[实用新型]一种光电二极管放大器

说明书

技术领域

本实用新型属于光电探测放大器技术领域，特别涉及使用运算放大器的大光敏面积光电二极管的高速低噪声放大器。

背景技术

《美国电气和电子工程师协会传感器期刊》(IEEE Sensors Journal)2005年4月第5卷第2号第281页到第288页上的论文《针对光学断层摄影术的高性能光电二极管接收器的设计》(“Design of high-performance photodiode receivers for opticaltomography”)，比较性地使用了各种不同的运算放大器来搭建电路，但无论采用传统光电二极管放大器还是差分放大器结构，其3dB带宽理论值都没有超过760kHz，输出噪声频谱密度理论值也不低于

美国德州仪器公司2006年发布的编号为SBOS251D关于其产品高速运算放大器OPA847的产品数据表中的应用笔记指出，若将该产品用于传统电路结构的光电二极管放大器中，可使放大器带宽理论上超过10MHz。但是其电路设计存在两个问题：一、使用的光电二极管其寄生电容必须小于50pF，由于光电二极管寄生电容随着其光敏面积的减小而减小，因而该放大器只适用于小光敏面积的光电二极管；二、文中的放大器电路要求对其中的反馈电容值进行0.1pF量级的精细调节，方能使带宽达到预期值，这在分立元件构成的印刷电路板上很难实现。

美国光学协会的《光学与光子学新闻》(Optics & Photonics News，2001年4月)中的论文“光电二极管的前端”(“Photodiode front ends”)中的设计，虽然使用了自举技术对传统光电二极管放大器电路进行了改进，但该自举技术是通过三极管、电阻等分立元件来实现的，且其带宽没有超过1MHz。

《美国电气和电子工程师协会固态电路期刊》(IEEE Journal of Solid-StateCircuits)2007年9月第42卷第9号第1851页到第1864页上的论文“一种使用光电二极管寄生电容自举抑制技术和垂直门限调整技术实现的增益54dBΩ+42dB速度10Gb/s的锗化硅互阻限幅放大器”(“A 54dBΩ+42dB 10Gb/s SiGe transimpedance-limitingamplifier using bootsrap photodiode capacitance neutralization and verticalthreshold adjustment”)，虽然使用了自举技术达到很高带宽，但该放大器存在两个问题：1、针对的是数字通信而非精密模拟应用，噪声高，全频带上等效输出噪声不小于2、由于该放大器是集成芯片，使用数量小的时候造价高，不便实现，且参数固定无法调节。

实用新型内容

本实用新型提出一种光电二极管放大器，以克服以往技术中大光敏面积、低噪声和高速三个指标难以同时提高的缺点，达到放大器性能高、自举技术实现简单、能自动调节反馈电容和对于不同光电二极管能够自适应的要求。

本实用新型光电二极管放大器，将增益带宽乘积在1.6GHz以上的第一运算放大器a的正输入端接地，负输入端连结到增益电阻b一端，该增益电阻b是一个阻值为10-130kΩ的贴片式金属薄膜电阻，第一运算放大器a的输出端e与增益电阻b的另一端连结，将寄生电容在50pF-5nF的光电二极管c的负极与第一运算放大器a的正输入端相连，并将光电二极管c的正负极分别连结到电压增益为1的自举缓冲器的输入端与输出端上；其特征在于：所述自举缓冲器由工作在电压跟随器模式——即负输入端与输出相连结的增益带宽乘积在45MHz以上的第二运算放大器d构成，该第二运算放大器d的负输入端构成所述自举缓冲器的输入端，第二运算放大器d的输出端构成所述自举缓冲器的输出端。

使用时，如果有光信号进入光电二极管c，光电二极管c内部就会将光信号转换成光电流。光电流流过增益电阻b之后，在第一运算放大器a输出端e形成电位，光信号就转变成了电压信号，然后从第一运算放大器a的输出端e也就是本实用新型光电二极管放大器的总输出端传递到下一级。下一级可以是电压放大器、锁相放大器、数模转换器等装置。由于光电二极管正负极始终连结着由一颗工作在负反馈状态下即电压跟随器模式的第二运算放大器所构成的自举缓冲器，所以光电二极管两端电压保持不变，相当于光电二极管上的寄生电容被隔离，光电流不从寄生电容上流过，尤其是高频的光电流不从寄生电容上流过，这样放大器的带宽不受光电二极管上寄生电容的限制而得到了提高。