用PIN探测器进行激光雷达参考光检测

可靠准确的参考光检测是提高直接测距型激光主动成像系统测距精度的关键因素之一,对基于PIN探测器的参考光检测电路设计进行了深入研究。首先,对比分析了雪崩光电二极管（APD）和PIN光电二极管性能及其供电电路的难度。综合考虑参考光功率稳定特性及参考光光路设计难度,选择PIN探测器进行激光雷达参考光检测。详细分析了高压集成芯片LT3482作为常规电源和利用电流监测模式驱动PIN探测器时的差别。选择高增益带宽积跨阻放大器OPA657N实现PIN探测器电流电压转换,对其关键外围元件参数的选取进行了详细分析。同时介绍了超高速比较器MAX9601的应用注意事项。最后,设计了电路板并进行实验验证。结果表明:对脉冲为10 ns的激光光源,当PIN探测器施加89.449 V的偏置电压时,其输出电流信号经跨阻放大器后电压幅值达到-3.7 V,可保证起始信号可靠检出,但脉冲展宽为15 ns。整个模块可有效给出参考光对应的计时起始信号。基于集成高压芯片驱动的PIN探测器配合恒定阈值时刻鉴别方法在直接测距型激光主动成像系统参考光检测中是切实可行的。     

跨阻放大器低温性能及其对THz光电信号的放大应用

随着太赫兹技术、低温电子学和射电天文学的发展,对可低温环境下工作的集成封装式跨阻放大芯片的需求增加。本文针对一种Ge-Si基底型跨阻放大器,主要研究了其深低温环境下的电学性能,获得了8 K温度下放大器芯片的典型端口电流-电压特性曲线和增益曲线,得到了在0.1~3 GHz频带内较为平坦的增益效果;为了验证其对太赫兹光电信号的放大功能,将该跨阻放大器与太赫兹量子阱探测器集成封装,并搭建了太赫兹脉冲激光探测系统,在8 K温度下实现了对脉宽2 μs太赫兹光电探测信号的有效放大,跨阻增益约560 Ω,电流放大增益为1.78 mA/V。上述研究成果首次验证了商用跨阻放大器在深低温环境下应用的可行性,为太赫兹高速探测与高频通信领域的集成跨阻放大提供了一种有效技术手段。     

光学头中单片光电集成硅基PDIC的设计

针对应用于DVD光学头的关键部件PDIC,设计了一种芯片面积小、输出失调电压低的单片集成的硅基PDIC.芯片采用CSMC的0.5 μm BCD工艺,集成了p-i-n探测器与前置放大电路.重点介绍了p-i-n光电探测器及前置放大电路的设计思想.仿真结果表明,用于光电检测的p-i-n光电探测器在650 nm光照下响应度达0.2 A/W,互阻放大器的-3 dB带宽达到94 MHz,跨阻增益达150 kΩ.可以满足DVD系统的性能要求.     

星载高灵敏度平衡光电探测器研究

设计了一种由平衡光电二极管芯片和跨阻放大器混合集成的星载高灵敏度平衡光电探测器。平衡光电二极管芯片采用双InP-InGaAs光电二极管单元单片集成的内平衡结构,以降低芯片自身噪声,提高探测器灵敏度。通过Cadence仿真软件对集成了正负双向电流输入电路、自动增益控制电路和反相器型输入电路的闭环放大器结构进行了仿真,得到等效噪声功率、带宽和增益三者之间的关系,制作出适配平衡光电二极管芯片的跨阻放大器。搭建1.55μm激光测试系统对研制的探测器进行性能测试,结果显示,其3dB带宽为1.58GHz,等效噪声功率密度为5.96pW/Hz1/2,共模抑制比为42.04dB(@DC～1.58GHz),在相干激光通信系统中的接收灵敏度达到-61dBm。     

一种引力波探测用高灵敏度四象限光电探测器

针对引力波探测空间天线激光干涉仪对四象限光电探测器提出的低噪声、高灵敏度、高带宽的要求,设计了一种四象限光电探测器芯片与读出电路混合集成的低噪声光电探测器.四象限光电探测器芯片采用四个性能一致的双耗尽区InGaAs PIN光电二极管单片集成结构,以降低二极管电容,减小象限间隔,提高灵敏度.通过PSPICE软件对由探测器芯片、低噪声跨阻放大读出电路构成的探测器模块进行了仿真,优化了电路参数,计算出相应的增益、带宽、噪声功率密度.性能测试表明,研制的集成式探测器模的-3 dB带宽为28.3 MHz,等效噪声功率密度为1.7pW/Hz1/2,象限增益一致性为0.76％,基本满足空间激光干涉仪的需求.     

