π型阵列光电探测器研究与设计

提出了一种基于高阶π型低通滤波器电路结构的阵列探测器,可实现高输出功率和大工作带宽并存。该探测器根据光电二极管等效电容模型,用电感元件连接各光电二极管构成等效的π型滤波器结构,合成各光电二极管支路输出电流;并在光电二极管支路上串联电容,增加探测器工作带宽。仿真结果表明,在串联电容等于光电二极管结电容时,π型阵列探测器比行波探测器阵列工作带宽提高一倍,再通过增加级联的光电二极管数量,提高探测器输出功率,即可设计出高功率、大带宽的光电探测器。     

高功率π型阵列结构设计与研究

针对ROF基站需要高功率、大带宽的光电探测器的问题,在原有π型结构中使用光电探测器代替级联的电容实现更大的功率合成。同时提出新型π阵列结构,即将两个光电探测器级联之后再将两个级联的光电探测器并联构成并型结构,将该并型结构单元和一个光电探测器级联与电感连接构成一个π型结构单元,将n个π型结构单元级联构成π型阵列结构,π型阵列结构中间部分有两条支路并联总电容增加,在n元阵列结构两端通过去掉级联电容以使阵列结构每条支路结电容相等同时减少功率损耗。n元π型阵列结构输出功率高于同种类型T型阵列结构。     

基于桥接T型光电探测器阵列的功率合成研究与设计

针对行波探测器阵列(TWDA)仅提高了光电探测器 的输出功率而输出带宽未得到改善的问题,本文提出了一种区别 于TWDA的基于桥接T型光电探测器阵列新结构。本设计采用基于constant-R结构的桥接T型 结构代替TWDA中的传统 constant-K结构的方法,从而形成人工传输线结构。即耦合微带线提供串连电感和所需要 的互感 ,电容并联于其中一条微带 线上,再将单个光电二极管嵌入到此人工传输线上,构成单个阵列单元,再按照阵列式结构 将这些阵列单元有效级联起来构 成桥接T型光电探测器阵列。仿真结果表明,所提出的桥接T型光电探测器阵列能够使多个光 电探测器功率合成的同时提高 工作带宽,虽然桥接T型光电探测器阵列合成功率相比于传统TWDA合成功率有稍许减少,但 在工作带宽上却提高了2倍, 减少的稍许合成功率可以通过增加级联数目加以补偿。     

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。     

集成光电探测器系统

设计研制了一种集成光电探测器系统,它将光电二极管阵列及信号读出电路集成在同一硅芯片上。本文主要介绍该系统的工作原理及初步测试结果     

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.     

一种高带宽、高电源抑制比的跨阻放大器

光电探测器是激光雷达的核心器件,通常由雪崩光电二极管(APD)阵列和相应的读出电路组成。跨阻放大器是读出电路的关键部分,其性能在很大程度上决定光电探测组件的性能。基于0.18μm CMOS工艺,针对大输入电容线性APD阵列的应用,设计了一种高增益、高带宽、高电源抑制比的跨阻放大器。基于无源反馈和有源前馈的补偿方式拓展了跨阻放大器带宽,同时实现了高增益和高带宽;设计了具有高电源抑制比的片上无电容低压差稳压器,提高了跨阻放大器的稳定性。仿真结果表明:跨阻增益为104.7 dB·Ω,带宽为198.8 MHz,等效输入噪声电流为3.65 pA·Hz~(-1/2),低频电源抑制比为-57.8 dB,全带宽范围内电源抑制比低于-10.6 dB。     

碲镉汞雪崩光电二极管发展现状

碲镉汞雪崩光电二极管探测器具有高增益、高带宽和低噪声因数的显著特点,具有下一代焦平面探测器阵列的多功能、主动/被动探测、双波段和高灵敏度等理想特性,在低光通量探测、超光谱、二维/三维成像方面显示出强大的应用潜力。本文简要介绍了碲镉汞雪崩光电二极管主要器件结构、特点及应用现状。     

一种低噪声的光电二极管阵列接口电路的设计

由于光电二极管阵列的暗电流以及后续处理电路的噪声对其信号输出有很大影响,所以设计了一种低噪声的光电二极管阵列接口电路.接口电路将感光二极管阵列和补偿二极管阵列输出的信号经过积分放大处理后再进行差动放大,降低瞬态干扰和暗电流噪声对输出信号的影响.对视频信号和无信号状态分别进行采样和保持,同时触发多次模数转换信号,以利于数据采集和降噪处理.测试结果表明,以上措施有效降低了光电二极管阵列输出信号的噪声.     

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     

一种高效的大功率宽带整流电路

提出了一种由π型匹配枝节、整流二极管、直通滤波器组成的高效大功率宽带整流电路。采用2只HSMS-282P肖特基二极管桥设计单级倍压整流电路,使电路在整流效率不下降的情况下提升输入的功率容量;采用π型匹配枝节实现阻抗匹配,使电路具有宽频特性,同时其并联短路枝节可以作为输入滤波器,实现小型化和整流效率的提高。直通滤波器用于抑制基频和二极管非线性产生的高次谐波,以提高整流效率。实测结果表示：在2.05~2.6 GHz带宽内整流效率大于60%;在2.45 GHz工作频率和35 dBm输入功率下,整流电路在330 Ω负载上获得70%的整流效率。该整流电路具有整流效率高、功率容量大、频带宽的特性,可为工程人员设计大功率微波整流电路提供设计指导。     

空间耦合高速光电探测器的等效建模与实现

大面积高速光电探测器是空间相干光通信系统的核心接收器件之一.通过分析光电二极管载流子运动规律,建立了PIN光电二极管高频等效模型,同时根据微波S参数理论,建立了光电二极管TO封装等效电路模型.根据空间相干光通信空间耦合方式对探测器光敏面大面积、高带宽的需求,将其应用于5 Gbps空间相干探测体系中平衡光电探测器的整体封...     

