外文翻譯----apd偏壓電路的最佳設(shè)計（中文）

1、APD APD 偏壓電路的最佳設(shè)計 偏壓電路的最佳設(shè)計孫純生，秦世橋，王興書，朱冬華 孫純生，秦世橋，王興書，朱冬華1 .國防科技大學(xué)光電科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，中國長沙 410073 2 . 海軍工程大學(xué)裝備工程部，中國武漢 430033 本文提出了一種基于溫度補(bǔ)償和負(fù)載電阻補(bǔ)償?shù)难┍拦怆姸O管（APD）反向偏壓控制方法，并詳細(xì)的分析了背景光和負(fù)載電阻對雪崩光電二極管檢測電路的影響。為雪崩光電二極管偏置電路的設(shè)計建立了一種理想的溫度補(bǔ)償和負(fù)載

2、電阻補(bǔ)償模型。據(jù)預(yù)測，這種控制方法特別適用于車輛使用的激光測距儀。實驗結(jié)果證實，本文提出的設(shè)計可以很大程度的改善測距儀的性能。 雪崩光電二極管（APD）的特點是具有很高的量子效率和教大的內(nèi)部增益，這可以很大程度的降低對前置放大電路性能的要求，并能提高檢測電路的信噪比(SNR)。因此，它具有很廣泛的用途，如光纖通信、激光測距儀、微弱信號探測器等。為了使檢測電路能獲得最佳檢測性能，APD 的外部電壓需要接近最佳倍增因子時的電壓。由于最佳倍增

3、因子是許多因數(shù)的復(fù)函數(shù)，如:外部溫度、背景光通量、放大器噪聲和系統(tǒng)帶寬，因此需要設(shè)計一個復(fù)雜的反饋控制電路及時的調(diào)整雪崩光電二極管的偏壓。當(dāng)然這就增加了開銷。本文介紹了一種簡單的、避免高開銷的方式，就是確保溫度補(bǔ)償?shù)耐瑫r給APD 偏置電路選擇一個合適的負(fù)載電阻。通過這種方式，背景光對雪崩光電二極管檢測電路造成的不良影響可在一定程度上得到補(bǔ)償，并且檢測電路抗背景光能力得到了改善。在這種方法基礎(chǔ)上為汽車防撞設(shè)計的激光測距儀能很好地滿足系統(tǒng)的

4、要求。APD 激光檢測電路的主要噪聲源包括檢測器噪聲、負(fù)載電阻噪聲、放大電路前端噪溫度和背景光條件下電路仍能保持最佳的 APD 倍增因子。目前有幾種偏置電路控制方法：恒流偏置，溫度補(bǔ)償和恒虛報警控制。恒流偏置是只適用于不變的背景光或無背景光情況。溫度補(bǔ)償抗背景光的能力較差。恒虛假控制可以保持最佳的倍增因子，但復(fù)雜的電路和高成本才換來較高的性能。本文提出了一種新方法，為 APD 偏壓電路設(shè)計了溫度補(bǔ)償以及串行電阻背景光補(bǔ)償，實現(xiàn)高性能的同

5、時保持低成本。 溫度變化對 APD 偏置電路的影響主要在兩個方面：一是溫度變化使負(fù)載電阻噪聲發(fā)生變化，因而改變了 APD 檢測電路的最佳增殖因子；另一方面，溫度變化改變了 APD 載流子和晶格之間的碰撞頻率和強(qiáng)度，這也改變了 APD 的倍增因子。以下就是分析這兩個因數(shù)的影響。 APD 倍增因子 M 和其反向偏置電壓 V 之間的關(guān)系可以用下式描述：（３）其中 V 是 APD 的反向偏置電壓， 是某一確定溫度時的擊穿電壓，n 介于 1 和

6、3 之 B V間，它由半導(dǎo)電材料、半導(dǎo)體摻雜分配和輻射源的波長決定。在方程 3 中，當(dāng) M 達(dá)到最佳值 時反向偏置電壓達(dá)到最佳 。從方程 2 和 3 我們能夠得到最優(yōu)偏置電壓 opt M opt V opt V、工作溫度和接收到的背景光功率 之間的關(guān)系如下： b P（４）方程４只包括 APD 偏置電路的溫度對負(fù)載電阻噪聲的影響，例如上文提到過的一個方面。溫度變化對 APD 倍增因子影響可表示為溫度系數(shù) 。以最佳工作電壓為 22 t C

7、22 V℃作為參考點，溫度變化引起的最佳偏置電壓的變化可以描述為：（５）(1 ) nBV M V? ? ?30 04 (1 ) 1 ( )nn nopt B opt BS b db iKTF V V M V e R P R P i kR? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?31 2 220 04 1 ( 295) ( )nnB TS b db iKTF V V V V V C T e R