CN111505979A - 一种自适应增益调节apd - Google Patents
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Abstract
一种自适应增益调节APD，本发明公开了一种具有增益自主调谐和高度稳定的APD，电压调谐控制单元A、升压电路单元、信号输出单元C、参考信号单元D；其中所述电压调谐控制单元A包括ADC采集、主控芯片计算和DAC输出控制子单元；升压电路单元包括DC/DC升压电路信号通道、DC/DC升压电路参考通道；信号输出单元C包括信号APD和信号滤波放大电路；参考信号单元D包括基准光源、参考APD和信号滤波放大电路，基准光源输出光波至参考APD，参考APD输出信号经滤波放大后至ADC采集，ADC采集与主控芯片相连，主控芯片与DAC输出相连后输出至DC/DC升压电路的信号通道和参考通道，DC/DC升压电路参考通道与参考APD的正极相连，DC/DC升压电路信号通道与信号APD的正极相连，信号APD的负极信号经滤波放大后输出。
Description
技术领域
本发明属于光电子技术领域，具体涉及一种自适应增益调节APD，尤其是一种具有增益自主调谐和高度稳定的APD。
背景技术
雪崩光电探测器(Avalanche PhotoDiode，APD)是微弱信号光探测的一种重要器件，利用APD在击穿电压下载流子的雪崩倍增效应来获得较大增益。APD是在光电信号变换中的重要桥梁，可广泛应用于多种需要进行微弱光检测的应用场合中。
根据理论研究，雪崩光电探测器的倍增因子M与偏置电压V的关系为
式中，VB为击穿电压；n为参数，与探测器具体材料有关，在室温范围附近可认为是固定值。
而击穿电压VB与温度T之间的关系为
VB(T)＝VB(T0)[1+a(T-T0)] (2)
式中，a为常数，T为实际温度，T0为基准温度，VB(T0)为基准温度T0时雪崩光电探测器的击穿电压，VB(T)为温度T时雪崩光电探测器的击穿电压。
实际应用中环境温度T的变化对APD的增益特性影响很大，当温度T升高时，APD的击穿电压VB随之上升；若此时APD的反偏工作电压V不改变，则APD的光电检测增益M会变小，灵敏度降低。即相同的输入光功率，在不同温度条件下，APD的输出电压信号不同，从而导致获得的光信号失真。而特别在一些需要获取光功率变化绝对值的应用场景，对光电探测器的增益稳定度要求较高。
通常为获得稳定APD增益，需要对不同温度下的APD反偏工作电压进行补偿。补偿的方法有多种，一种是采用全温建模测试APD击穿电压的方法或者与温度的关系，在实际工作中采用温度查表方式对应输出APD反偏工作电压，以达到稳定增益的目标。这种方法因需要测试不同温度下的APD击穿电压，工作量太大，经济效益低。
一种采用热敏电阻网络反馈调谐APD反偏工作电压的方法，其通过设计热敏电阻的温度敏感系数与APD击穿电压温度敏感系数一致，从而稳定APD增益。由于热敏电阻反馈的非线性效应，导致APD增益稳定效果在全温条件下精度不高。
一种采用温控的方式需要实时测量APD管芯的温度。由于APD内部一般不集成温度传感器，很难获得真实的温度值。与此同时，采用温控的方法，在高低温条件下，温控电流比较大，导致模块的功耗很大，因此不仅增大了体积，且工程实现成本较高。
上述方法除各自的缺点外，还存在一个共同的缺点，不能按需调节、随意设置APD的增益。本发明通过电压调谐控制单元、升压电路单元、信号输出单元、参考信号单元协调工作，实现了APD全温条件下稳定恒定增益的功能，而且通过主控芯片设计具有实时自主调谐APD目标增益值的功能。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种自适应增益调节APD，包括电压调谐控制单元、升压电路单元、信号输出单元、参考信号单元，实现全温条件下自主调谐和稳定APD增益的功能。
本发明的目的是通过以下技术手段实现的：
一种自适应增益调节APD，包括电压调谐控制单元A、升压电路单元、信号输出单元C、参考信号单元D；其中所述电压调谐控制单元A包括：ADC采集、主控芯片计算和DAC输出控制子单元；
ADC采集与主控芯片相连，
主控芯片与DAC输出相连，
DAC输出与DC/DC升压电路的信号通道和参考通道相连，
所述升压电路单元包括：DC/DC升压电路信号通道、DC/DC升压电路参考通道；
DC/DC升压电路信号通道与信号APD的正极相连，
DC/DC升压电路参考通道与参考APD的正极相连，
所述信号输出单元C，包括：信号APD和信号滤波放大电路；
信号APD的负极信号经滤波放大后输出，
所述参考信号单元D，包括基准光源、参考APD和信号滤波放大电路；
基准光源输出光波至参考APD，
参考APD负极输出信号经滤波放大后至ADC采集。
优选的，主控芯片计算为单片机、FPGA或DSP。
优选的，信号APD和参考APD为同厂商同批次相同工艺的APD。
优选的，基准光源为全温下恒定功率的基准光源。
本发明的有益效果是：
1.本发明通过电压调谐控制单元、升压电路单元、信号输出单元、参考信号单元，同步调谐信号APD和参考APD的反偏工作电压，实现APD全温条件下稳定恒定增益的功能，而且通过主控芯片设计具有实时自主调谐APD目标增益值的功能。
2.本发明采用全温条件下功率恒定的光源作为基准光源，提高了模块增益控制精度；信号APD和参考APD为同厂商相同工艺下的同批次APD，APD的制造工艺批次一致性高，相比热敏电阻方案的非线性效果更优。
3.本发明克服了常规方案的缺点：温度查表方式需要测试不同温度下的APD击穿电压，工作量太大，经济效益低；温控的方式需要实时测量APD管芯的温度，而APD内部一般不集成温度传感器，很难获得真实的温度值，同时温控的方法在高低温条件下，温控电流比较大，导致模块的功耗很大，增大了体积且工程实现成本较高。
