CN218673908U - 一种平衡光电探测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种平衡光电探测器，所述探测器包括：相连接的两个光电二极管以及与两光电二极管的连接节点依次连接的跨阻放大器、第一运算放大器、第一缓冲放大器，一个光电二极管的负极连接正偏置电压，正极连接另一个光电二极管的负极，另一光电二极管的正极连接负偏置电压；还包括一一对应连接于两个光电二极管的两个监测电路，分别用于将两个光电二极管的电流信号转化为电压信号后输出。采用跨阻放大器、第一运算放大器、第一缓冲放大器对两个光电二极管的差分光电信号进行电压转化、降噪放大、增大驱动能力、降低输出阻抗等的处理，以使得输出的电压信号满足探测要求，具有噪声低、抗干扰能力强、稳定性较好的优点。

Description

一种平衡光电探测器

技术领域

本实用新型涉及光电探测领域，特别是涉及一种平衡光电探测器。

背景技术

光电探测器普遍应用于量子传感领域，例如基于NV色心的金刚石在激光的照射下发出的荧光由光电探测器予以收集，在测量过程中，常用的单管光电探测器易受环境因素的影响，会给探测器带来噪声，影响测量的精密性。

为此，现有技术中有采用平衡光电探测器，通过采用两个光电探测器进行光信号的探测，将两个探测器的输出电流进行差分处理，以降低噪声，提高准确性。存在的不足在于，现有的平衡光电探测器在一些应用领域，适用性较弱，尤其是量子传感领域，在将其应用于量子传感测量中时，由于对探测光的空间分辨率要求较高，会存在比如环境中的温度变化、抖动等因素造成的噪声，使得测量精密性、信噪比均较低，且稳定性较差。

针对现有技术的不足，需要研制一种噪声低、抗干扰能力强、稳定性较好的平衡光电探测器。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种平衡光电探测器，用于解决现有技术中的光电探测器易受环境因素影响产生噪声、抗干扰能力差的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种平衡光电探测器， 所述探测器包括：相连接的两个光电二极管以及与两光电二极管的连接节点依次连接的跨阻放大器、第一运算放大器、第一缓冲放大器，所述跨阻放大器将两个光电二极管的差分电流信号转化为电压信号后依次传输给第一运算放大器、第一缓冲放大器分别进行放大和缓冲处理后输出，一个光电二极管的负极连接正偏置电压，正极连接另一个光电二极管的负极，另一光电二极管的正极连接负偏置电压；还包括一一对应连接于两个光电二极管的两个监测电路，分别用于将两个光电二极管的电流信号转化为电压信号后输出。

进一步地，每个所述监测电路包括依次连接的第二运算放大器、第二缓冲放大器，在一个监测电路中，其第二运算放大器的同相端连接于正偏置电压，反向端连接于与正偏置电压相连的光电二极管的负极；在另一个监测电路中，其第二运算放大器的同相端连接于与负偏置电压相连的光电二极管的正极，反向端连接于负偏置电压，所述正偏置电压、负偏置电压与对应连接的两个光电二极管之间分别连接有电阻，两个所述第二运算放大器的同相端和反相端分别连接在所述电阻的两端。

进一步地，所述第二运算放大器、第二缓冲放大器之间串联有电阻。

进一步地，还包括偏置电压电路，其输出端分别连接于两个光电二极管，向其提供偏置电压。

进一步地，所述偏置电压电路包括一基准电压源芯片和与其并联连接的两个第三运算放大器，所述基准电压源芯片的VIN引脚接入外部电压，VOUT引脚通过一电阻连接于两个并联的第三运算放大器，一个第三运算放大器的反相端通过一电阻连接于基准电压源芯片，且反相端与输出端之间连接有并联连接的一电阻和一电容，输出端输出负偏置电压；另一第三运算放大器的正相端通过一电阻连接于基准电压源芯片，且反相端与输出端之间连接一电阻，输出端输出正偏置电压。

