解析高速光電二極管信號調理電路圖-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2021-09-10
圖1所示電路是一個高速光電二極管信號調理電路，具有暗電流補償功能。系統轉換來自高速硅PIN光電二極管的電流，并驅動20 MSPS模數轉換器（ADC）的輸入。
該器件組合可提供400 nm至1050 nm的頻譜敏感度和49 nA的光電流敏感度、91 dB的動態范圍以及2 MHz的帶寬。
信號調理電路采用±5 V電源供電，功耗僅為40 mA，適合便攜式高速、高分辨率光強度應用，如脈搏血氧儀。
圖1. 具有暗電流補償功能的光電二極管前置放大器系統（原理示意圖：未顯示所有連接和去耦）
高速光電二極管信號調理電路還適合其它應用，如模擬光隔離器。它還能滿足需要更高帶寬和更低分辨率的應用，如自適應速度控制系統。
本電路筆記討論圖1中所示電路的優化設計步驟，以滿足特定帶寬應用的要求，這些步驟包括：穩定性計算、噪聲分析和器件選擇考慮因素。
光電二極管屬于高阻抗傳感器，用于檢測光的強度。它沒有內部增益，但相比其它光檢測器，可在更高的光級度下工作。
光電二極管工作時采用零偏置（光伏）模式或反向偏置（光導）模式。
光伏模式可獲得最精確的線性運算，而讓二極管工作在光導模式可實現更高的開關速度，但代價是降低線性度。
在反向偏置條件下，存在少量的電流（稱為暗電流），它們甚至在沒有光照度的情況下也會流動。可在運算放大器的同相輸入端使用第二個同類光電二極管消除暗電流誤差，如圖1所示。
有三個因素影響光電二極管的響應時間：
處于光電二極管耗盡區域內載波的充電采集時間
處于光電二極管未耗盡區域內載波的充電采集時間
二極管電路組合的RC時間常數
由于結電容取決于光電二極管的擴散區以及施加的反向偏置，采用擴散區較小的光電二極管并施加較大的反向偏置即可獲得更快的上升時間。
在 CN-0272電路筆記中，采用 SFH 2701 PIN光電二極管，其結電容典型值為3 pF，0 V偏置下的最大值為5 pF。
1 V反向偏置時的典型電容為2 pF，5 V 反向偏置時為1.7 pF。本電路的測量均在5 V反向偏置下進行。
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