DE2245508B2 - Process for operating point control of semiconductor avalanche photodiodes - Google Patents
Process for operating point control of semiconductor avalanche photodiodesInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Arbeitspunktregelung von Halbleiter-Avalanche-Fotodioden, die insbesondere zur Messung kleiner Lichtsignale verwendet werden, wobei der Rauschpegel der Avalanche-Fotodiode gemessen wird und als Regelgröße zur Einstellung des Arbeiispunktes der Avalanche-Fotodiode derart verwendet wird, daß der mittlere Rauschpegel ronstant bleibt.The invention relates to a method for operating point control of semiconductor avalanche photodiodes, which are used in particular to measure small light signals, the noise level being the Avalanche photodiode is measured and as a control variable for setting the working point of the avalanche photodiode is used such that the mean noise level remains constant.
Unter einer Halbleitcr-Avalanche-Fotodiode versteht man ein zweipoliges bauelement, bei dem die Stromspannungscharaktenstik ausgenutzt wird, um Lichtenergie zu messen. Es besu-ht im allgemeinen aus einem Halbleiterkristall mit Sperrschicht. Wird die Sperrspannung an der Diode bis zu einem bestimmten Wert, der sogenannten Durchbruchspannung, erhöht, so steigt der Sperrstrom sprungartig um mehrere Zehnerpotenzen an. Die Ursache dafür ist die hohe Feldstärke der Sperrschicht, welche die den Sperrstrom bildenden Ladungsträger so stark beschleunigt, daß sie durch Stoßionisierung von Gitteratomen Trägerlawinen auslösen, die den Stromanstieg verursachen.A semiconductor avalanche photodiode is a two-pole component in which the Voltage characteristics are used to measure light energy. It generally looks like a semiconductor crystal with a barrier layer. The reverse voltage on the diode is up to a certain level Value, the so-called breakdown voltage, increased so the reverse current increases suddenly by several powers of ten. The reason for this is the high field strength the barrier layer, which accelerates the charge carriers forming the reverse current so much that they pass through Impact ionization of lattice atoms trigger avalanches that cause the current to rise.
Derartige Halbleiter-Avalanche-Fotodioden werden in zunehmendem Maße als Detektoren für kleine Lichtsignale, so z. B. in Laser-Entfernungsmessern, eingesetzt. Ein derartiger Laser-Entfernungsmesser mißt die Laufzeit zwischen dem Aussenden eines Laserimpulses und dem Eintreffen des vom Ziel reflektierten Impulses.Such semiconductor avalanche photodiodes are increasingly used as detectors for small size Light signals, e.g. B. used in laser rangefinders. Such a laser rangefinder measures the transit time between the emission of a laser pulse and the arrival of the target reflected pulse.
Da die Energie der reflektierten Impulse, insbesondere bei großen Entfernungen, oftmals sehr klein ist, muß der Arbeitspunkt der das reflektierende Licht messenden Halbleiter-Avalanche-Fotodiode für eine optimale Messung sehr genau eingehalten werden. Das ist besonders über einen größeren Temperaturbereich schwierig, da der optimale Arbeitspunkt und das Signal/RauschverhSltnis stark von der Temperatur abhängen. Des weiteren liefert im optimalen Arbeitspunkt das Avalanche-Rauschen einen wesentlichen Since the energy of the reflected impulses, especially at great distances, is often very small, must the operating point of the semiconductor avalanche photodiode measuring the reflecting light for an optimal Measurement are adhered to very precisely. This is especially true over a wider temperature range difficult, since the optimal working point and the signal / noise ratio strongly depend on the temperature depend. In addition, the avalanche noise provides a significant factor in the optimal operating point
Anteil des Gesamtrauschens und hängt kritisch vom eingestellten Arbeitspunkt ab.Proportion of the total noise and depends critically on the set operating point.