进一步地，所述光电二极管为PIN型。

进一步地，所述跨阻放大器为ADA4625-1型号，所述第一运算放大器、第一缓冲放大器均为OPA189型号。

进一步地，所述第二运算放大器为OPA192型号、第二缓冲放大器为OPA189型号。

如上所述，本实用新型的平衡光电探测器，具有以下有益效果：

1、采用跨阻放大器、第一运算放大器、第一缓冲放大器对两个光电二极管的差分光电信号进行电压转化、降噪放大、增大驱动能力、降低输出阻抗等的处理，以使得输出的电压信号满足探测要求，具有噪声低、抗干扰能力强、稳定性较好的优点，其中选用的跨阻放大器型号为ADA4625-1，其温漂降至1.2μV/°C，最大噪声低至0.15μV，第一运算放大器、第一缓冲放大器的型号均为OPA189，温漂低至0.005μV/°C；

2、采用基准源电压芯片以及并联连接的两个第三运算放大器为两个光电二极管提供偏置电压，基准电压源芯片选用的型号为ADR4550ARZ，噪声低至1uVp-p，温漂低至1ppm/℃，能够有效降噪、且稳定性好。

附图说明

图1显示为本实用新型的平衡光电探测器的结构示意图；

图2显示为本实用新型的差分电流处理电路的结构示意图；

图3显示为本实用新型的监测电路结构示意图；

图4显示为本实用新型的偏置电压电路结构示意图。

元件标号说明：1—光电二极管；2—跨阻放大器；3—第一运算放大器；4—第一缓冲放大器；5—第二运算放大器；6—第二缓冲放大器；7—基准电压源芯片；8—第三运算放大器。

实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图示所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1-图4所示，本实用新型提供一种平衡光电探测器，包括相连接的两个光电二极管1以及与两光电二极管1的连接节点依次连接的跨阻放大器2、第一运算放大器3、第一缓冲放大器4，由两个光电二极管1的连接节点处输出差分电流信号，跨阻放大器2将两个光电二极管1的差分电流信号转化为电压信号后依次传输给第一运算放大器3、第一缓冲放大器4分别进行放大和缓冲处理后输出；一个光电二极管1的负极连接正偏置电压，正极连接另一个光电二极管1的负极，另一光电二极管1的正极连接负偏置电压；还包括一一对应连接于两个光电二极管1的两个监测电路，分别用于将两个光电二极管1的电流信号转化为电压信号后输出。

如图1、图3所示，每个监测电路包括依次连接的第二运算放大器5、第二缓冲放大器6，在一个监测电路中，其第二运算放大器5的同相端连接于正偏置电压，反向端连接于与正偏置电压相连的光电二极管1的负极；在另一个监测电路中，其第二运算放大器5的同相端连接于与负偏置电压相连的光电二极管1的正极，反向端连接于负偏置电压。正偏置电压、负偏置电压与对应连接的两个光电二极管1之间分别连接有电阻，两个第二运算放大器5的同相端和反相端分别连接在电阻的两端，且反相端与输出端之间还通过电阻连接，形成负反馈。

本实用新型通过将两个光电二极管的光电信号进行差分，以消除共模噪声，再将差分电流信号输入跨阻放大器2中，将光电流信号转化为电压信号，以降低噪声，所选用的跨阻放大器型号为ADA4625-1，其温漂低至1.2μV/°C，最大噪声低至0.15μV；再经第一运算放大器3对电压信号进行放大处理，并进一步降低噪声，最后进入第一缓冲放大器4中进行缓冲滤波处理，能够增大驱动能力，降低输出阻抗，以使得输出的电压信号满足使用要求，第一运算放大器3、第一缓冲放大器4的型号均为OPA189，温漂低至0.005μV/°C。每个光电二极管1输出的电流信号经光电二极管1所连接的电阻，被第二运算放大器5所采集，进而转化为电压，并予以放大处理，以进一步降低噪声，第二运算放大器5选用OPA192型号，温漂低至0.2μV/°C、噪声低至3μV，再经第二缓冲放大器6进行缓冲滤波处理，降低输出阻抗，最后输出电压信号供监测用。由此，本实用新型的平衡光电探测器具有噪声低、阻抗匹配性好、稳定性好的优点，能够满足量子测量领域的以及其他领域的探测需求。