附图说明
图1是一种自适应增益调节APD的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图1与实施例对本发明进行进一步说明。
一种自适应增益调节APD，其特征在于，包括电压调谐控制单元A、升压电路单元、信号输出单元C、参考信号单元D；其中所述电压调谐控制单元A包括：ADC采集、主控芯片计算和DAC输出控制子单元；
ADC采集与主控芯片相连，
主控芯片与DAC输出相连，
DAC输出与DC/DC升压电路的信号通道和参考通道相连，
所述升压电路单元包括：DC/DC升压电路信号通道、DC/DC升压电路参考通道；
DC/DC升压电路信号通道与信号APD的正极相连，
DC/DC升压电路参考通道与参考APD的正极相连，
所述信号输出单元C，包括：信号APD和信号滤波放大电路；
信号APD的负极信号经滤波放大后输出，
所述参考信号单元D，包括基准光源、参考APD和信号滤波放大电路；
基准光源输出光波至参考APD，
参考APD负极输出信号经滤波放大后至ADC采集。
具体地，所述主控芯片计算为单片机、FPGA或DSP。
所述信号APD和参考APD为同厂商同批次相同工艺的APD。
所述基准光源为全温下恒定功率的基准光源。
所述在全温下恒定功率的基准光源，参考光路单元获得APD实时增益值；电压调谐控制单元中，ADC采集参考APD信号经滤波放大后的输出电压，获得参考APD通道增益，DAC调谐升压电路单元输出高反偏电压；主控芯片通过实时采样的增益M变化，实时同步调谐DC/DC升压电路模块输入电压，实现同步调谐信号APD和参考APD的反偏工作电压的功能。同时通过闭环控制，始终保持参考通道增益M的稳定或者按预设值变化，信号通道增益M也随之稳定或随预设值变化，实现了全温条件下自主调谐和稳定APD增益的功能。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了说明本发明所作的举例，而并非对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷例。而这些属于本发明的实质精神所引申出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种自适应增益调节APD，其特征在于，包括电压调谐控制单元A、升压电路单元、信号输出单元C、参考信号单元D；其中所述电压调谐控制单元A包括：ADC采集、主控芯片计算和DAC输出控制子单元；
ADC采集与主控芯片相连，
主控芯片与DAC输出相连，
DAC输出与DC/DC升压电路的信号通道和参考通道相连，
所述升压电路单元包括：DC/DC升压电路信号通道、DC/DC升压电路参考通道；
DC/DC升压电路信号通道与信号APD的正极相连，
DC/DC升压电路参考通道与参考APD的正极相连，
所述信号输出单元C，包括：信号APD和信号滤波放大电路；
信号APD的负极信号经滤波放大后输出，
所述参考信号单元D，包括基准光源、参考APD和信号滤波放大电路；
基准光源输出光波至参考APD，
参考APD负极输出信号经滤波放大后至ADC采集。
2.根据权利要求1所述的一种自适应增益调节APD，其特征在于，主控芯片计算为单片机、FPGA或DSP。
3.根据权利要求1所述的一种自适应增益调节APD，其特征在于，信号APD和参考APD为同厂商同批次相同工艺的APD。
4.根据权利要求1所述的一种自适应增益调节APD，其特征在于，基准光源为全温下恒定功率的基准光源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010262459.4A CN111505979A (zh) | 2020-03-30 | 2020-03-30 | 一种自适应增益调节apd |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202010262459.4A CN111505979A (zh) | 2020-03-30 | 2020-03-30 | 一种自适应增益调节apd |
Publications (1)
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| CN111505979A true CN111505979A (zh) | 2020-08-07 |
Family
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| CN202010262459.4A Pending CN111505979A (zh) | 2020-03-30 | 2020-03-30 | 一种自适应增益调节apd |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN111505979A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115917269A (zh) * | 2020-08-27 | 2023-04-04 | 邦纳工程公司 | 开环光电二极管增益调节 |
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2020
- 2020-03-30 CN CN202010262459.4A patent/CN111505979A/zh active Pending
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