Каковы типичные схемы цифрового фотодиода?

Привет! Как поставщик цифровых фотодиодов, я своими глазами видел, как эти крошечные, но мощные компоненты играют решающую роль во всех видах приложений, от оптической связи до промышленных датчиков. Сегодня я познакомлю вас с некоторыми типичными схемами цифровых фотодиодов.

Основные операции цифровых фотодиодов

Прежде чем мы углубимся в конфигурации схем, давайте кратко рассмотрим, как работают цифровые фотодиоды. Фотодиод – это полупроводниковое устройство, преобразующее свет в электрический ток. Когда фотоны попадают в активную область фотодиода, они создают пары электрон-дырка. Эти пары затем разделяются встроенным электрическим полем фотодиода, генерирующим ток, пропорциональный интенсивности падающего света.

В цифровых приложениях нас обычно интересует обнаружение присутствия или отсутствия света, а не измерение точной интенсивности света. Таким образом, выход фотодиода должен быть настроен на создание цифрового сигнала (высокого или низкого), который может быть легко обработан другими цифровыми схемами.

Общие конфигурации цепей

Фотодиод в фотоэлектрическом режиме

В фотоэлектрическом режиме фотодиод работает без внешнего напряжения смещения. Когда свет попадает на фотодиод, он генерирует напряжение на своих клеммах, подобно небольшому солнечному элементу. Ток, протекающий через нагрузочный резистор, определяется током короткого замыкания фотодиода.

Преимуществом этой конфигурации является ее простота и низкое энергопотребление. Однако выходное напряжение относительно невелико, обычно в пределах нескольких сотен милливольт. Это может потребовать дополнительных каскадов усиления для совместимости с цифровыми схемами.

Вот простой пример схемы. Фотодиод подключаем напрямую к нагрузочному резистору. Когда свет падает на фотодиод, через резистор течет ток, создавая падение напряжения. Это напряжение можно подать на компаратор. Если напряжение превышает определенный порог, компаратор выдает высокий цифровой сигнал; в противном случае он выводит низкий сигнал.

Фотодиод в фотопроводящем режиме

В фотопроводящем режиме на фотодиод подается обратное напряжение смещения. Это увеличивает ширину обедненной области, что, в свою очередь, уменьшает емкость перехода и улучшает скорость отклика фотодиода.

Обратное смещение также увеличивает электрическое поле в обедненной области, в результате чего образовавшиеся пары электрон-дырка вымываются быстрее. В результате фотодиод может реагировать на высокоскоростные световые сигналы, что делает его пригодным для высокочастотных приложений, таких как оптическая связь.

Для преобразования фототока в напряжение мы обычно используем трансимпедансный усилитель (ТИА). TIA принимает входной ток фотодиода и преобразует его в выходное напряжение. Коэффициент усиления TIA определяется резистором обратной связи.

Например, в нашемTO46 155M - 10G APD - ТИАВ продукте лавинный фотодиод (ЛФД) используется в фотопроводящем режиме с ТИА. ЛФД имеет высокий внутренний коэффициент усиления, который усиливает фототок до того, как он достигнет ТИА. Это позволяет с высокой чувствительностью обнаруживать слабые оптические сигналы.

PIN-фотодиод с конфигурацией TIA

PIN-фотодиод представляет собой тип фотодиода с собственным (i) слоем между полупроводниковыми слоями p- и n-типа. Собственный слой увеличивает ширину обедненной области, что улучшает квантовую эффективность и скорость отклика фотодиода.

В сочетании с TIA PIN-фотодиод может обеспечить быстрый и линейный отклик на световые сигналы. TIA преобразует фототок от PIN-фотодиода в напряжение, которое может быть дополнительно обработано цифровыми схемами.

НашTO46 155M - 10G PIN - TIAпродукт является отличным примером такой конфигурации. Он разработан для приложений высокоскоростной оптической связи, где важно быстрое и точное обнаружение цифровых оптических сигналов.

Лавинный фотодиод (APD) с конфигурацией TIA

ЛФД — это особый тип фотодиода, который может обеспечить внутреннее усиление за счет эффекта лавинного умножения. Когда фотон создает пару электрон-дырка в APD, сильное электрическое поле в области обеднения заставляет носители набирать достаточно энергии для создания дополнительных пар электрон-дырка посредством ударной ионизации. Это приводит к увеличению фототока.

Сочетание APD с TIA может значительно улучшить чувствительность фотодетектора. Однако ЛФД требуют более высокого напряжения смещения по сравнению с PIN-фотодиодами, а также имеют более высокий уровень шума. Но в приложениях, где обнаружение очень слабых оптических сигналов имеет решающее значение, например, в оптической связи на большие расстояния, преимущества использования ЛФД перевешивают недостатки.

Выбор правильной конфигурации схемы

Выбор конфигурации схемы зависит от нескольких факторов, таких как требования приложения, тип фотодиода и доступный источник питания.

Если вы работаете над маломощным и низкоскоростным приложением, фотоэлектрический режим может быть хорошим выбором. Это просто и не требует внешнего напряжения смещения.

Для высокоскоростных приложений, таких как оптическая связь, обычно предпочтителен фотопроводящий режим с TIA. Выбор PIN-фотодиода или ЛФД зависит от требуемой чувствительности. Если вам нужно обнаружить очень слабые сигналы, вам подойдет APD с TIA.

Заключение

В заключение, существует несколько типичных схем цифровых фотодиодов, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. Как поставщик цифровых фотодиодов, мы предлагаем широкий ассортимент продукции, в том числеTO46 155M - 10G APD - ТИАиTO46 155M - 10G PIN - TIA, для удовлетворения различных потребностей приложений.

Если вы ищете цифровые фотодиоды или у вас есть вопросы о конфигурациях схем, не стесняйтесь обращаться к нам. Мы здесь, чтобы помочь вам найти лучшее решение для вашего проекта. Давайте обсудим ваши требования и посмотрим, как мы можем работать вместе!

Ссылки

• Сзе, С.М., и Нг, К.К. (2007). Физика полупроводниковых приборов. Уайли.
• Палик, Э.Д. (Ред.). (1998). Справочник по оптическим константам твердых тел. Академическая пресса.