uA或其他规定值的稳定电流。
3.根据权利要求1所述的APD探测器组件的耦合装置，其特征在于，所述第一开关为按键式开关，第二开关为单刀双掷开关。
4.根据权利要求1所述的APD探测器组件的耦合装置，其特征在于，所述电压产生模块为倍压电路。
5.根据权利要求1所述的APD探测器组件的耦合装置，其特征在于，所述电压存储计算模块为单片机。
6.一种包含权利要求1至5任一项所述耦合装置的耦合设备，包括稳压源和待耦合APD器件，其特征在于，所述耦合装置连接于稳压源与待耦合APD器件之间，该耦合装置，用于为所述待耦合APD器件提供最佳工作电压。
7.一种用于雪崩光电二极管APD探测器组件的耦合方法，其特征在于，包括：
将电流源产生的电流通过待耦合的APD器件，然后对所述APD器件的反向偏置电压进行采样记录；
对该反向偏置电压的电压值进行存储计算，然后断开电流源，再将所述记录的电压值的一定比例的高电压输出加持到待耦合APD器件，在此状态下，进行耦合操作。
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