基于APD 光电二极管的光电转换电路研制

◎佘梦媛 冀 楠 李 彬

引言：光电二极管可以将接收到的光信号转化为电信号，其性能有多种表征方式，例如光电响应度、暗电流、有效频率区间等，根据其功能和应用的不同特点，不同类型的光电二极管都有各自的应用范围。较为常见的两种光电二极管为PIN 型和APD型光电二极管，其中PIN 型光电二极管是在PN 结中间加入了一个I 极，能够实现电子和空穴扩散并激发光子的作用，APD 型光电二极管的特点是具有电流放大作用，能够将微弱光信号通过电子雪崩效应转换为较强的电流输出，因此对于微弱光信号的检测，常使用APD 型光电二极管进行光电信号转换。

APD 型光电二极管的驱动技术较为成熟，需要注意的是不同类型的APD 光电二极管会根据厂家的封装而导致偏置电压的不同，通常其偏置电压会在数据手册中给出，设计人员需要根据手册中的信息进行驱动电源电路的设计。本文采用的APD 型光电二极管检测范围为800-1700 nm，响应度为0.9 A/W，接口为带尾纤的FC/APC 型接口，适用于各类微弱光信号转换系统，本文设计的电路用于气体检测实验系统。

因此本文针对APD 光电二极管开展相关测试实验，并通过噪声抑制的方法，设计并制作可以提取微弱光信号的检测器电路，为光电检测领域的工作提供参考。

一、光电噪声抑制

项目中使用的APD 光电二极管需要较高的偏压才能够工作，根据器件的测试手册，开展了实验测试，使用39V 电压作为偏压，测试的结果如图1 所示。图中可见，信号耦合了大量噪声，这对于高速光电信号转换是不利的，因此需要进行噪声去除工作。系统中首先更换了供电电源电路，使用噪声较低的线性稳压电源替代之前的开关电源，这对于电源纹波造成的噪声抑制是十分必要的。其次系统中使用了低通滤波电路，有效去除了部分高频噪声。最后，系统中使用了差分电路，可以使用参考通道进行差分处理，可以进一步去除系统噪声。

图1 耦合噪声信号的光电转换信号示波器截图

二、光电信号转换实验

对研制电路进行光电信号转换测试实验，以1550 nm 的近红外脉冲信号作为输入光源，信号频率为270 Hz，使用示波器进行截图，测得的信号如图2 所示。由图可见，信号噪声较小，上升沿和下降沿转换速度很快，研制的电路能够实现光电信号转换的功能。

图2 使用270 Hz 的红外脉冲信号进行光电转换实验

结论：本文研制了基于APD 的光电转换电路，并开展了光电信号转换和噪声抑制工作等，最终能够实现光电信号的有效转换。研制的电路可用于高速、高精度微弱光信号探测系统中，实现光电信号的转换功能，通过后端的信号采集和处理电路，可以实现完整的光电信号转换和处理等功能。