可见光通信系统中硅光电池响应特性研究

提出了一种普通室内照明条件下光能量和光信号无线复用传输的可见光通信(VLC)方式。与传统的VLC不同,采用Si光电池阵列替代Si光电二极管(PIN)和雪崩二极管(APD)做VLC接收机探测器,在进行可见光数据通信的同时,接收的光能量转换为电能给锂电池充电。基于载流子输运模型分析了环境光照度与Si光电池阵列光电响应速度的关系,通过实验测试验证了普通室内照明条件下Si光电池的响应特性和输出电压特性。研究结果表明,随着光照度的增加,Si光电池阵列输出电压和响应速度均增加,当探测器距离LED光源1.8m、照度为380lx时,通过优化设计放大电路,探测器响应速度可达300kHz,输出电压可达2.8V,满足信号探测和升压型电池充电电路的要求。     

基于电长度可调的可重构功分器设计

根据分支线耦合器的功率合成效率会受输入功率相位差的影响,通过含变容二极管的π型电路将其级联在3dB Wilkinson功分器的后端,实现原功分器的功率再分配。通过调节变容二极管的偏置电压改变π型电路的等效电长度实现相位差,可实现功分器的分配比例可调。在此原理上,基于ADS软件设计了两款工作频率为2.5GHz的可重构功分器,可分别实现分配比例在0~25dB(约1∶1~300∶1)和-15.5~15.5dB(约1∶35~35∶1)范围内连续可调,且其回波损耗和输出端口间隔离度均优于20dB,适用于射频与微波系统中的实时功率分配与合成。     

APD阵列探测器在自由空间光通信上的应用研究

自由空间光通信(free space optical communication,FSO)技术是通信前沿技术之一,雪崩光电二极管(avalanche photodiode,APD)阵列探测器以其高灵敏度、高带宽、低噪声的优势应用于FSO系统,成为国内外研究热点。本文分析了FSO对APD阵列探测器的性能需求,回顾了国内外近年来用于无线光通信的APD阵列的研究现状,其中重点介绍了美国林肯实验室以及海军实验室的研究成果,最后对APD阵列探测器在FSO应用的发展方向进行了预测与总结。     

窄脉冲激光探测电路分析与设计

光电检测电路的设计对激光探测系统的性能有重要的影响。针对窄脉冲激光的时域特性,对窄脉冲激光电路设计进行了详细的分析,包括光电二极管的偏置电压对检测电路的影响、光电流转换方式对信号带宽影响等。为提高探测系统信噪比,对放大电路、补偿电路的带宽设计提出优化方法,给出窄脉冲激光探测器的前级放大电路参数设计的依据,并对探测电路优化及设计方法进行了详细论述,为光电检测电路的设计提供了有效的设计方法。     

G-APD阵列——一种具有单光子灵敏度的三维成像探测器

介绍了一种利用盖革模式雪崩二极管(G-APD)作为成像单元的新型阵列光电探测器,重点介绍了该新型成像光电探测器的关键技术、器件研发和系统应用的发展状况。G-APD阵列探测器兼具单光子探测灵敏度和皮秒级时间分辨率两大特点,适用于对极微弱光目标的三维成像探测。同时,G-APD阵列探测器又是一种全固态的光电探测器件,不仅体积小、重量轻、可靠性高,而且还可用现有的微光电子工艺进行规模化生产。因此,G-APD阵列是目前阵列光电探测器件的一个重大发展,必将在各种高端光电成像领域获得广泛的应用。     

集成光电智能探测器SOC研究

本文研究了一种新型的硅光电探测器（即智能探测器）,它使用CMOS兼容工艺,将光电二极管阵列与信号的放大、处理电路及输出电路集成在一个芯片上,在输入光信号的同时在输出端即可得到串行的电信号。该芯片具有噪声低,速度快,用途广泛等特点。对芯片的测试结果表明,智能探测器的电路设计和工艺设计均取得初步成功,基本达到预期的设计目标。     

一种功率型光耦合单片集成光电检测电路

针对功率型光电检测电路微弱光信号检测和功率输出的需求,研制了一种集成光电探测传感器和信号处理电路,且带功率驱动功能的单片光电检测电路.从理论上探讨了光电探测器的工艺兼容与系统噪声匹配,设计了专用的光电探测器以及适用于功率型光电集成电路(OEIC)的信号处理单元.采用B6035双极工艺,进行了版图设计和流片测试.测试结果表明,该电路的电源电压工作范围、静态功耗和传输延迟时间等综合性能优于同类型混合组装电路.     

时间程序增益控制的晶体管低噪声宽带放大器

大气回散激光辐射的干扰,往往在激光测距仪工作过程中引起近距离误测事件。在‘用雪崩光电二极管作探测器时,情况尤其严重。计算表明,就一个中等功率的测距仪而言,如果雪崩光电二极管的倍增因子M=100,那么在四、五公里以内的大气回散辐射都可能造成虚警干扰。所以,在使用雪崩光电二极管作探测器的测距仪中,应该采用具有时间程序增益控制的放大器电路。本文