一种高增益、大带宽跨阻放大器的设计

作为激光近炸引信中探测与目标识别核心元件的光电探测器,其性能取决于光电二极管和相应的放大电路。针对引信、制导应用对光电探测器的要求,提出一种新型高增益、大带宽跨阻放大器设计。该跨阻放大器由两级放大电路构成,第一级由两个对称的RGC（Regulated Cascode）结构组成,消除光电二极管漏电流对直流工作点影响,隔离光电二极管寄生电容提升工作带宽;第二级放大电路由三个级联的电流复用反相放大器构成,是跨阻放大器的主要增益级;最后以射级跟随器输出,为后续系统提供足够的电压摆幅。 该电路基于SMIC 0.35μm 标准CMOS工艺设计,仿真结果表明：跨阻增益为110.2dBΩ,带宽为46.7MHz,40MHz处的等效输入噪声电流谱密度低至1.09pA/ ,带宽内等效输出噪声电压为5.37mV。测试结果表明,跨阻放大器增益约为109.3 dBΩ,输出电压信号上升时间约为7.8ns,等效输出噪声电压大小为6.03mV,功耗约为10mW,对应芯片面积为1560×810μm2。 关键字：跨阻放大器、高增益、大带宽、RGC、反相放大器     

短波长OEIC光接收机前端设计及制作

基于国内的材料和工艺技术,研制出850 nm单片集成光接收机前端,集成形式包括PIN/TIA、PIN/DA、MSM/TIA和MSM/DA等.对光探测器和电路分别进行了研究和优化.通过Silvaco软件,建立了探测器器件模型,并通过实验数据验证.分布放大器-3 dB带宽接近20 GHz,跨阻增益约46 dBΩ,输入、输出驻波比均小于2,噪声系数在3.03～6.5 dB之间.跨阻前置放大器-3 dB带宽接近10 GHz,跨阻增益约43 dBΩ,输入、输出驻波比均小于3.5,噪声系数在4～6.5 dB之间.集成芯片最高工作速率达到5 Gb/s.     

十通道VCD/DVD激光读取头用PDIC的研制

提出了一种用于VCD/DVD视盘机激光读取头的十通道单片集成PDIC(PhotoDetecting Integrated Circuit)芯片设计方案.芯片采用0.6μm CMOS工艺制程,用于光检测的PIN先电探测器在入射光渡长分别为780 nm和650 nm时,响应度分别可达到0.36 A/W和0.32A/W.互阻放大器的-3 dB带宽分别可达到36 MHz和100 MHz.     

脉冲激光引信光电转换系统的设计

为了应对脉冲激光引信回波信号弱、脉宽窄的特性,获得目标尽量多的不失真信息,对光电探测器的特性和放大电路的带宽进行了分析,设计了一套实用的光电转换系统,包括PIN探测电路、前置放大电路和主放大电路。经过TINA和MULTISIM软件模拟仿真和实验验证,设计的光电转换系统的带宽为61.089MHz,增益为72.14dB。结果表明,该系统对于脉宽为十几纳秒的回波脉冲信号进行了很好的低噪声、不失真放大,满足了设计要求,回波信号经光电转换系统后输出的信号与应用需要相匹配,为激光引信的后续信号处理提供了稳定可靠的信号。     

高速12路并行CMOS单片光电集成接收机设计与实现

设计并实现了一个高速12路并行CMOS单片光电集成接收机.其每一路都包括一个光探测器、一个跨阻放大器以及后续放大电路.双光电二极管(DPD)结构可以提高接收机速度,但同时降低了响应度.在跨阻放大器电路中采用有源电感来展宽-3dB带宽.通过无锡上华(CSMC)0.6μm CMOS工艺流片并对芯片进行了测试.测试结果显示该接收机单路传输比特率可达0.8～1.4 Gb/s,总的12路可传输15Gb/s数据.