Aus The Review of Scientific Instruments, Bd. 41, Nr.8, Aug, 1970, S, 1191 —1195 ist ein Verfahren zur
Arbeitspunktregelung von Halbleiter-Avalanche-Fotodioden,
insbesondere zur Messung kleiner Üchtsignale, bekannt Danach ist in der Tat der Einsatz von
Avalanche-Dioden dann problematisch, wenn ein größerer Temperaturbereich auftritt, da der optimale
Arbeitspunkt und das Signal/Rauschverhältnis stark von der Temperatur abhängen. Weiter geht daraus hervor,
daß zur Arbeitspunktregelung von Halbleiter-Avalanche-Fotodioden der mittlere Rauschpegel der Fotodioden
zu messen und als Regelgröße zu verwenden ist
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit
dem der optimale Arbeitspunkt genau eingehalten werden kann.From The Review of Scientific Instruments, Vol. 41, No. 8, Aug, 1970, pp. 1191-1195, a method for operating point control of semiconductor avalanche photodiodes, in particular for measuring small ight signals, is known. It is actually used Avalanche diodes are problematic when a larger temperature range occurs, since the optimal operating point and the signal / noise ratio depend heavily on the temperature. It also emerges from this that for operating point control of semiconductor avalanche photodiodes, the mean noise level of the photodiodes is to be measured and used as a control variable
The invention is based on the object of specifying a method of the type mentioned at the beginning with which the optimal operating point can be precisely maintained.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in Meßpausen, in denen kein Lichtsignal gemessen wird, die Vorspan-The object is achieved in that in measurement pauses in which no light signal is measured, the preload
2> nung an der Avalanche-Fotodiode auf einen Wert weit unterhalb des Avalanche-Gebietes umgeschaltet wird und nur während dieser Zeit die mittlere Rauschspannung oder die Anzahl der Rauschimpulse, die in einer vorgegebenen Zeit einen vorgegebenen Sollwert2> voltage on the avalanche photodiode to a value far is switched below the avalanche range and only during this time the mean noise voltage or the number of noise pulses that reach a given target value in a given time
ω überschreiten, gemessen werden, und als Regelgröße zur Einstellung des Arbeitspunktes verwendet werden.exceed ω, be measured, and as a controlled variable can be used to set the operating point.
Durch diese Lösung ist insbesondere für Systeme mit zeitabhängiger Verstärkung ein besonders günstiges Verfahren, die Regelgröße in Augenblicken mit j bekannter fester Verstärkung zu bestimmen, gegeben.This solution is a particularly favorable one, especially for systems with time-dependent amplification Method for determining the controlled variable in moments with j known fixed gain are given.
Im folgenden soll die Erfindung anhand der Figur näher erläutert werden, die ein Blockschaltbild einer geeigneten Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt.In the following the invention will be explained in more detail with reference to the figure, which is a block diagram of a represents a suitable arrangement for carrying out the method according to the invention.
■»« Mit 1 ist dabei die Halbleifr-Avalanche-Fotodiode bezeichnet, mit 2 ein ihr nachgeschalteter Verstärker und mit 3 eine Auswerteschaltung. Ein Regelverstärker 4, dem beispielsweise als Regelgröße die mittlere Rauschspannung am Ausgang des Verstärkers 2■ »« With 1 there is the semi-conductor avalanche photodiode denotes, with 2 a downstream amplifier and with 3 an evaluation circuit. A control amplifier 4, to which, for example, the mean noise voltage at the output of amplifier 2 as a control variable
·»") zugeführt wird, regelt das Netzgerät 5 für die Halbleiter-Avalanche-Fotodiode, das wiederum den Arbeitspunkt der Diode 1 in Abhängigkeit von der Regelgröße steuert. Um also einen günstigen Arbeitspunkt der Fotodiode 1 einzuhalten, wird dieser nach der · »") Is supplied, the power supply unit 5 regulates the Semiconductor avalanche photodiode, which in turn determines the operating point of the diode 1 as a function of the Controlled variable. So in order to maintain a favorable working point of the photodiode 1, this is after the
·'> mittleren Rauschspannung am Verstärkerausgang 2 geregelt. Um ein erlaubtes schlechtes Signal/Rauschverhältnis nicht zu unterschreiten, wird auf konstante Rauschspannung geregelt. Es kann in der Praxis einfacher sein, als Regelgröße eine andere, in bekannter· '> Average noise voltage at the amplifier output 2 regulated. In order not to fall below a permitted bad signal / noise ratio, constant Noise voltage regulated. In practice, it can be simpler than another, known as a controlled variable
>■' und eindeutiger Weise von der Rauschleistung abhängenden Funktion, zu benutzen, nämlich die Anzahl der Rauschimpulse, die in einer gegebenen Zeit eine Schwelle überschreiten.> ■ 'and unambiguously dependent on the noise power Function to use, namely the number of noise pulses that occur in a given time Exceed the threshold.
Claims (1)
Priority Applications (1)
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| DE2245508A DE2245508C3 (en) | 1972-09-15 | 1972-09-15 | Process for operating point control of semiconductor avalanche photodiodes |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE2245508A1 DE2245508A1 (en) | 1974-03-21 |
| DE2245508B2 true DE2245508B2 (en) | 1979-01-11 |
| DE2245508C3 DE2245508C3 (en) | 1979-09-13 |
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| DE102012020288A1 (en) * | 2012-10-17 | 2014-04-17 | Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh | Optoelectronic detection device mt reduced energy consumption, motor vehicle and corresponding method |
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1972
- 1972-09-15 DE DE2245508A patent/DE2245508C3/en not_active Expired
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