apd高壓電路的設計

1、APD高壓電路介紹 May 2006,,一、APD光電檢測器的工作特性二、APD工作的高壓電路及溫度補償,,一、 APD的工作特性,,在光纖通信系統(tǒng)中應用的光電檢測器的作用是把接收到的光信號轉換成電流信號。最常用的光電檢測器是半導體PIN光電二極管和雪崩光電二極管APD。,,WTD自制APD,JDSU Mini-DIL APD,,1. APD總體介紹 APD—Avalanche Photon Diode

2、 APD光電檢測器能對器件內部的光生載流子電流進行放大，即所謂內部倍增作用。這種倍增作用的大小與器件的工作偏置有關，其響應度隨偏置電壓的增加而增加，當其偏置接近擊穿電壓時，響應度急劇增加，這就是所謂的“雪崩”效應。正因為“雪崩”效應，在一定的輸入光功率Pin條件下，APD能夠產生數(shù)倍于PIN光電流的光生電流，使其光電靈敏度更高，故APD常用于長程傳輸或DWDM等需要高接收靈敏度的光纖通信系統(tǒng)。2. APD內部主要結構,,,3

3、. APD主要參數(shù)偏置電壓— APD的偏置電壓（即通常所說的高壓）一般約為常溫60V；最近市場上也有低偏壓APD推出，其高壓只需20、30幾伏。響應度— 典型的APD響應度為0.8A/W（M=1），其中M為倍增因子，M=倍增后的電流Ig/無倍增的光生電流Ip。飽和光功率— 如圖，當輸入APD的光功率Pin達到一定值后，光電流將趨于飽和，只有在Pin低于一定值的情況下，其輸出光電流與偏壓有較大的線性范圍，APD的內阻R越

4、小，線性范圍越大。,不同輸入光強下，APD的光電流隨偏壓的變化,4. APD的溫度特性 如圖，環(huán)境溫度的變化對APD的特性影響很大，當溫度升高時，APD的擊穿電壓VBR也隨著上升，如果APD的工作電壓（即高壓）不變，APD的光電檢測性能會變弱，靈敏度降低。,溫度對APD的增益-電壓特性的影響,APD VBR的溫度系數(shù)一般約為：0.1V/℃,二、 APD高壓電路,目前光模塊的工作電壓一般為3.3V或5V，而AP

5、D所需的工作電壓高達幾十伏。為保證APD的正常工作，需要引入高壓電路及相應的溫度補償措施。APD高壓電路主要包括升壓電路、倍壓電路 和溫度補償 三個部分。,1. 升壓電路 光模塊內部采用的升壓電路一般都是非常成熟了的能夠實現(xiàn)DC/DC轉換功能的專用升壓芯片，如Linear的LT1930、Maxim的MAX1771等。通過DC/DC Converter能將輸入的電源電壓（3.3V或5V）轉換成20、30幾伏的高壓輸出。

6、 這里提到的Converter是指Boost Converter（升壓變換器）。Boost Converter主要由開關晶體管VT、二極管VD、儲能電感L和輸出濾波電容C所組成。其電路拓撲結構及波形如圖所示。,電路拓撲,(b)工作波形,升壓過程：VT的工作周期Ts = ton+toff，VT在ton期間導通，在toff期間截止。①在ton期間，電源Uin的能量存儲于L中，VT導通，VD反偏，由C向負載供給能量。

7、 ②在toff期間，VT截止，L中的電流不能突變，產生感應電勢阻止電流減小，感應電勢的極性為右正左負，VD導通，L中存儲的能量經VD、流入C，并供給負載。,③ 其中，δ = ton / Ts 為占空比，當改變δ時，就能獲得所需的上升的電壓值。,在實際應用中，DC/DC Co

8、nverter芯片的輸出電壓經分壓得到的反饋電壓與芯片內部的參考電壓進行比較，產生一個誤差信號經由PWM控制器（根據(jù)誤差信號產生不同的占空比δ來控制信號）來控制功率管的開關。當誤差放大器EA的輸出增加時，輸出的開關電流增加；當EA的輸出減小時，輸出的開關電流減小，從而實現(xiàn)高壓輸出的自動調節(jié)。,,EA,,Gate驅動器,,Boost Converter,Converter內部參考電壓輸入,,,,,,,,DC/DC Converter升壓

9、原理框圖,,反饋電壓輸入,高壓輸出,2. 倍壓電路 雖然DC/DC Converter能輸出20、30幾伏的電壓，但APD的工作電壓高達50、60幾伏，這就需要將Converter的輸出電壓進行倍壓，以滿足APD的工作需要。倍壓電路一般由整流二極管和電容構成，對前面介紹的Boost Converter進行倍壓，典型的倍壓電路如圖所示。,倍壓過程：① VT截止時，L放電，D1導通，D2截止，電流經過D1對C1充電，C1兩端

10、電壓達到VC1（ L產生的反向感應電勢）。② VT導通時， L儲能，VC1> Va ， D1截止，D2 導通。此時，C1的電荷經過D2對C2充電，直至C2兩端電壓VC2 =VC1 。③ VT再次截止時，L放電，L產生的反向感應電勢和C2上的電壓聯(lián)合作用VC2 +VC1 ，通過D3對C3充電，此時C3上的電壓就近似為2 VC1 ，實現(xiàn)了二倍壓。,3. 溫度補償 APD的溫度補償一般是通過負溫度系數(shù)的熱敏電阻來實現(xiàn)的