如图4所示，还包括偏置电压电路，其输出端分别连接于两个光电二极管1，向其提供偏置电压。偏置电压电路包括一基准电压源芯片7和与其并联连接的两个第三运算放大器8，基准电压源芯片7的VIN引脚接入外部电压， VOUT引脚通过一电阻连接于两个并联的第三运算放大器8，一个第三运算放大器8的反相端通过一电阻连接于基准电压源芯片7，且反相端与输出端之间连接有并联连接的一电阻和一电容，输出端输出负偏置电压；另一第三运算放大器8的正相端通过一电阻连接于基准电压源芯片7，且反相端与输出端之间连接一电阻，输出端输出正偏置电压。第三运算放大器的型号为OPA189，基准电压源芯片7选用的型号为ADR4550ARZ，噪声低至1uVp-p，温漂低至1ppm/℃。

综上，本实用新型采用跨阻放大器、第一运算放大器、第一缓冲放大器对两个光电二极管的差分光电信号进行电压转化、降噪放大、增大驱动能力、降低输出阻抗等的处理，以使得输出的电压信号满足探测要求，具有噪声低、抗干扰能力强、稳定性较好的优点。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种平衡光电探测器，其特征在于，所述探测器包括：相连接的两个光电二极管（1）以及与两光电二极管（1）的连接节点依次连接的跨阻放大器（2）、第一运算放大器（3）、第一缓冲放大器（4），所述跨阻放大器（2）将两个光电二极管（1）的差分电流信号转化为电压信号后依次传输给第一运算放大器（3）、第一缓冲放大器（4）分别进行放大和缓冲处理后输出，一个光电二极管（1）的负极连接正偏置电压，正极连接另一个光电二极管（1）的负极，另一光电二极管（1）的正极连接负偏置电压；还包括一一对应连接于两个光电二极管（1）的两个监测电路，分别用于将两个光电二极管（1）的电流信号转化为电压信号后输出。

2.根据权利要求1所述的平衡光电探测器，其特征在于：每个所述监测电路包括依次连接的第二运算放大器（5）、第二缓冲放大器（6），在一个监测电路中，其第二运算放大器（5）的同相端连接于正偏置电压，反向端连接于与正偏置电压相连的光电二极管（1）的负极；在另一个监测电路中，其第二运算放大器（5）的同相端连接于与负偏置电压相连的光电二极管（1）的正极，反向端连接于负偏置电压，所述正偏置电压、负偏置电压与对应连接的两个光电二极管（1）之间分别连接有电阻，两个所述第二运算放大器（5）的同相端和反相端分别连接在所述电阻的两端。

3.根据权利要求2所述的平衡光电探测器，其特征在于：所述第二运算放大器（5）、第二缓冲放大器（6）之间串联有电阻。

4.根据权利要求1所述的平衡光电探测器，其特征在于：还包括偏置电压电路，其输出端分别连接于两个光电二极管（1），向其提供偏置电压。

5.根据权利要求4所述的平衡光电探测器，其特征在于：所述偏置电压电路包括一基准电压源芯片（7）和与其并联连接的两个第三运算放大器（8），所述基准电压源芯片（7）的VIN引脚接入外部电压，VOUT引脚通过一电阻连接于两个并联的第三运算放大器（8），一个第三运算放大器（8）的反相端通过一电阻连接于基准电压源芯片（7），且反相端与输出端之间连接有并联连接的一电阻和一电容，输出端输出负偏置电压；另一第三运算放大器（8）的正相端通过一电阻连接于基准电压源芯片（7），且反相端与输出端之间连接一电阻，输出端输出正偏置电压。

6.根据权利要求1所述的平衡光电探测器，其特征在于：所述光电二极管为PIN型。

7.根据权利要求1所述的平衡光电探测器，其特征在于：所述跨阻放大器（2）为ADA4625-1型号，所述第一运算放大器（3）、第一缓冲放大器（4）均为OPA189型号。

8.根据权利要求2所述的平衡光电探测器，其特征在于：所述第二运算放大器（5）为OPA192型号、第二缓冲放大器（6）为OPA189型号。

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